فولادهای AISI 4140 و AISI 4130 از جمله فولادهای کم آلیاژ هستند که حاوی مقادیری کروم، مولیبدن و منگنز می باشند. این گروه از فولادها به دلیل سختی، استحکام بالا در برابر تنش و سایش و همچنین مقاومت به ضربه موارد بسیار مناسبی برای کاربردهای مختلف می شوند.
تصویر شماره ۱ - فولاد گرید ۴۱۴۰ و ۴۱۳۰
آنچه در این مقاله مطالعه خواهید کرد:
- رده فولادهای 41XX
- فولاد 4140 چیست؟
- خواص فولاد 4140
- کاربردهای فولاد 4140
- فولاد 4130 چیست
- خواص فولاد 4130
- کاربردهای فولاد 4130
- شباهت های فولاد 4130 و 4140
- تفاوت های فولاد 4140 و فولاد 4130: نحوه ی انتخاب گرید مناسب
- خواص فیزیکی فولادهای 4130 و 4140
- عملیات حرارتی فولادهای 4140 و 4130
رده فولادهای 41XX
فولادهای گروه 41XX یا فولادهای کرومی حاوی کروم و مولیبدن هستند. این فولادها چقرمه تر و قوی تر از فولادهای معمولی هستند. دو نوع از فولادهایی که در این گروه ما آن ها را با یکدیگر مقایسه کرده ایم فولاد 4130 و فولاد 4140 هستند.
فولادهای با کد 41XX در ساختار خود کروم دارند اما مقدار کروم به اندازه ای نیست که باعث ایجاد خاصیت ضد زنگ در این گروه از فولادها شود. اما با این وجود نسبت به فولادهای معمولی مستحکم تر هستند.
تصویر شماره ۲ - فولاد گرید 41XX
فولاد 4140 چیست؟
یک نوع فولاد کرومی است که حاوی بین 0.38 تا 0.43 درصد کربن است. همچنین در ساختار این فولاد عناصر دیگری مانند منگنز، فسفر، گوگرد، سیلیکون، کروم و مولیبدن نیز وجود دارد. از ویژگی های این فولاد می توان به چقرمگی، استحکام و قابلیت ماشین کاری آن اشاره کرد.
تصویر شماره ۳ - ترکیبات فولاد ۴۱۴۰
خواص فولاد 4140
فولاد 4140 به دلیل خواصی که دارد در نمونه سازی های سریع به وسیله CNC و همچنین سخت ورق فولادی به کار برده می شود. در ادامه به برخی از ویژگی های این فولاد اشاره خواهد شد.
سختی و شکل پذیری فولاد ۴۱۴۰
با توجه به مقدار کربنی و همچنین کرومی که در این نوع فولاد وجود دارد، فولاد 4140 نسبت به فولاد معمولی سخت‌تر است. استحکام کششی آن 148000 PSI است و این عدد به آن معناست که می تواند بارگذاری های سنگین را بدون آنکه دچار شکست شود تحمل کند. از طرف دیگر فولاد 4140 بسیار انعطاف‌پذیر است و به راحتی می توان آن را به فرم سیم درآورد.
خاصیت ضد خوردگی فولاد ۴۱۴۰
فولاد 4140 هر چند دارای کروم است اما از آنجایی که مقدار کروم آن زیاد نیست نتوانسته است خاصیت ضد زنگ زدگی در این نوع فولاد ایجاد کند و مانند فولادهای معمولی مستعد زنگ زدگی ست. با این وجود در برابر خوردگی از مقاوم خوبی برخوردار است.
قابلیت ماشین کاری فولاد ۴۱۴۰
فولاد 4140 می تواند به خوبی تحت عملیات ماشین کاری قرار بگیرد. با این وجود ساخت آن به وسیله جوشکاری می تواند دشوار باشد. برای جوش دادن این فولاد لازم است تا تحت عملیات حرارتی قرار بگیرد. توصیه می شود که فولاد 4140 در حالت آنیل شده ی خود جوش داده شود. این وضعیت باعث تضمین کردن پایداری فولاد می شود.
