Супермен може бути "сталевою людиною", але вибагливий учений може запитати: якого типу?
Хоча сталь є одним з найміцніших і найважливіших матеріалів на Землі, використовуючи загальноприйняті матеріали предмети побуту, такі як скріпки для балок у хмарочосах та автомобільних снарядах, не вся сталь є рівний. Дві найпоширеніші сплави сталі, 4140 та 4150, відрізняються міцністю, а також умовами, в яких вони можуть бути використані.
Що таке сталь 4140 і 4150?
Сталь - це сплав або суміш декількох елементів. Це насамперед залізо, з приблизно 1 відсотком вуглецю, а іноді і невеликою кількістю інших матеріалів.
Сталі 4140 та 4150 - це два надміцні та тверді сплави сталі. Крім вуглецю, кожен з них містить від 0,80 до 1,10 відсотка хрому і від 0,15 до 0,25 відсотка молібдену.
4140 проти 4150 Сталь
Товариство автомобільних інженерів (SAE) та Американський інститут чорної металургії (AISI) використовують a чотиризначна система для позначення хімічного складу сталі. Для сталевих сплавів перші дві цифри означають основні легуючі елементи, а дві останні цифри містять вміст вуглецю в сотих частках відсотка. Це означає, що сталі 4140 і 4150 мають однакові легуючі елементи, хром і молібден, але сталь 4150 має більше вуглецю.
За своїми властивостями відмінності між сталями 4140 і 4150 включають:
- Міцність на розрив, що описує максимальне напруження від витягування, яке може витримати матеріал до того, як він почне руйнуватися. Матеріал 4150 має вищу міцність на розрив, ніж матеріал 4140.
- Пластичність та працездатність, які стосуються того, наскільки легко користуватися сталями. Хоча як сталь 4140, так і 4150 можна легко зварювати, матеріал 4140 більш відомий своєю пластичністю, здатністю до згинання та тим, що його можна використовувати в холодних робочих умовах. Матеріал 4150, навпаки, перед використанням повинен бути термічно оброблений.
D2 проти 4140 Сталь
Ще один поширений сплав заліза, знайдений в інструментах, відомий як D2. Це на 86 відсотків те саме, що і сталь 4140, але особливо містить більший відсоток вуглецю та хрому. Сталь D2 може мати найвищу пластичність серед сталевих інструментів.
Термічна обробка сталевих сплавів
Виробники можуть встановлювати властивості матеріалів різних сталей, включаючи сталі D2, 1440 та 1450, способом, відомим як термічна обробка. Ретельний контроль того, як тепло подається на вуглецеву леговану сталь, змінює молекулярне розташування всередині сталі, що призводить до її різних властивостей.
Наприклад, сталеві сплави, які є відпалений доводять до високої температури в печі, а потім дають повільно охолонути. Цей варіант призводить до отримання сталі з більшою пластичністю і меншою крихкістю, що означає, що вона не буде так легко відриватися від внутрішніх напружень, як інший варіант.
Тим часом загартовування - це термообробка, яка відбувається при більш низьких температурах і збільшує в'язкість і пластичність матеріалу, хоча це також дещо знижує його міцність. Чим більше пластичності отримується, тим більше втрачається міцності, але, як правило, не так сильно, щоб змінити варіант використання сталі. Інші матеріали, включаючи алюміній, загартовуються так само.
Інші сталеві сплави
Окрім вуглецю, хрому та молібдену, для формування сталевих сплавів із специфічними властивостями зазвичай використовують ще кілька елементів. До них належать кобальт, марганець, вольфрам і ванадій.
Окрім сталі 1440 та 1450, найпоширенішими сплавами є 4340 (нікель-хромо-молібденова сталь), 6150 (хромо-ванадієва сталь) та 8620 (сталь HSLA).
HSLA розшифровується як "високоміцний низьколегований,"що означає, що сталь розроблена з урахуванням специфіки механічні а не вимоги хімічна композиції. Отже, даний тип сплаву із сталі HSLA може насправді мати додану різну кількість елементів. У порядку зменшення відсотків сталь 8620 складається з: заліза, вуглецю, кремнію, молібдену, марганцю, нікелю, хрому, сірки та фосфору.