Superman kan vara "stålmannen", men en kräsna forskare kan fråga: vilken typ?
Medan stål är ett av de starkaste och viktigaste materialen på jorden, med vanligt bruk hushållsartiklar som gem till balkarna i skyskrapor och bilskal, inte allt stål är det likvärdig. Två av de vanligaste stållegeringar, 4140 och 4150 stål, har olika hållfasthet och under vilka förhållanden de är användbara.
Vad är 4140 och 4150 stål?
Stål är en legering eller en blandning av mer än ett element. Det är främst järn, med cirka 1 procent kol och ibland små mängder av andra material.
4140 och 4150 stål är två extra starka och hårda legeringar av stål. Förutom kol innehåller de vardera 0,80 till 1,10 procent krom och 0,15 till 0,25 procent molybden.
4140 Versus 4150 Stål
Society of Automotive Engineers, eller SAE, och American Iron and Steel Institute, eller AISI, använder en fyrsiffrigt system för att beteckna stålets kemiska sammansättning. För stållegeringar anger de två första siffrorna de viktigaste legeringselementen som finns och de två sista siffrorna ger kolhalten i hundradels procent. Detta innebär att 4140 och 4150 stål har samma legeringselement, krom och molybden, men 4150 stål har mer kol.
När det gäller deras egenskaper inkluderar skillnaderna mellan 4140 och 4150 stål:
- Brottgräns, som beskriver den maximala spänningen från dragning som ett material tål innan det börjar gå sönder. Ett 4150-material har högre draghållfasthet än ett 4140-material.
- Duktilitet och bearbetbarhet, som hänvisar till hur lätt stålen ska användas. Även om både 4140 och 4150 stål lätt kan svetsas är 4140-material mer känt för sin seghet eller böjförmåga och det faktum att det kan användas under kalla arbetsförhållanden. 4150-material, å andra sidan, måste värmebehandlas före användning.
D2 Versus 4140 stål
En annan vanlig järnlegering som finns i verktyg är känd som D2. Det är 86 procent samma som 4140 stål, men innehåller särskilt en högre andel kol och krom. D2-stål kan ha den högsta smidigheten bland stålverktyg.
Värmebehandling av stållegeringar
Tillverkare kan ställa in materialegenskaperna för olika stål, inklusive D2, 1440 och 1450 stål, genom en process som kallas värmebehandling. Genom att noggrant kontrollera hur värme appliceras på ett kollegerat stål ändras det molekylära arrangemanget inuti stålet, vilket leder till dess olika egenskaper.
Till exempel stållegeringar som är glödgad bringas till en hög temperatur i en ugn och får sedan svalna långsamt. Detta alternativ resulterar i stål med mer smidighet och mindre sprödhet, vilket innebär att det inte kommer att bryta från inre spänningar lika lätt som ett annat alternativ.
Under tiden härdning är en värmebehandling som sker vid lägre temperaturer och ökar seghet och seghet hos ett material, även om det också minskar dess hållfasthet något. Ju mer duktilitet som uppnås desto mer styrka förloras, men vanligtvis inte så mycket för att ändra användningsfallet för stålet. Andra material, inklusive aluminium, härdat på samma sätt.
Andra stållegeringar
Förutom kol, krom och molybden används flera andra element vanligtvis för att bilda stållegeringar med specifika egenskaper. Dessa inkluderar kobolt, mangan, volfram och vanadin.
Förutom 1440 och 1450 stål är de vanligaste legeringarna 4340 (nickel-krom-molybdenstål), 6150 (krom-vanadinstål) och 8620 (HSLA-stål).
HSLA står för "höghållfast låglegering,"vilket innebär att stålet är utformat för att möta specifika mekanisk krav snarare än kemisk kompositioner. Därför kan en given typ av HSLA-stållegering faktiskt ha olika mängder av element tillsatta. I fallande ordning i procent består 8620 stål av: järn, kol, kisel, molybden, mangan, nickel, krom, svavel och fosfor.