کاربردهای فولاد 4140
فولاد 4140 در صنایع مختلف قابل استفاده است اما برخی از کاربردهای متدوال آن عبارت است از ساخت چرخ دنده و میل لنگ است.
فولاد 4130 چیست
فولاد 4130 نیز نوعی فولاد آلیاژی در گروه 41XX است که 0.28 تا 0.33 درصد کربن به همراه برخی عناصر دیگر مانند منگنز، فسفر، گوگرد، سیلیکون، کروم و مولیبدن در ساختار خود دارد. این فولاد جز فولادهای کم آلیاژ است. با این وجود نسبت به فولادهای معمولی قوی تر و سختر است. به دلیل مقدار کم کربنی که دارد از قابلیت جوشکاری و همچنین ماشین کاری خوبی نیز برخوردار است.
تصویر شماره ۴ - ترکیبات فولاد ۴۱۳۰
خواص فولاد 4130
فولاد 4130 در عملیات نمونه سازی سریع به کار برده می شود. از ویژگی های این فولاد می توان به موارد زیر اشاره کرد:
ویژگی های مکانیکی فولاد 4130
مانند فولاد 4140، فولاد 4130 نیز از استحکام کششی قابل توجهی برخوردار است. استحکام کششی فولاد 4130 برابر با 97200 PSI در مقیاس راکول است. در حالت آنیل شده این فولاد از شکل پذیری بالایی برخوردار است و می توان از طریق کشش آن را به فرم سیم در آورد.
الاستیسیته ی فولاد 4130
فولاد 4130 مدول الاستیسیته ی بالایی دارد به این معنی که می تواند تحت تنش های شدید قرار بگیرد اما مجددا به شکل اولیه خود باز گردد.
بیشتر مطالعه کنید: انواع فولادهای ضدزنگ و گریدهای آن
کاربردهای فولاد 4130
با توجه به ویژگی های فولاد 4130 که می تواند تحت به راحتی تحت فرایند های ماشین کاری، جوشکاری و ساخت قرار بگیرد این فولاد در محدوده ی وسیعی از کاربردها مورد استفاده قرار میگیرد. در حال حاضیر نیز در بخش های مهمی از صنعت ساخت قطعات خودرو، ساخت چرخ دنده، ابزار برش، مته و ... از فولاد 4130 استفاده می شود.
شباهت های فولاد 4130 و 4140
در این قسمت در خصوص وجوه شباهت دو نوع فولاد 4140 و 4130 صحبت خواهد شد. اطلاع از این شباهت ها می تواند در انتخاب مناسب فلز مورد نظر برای انجام پروژه های صنعتی و نمونه سازی بسیار کمک کند.
تصویر شماره ۵ - فولاد ۴۱۳۰
ترکیب عناصر فولادهای 4130 و 4140
این دو فولاد ترکیب عناصر مشابهی دارند و در عناصری مانند کربن، مولیبدن و کروم در ساختار آن ها استفاده می شود. با این وجود درصد کربنی که در هر کدام از آن ها وجود دارد متفاوت است.
خاصیت ضد زنگ بودن فولادهای 4130 و 4140
هیچکدام از دو فولاد 4130 و 4140 خاصیت ضد زنگ ندارند. کروم عنصری ست که برای ایجاد خاصیت ضد زنگ به فولاد اضافه می شود اما برای آنکه بتواند مؤثر باشد باید میزان آن از یک درصد مشخص بالاتر باشد. اما از آنجا که در فولادهای 4130 و 4140 مقدار کروم کافی نیست نتوانسته است خاصیت ضد زنگ در آن ها ایجاد کند. به همین دلیل برای پایداری بیشتری این دو گرید فولاد تحت عملیات حرارتی قرار می گیرند.
عملیات حرارتی فولاد 4140 و فولاد 4130
برای آنکه هر دو فولاد 4140 و 4130 مستحکم تر شوند می بایست آن ها را تحت عملیات حرارتی مانند آنیل کردن، سرد کاری و ... قرار داد. عملیات حرارتی موجب می شود تا مقدار استحکام کشش، چکش خواری، سختی و ... افزایش قابل توجهی یابد. در نتیجه فولاد به دست آمده از قابلیت ماشینکاری و ساخت بالاتری برخوردار خواهد بود.
تفاوت های فولاد 4140 و فولاد 4130: نحوه ی انتخاب گرید مناسب
با وجود شباهت هایی که دو گرید 4130 و 4140 با هم دارند تفاوت های آن ها نیز کم نیست. در ادامه در خصوص تفاوت های این دو گرید فولادی توضیحات بیشتری خدمت شما ارائه خواهد شد.
ترکیب عناصر
گریدهای فولاد 4140 و 4130 ترکیب عناصر یکسانی دارند اما آنچه در آن ها تفاوت ایجاد می کند درصد متفاوت این عناصر است. به عنوان نمونه در فولاد 4140 مقدار کربن بیشتری وجود دارد (بین 0.38 تا 0.43 درصد) در حالی که در فولاد گرید 4130 مقدار کربن برابر با 0.28 و 0.33 درصد است. همین میزان کربن متفاوت باعث می شود تا از نظر خواص فیزیکی و مکانیکی با یکدیگر تفاوت هایی داشته باشند.
مقایسه ویژگی های مکانیکی فولاد 4130 و 4140
فولاد 4140 در مقایسه با 4130 از خواص مکانیکی بهتری برخوردار است. در جدول زیر می توانید خلاصه ای از این خواص را برای هر دو گروه فولادی مشاهده کنید.
|
فولاد 4140 |
فولاد 4130 |
|
|
148000 psi |
97000 psi |
استحکام کشش |
|
95000 psi |
63000 psi |
استحکام تسلیم |
|
17.7 % |
25.5 % |
افزایش طول |
|
302 |
197 |
سختی برینل |
خواص فیزیکی فولادهای 4130 و 4140
قابلیت جوشکاری
از آنجا که فولاد 4130 مقدار کربن کمتری در مقایسه با فولاد 4140 دارد برای انجام عملیات جوشکاری گزینه بهتری به شمار می آید. البته باید اشاره کرد که جوش پذیری این دو گرید فولادی تا حدی به عملیات حرارتی که روی آن ها انجام می شود نیز بستگی دارد.
در دسترس بودن
فولاد 4140 به صورت ورق و میله در دسترس است و از نظر اقتصادی نیز مقرون به صرفه تر می باشد. 4130 بیشتر به صورت تیوب و ورق در بازار یافت می شود.
قابلیت ماشینکاری
به دلیل کربن کمتر فولاد 4130 قابلیت ماشینکاری بهتری دارد. امتیاز ماشینکاری فولاد 4130 برابر 70 درصد است در حالی که این امتیاز برای فولاد 4140 برابر با 65 درصد می باشد.
اطلاع خواص فولادی های 4140 و 4130 می تواند در انتخاب صحیح فولاد برای پروژه ای که پیش رو داریم بسیار کمک کننده باشد.
بیشتر مطالعه کنید: فولاد هادفیلد چیست؟
عملیات حرارتی فولادهای 4140 و 4130
هر دو نوع این فولادها را می توان تحت عملیات های حرارتی مختلفی مانند آنیل کردن، تمپرینگ و ... قرار داد و به این ترتیب خواص آن ها مانند سختی، شکل پذیری و استحکام را بهبود بخشید. در زیر به عملیات های حرارتی که بر روی این دو نوع فولاد اجرا می شود اشاره خواهد شد.
تصویر شماره ۶ - عملیات حرارتی فولاد ۴۱۴۰ و ۴۱۳۰
پرداخت سرد / کار سختی
پرداخت سرد (Cold Finishing) یا کار سختی (Strain Hardening) روش هایی هستند که به کمک آن ها فولاد از طریق تغییر شکل پلاستیک، مقاوم می شود. در پرداخت سرد فولاد 4130 کمتر چکش خوار می شود در حالی که فولاد 4140 کمتر چکش خوار شده و استحکام آن نیز کمتر می شود.
آنیل کردن
آنیلینگ یا باز پخت شامل بالا بردن دمای فولاد تا یک دمای مشخص، نگه داشتن در آن دما و سپس خنک کردن با هواست. در نتیجه این کار پایداری فولاد بهبود می یابد و شکل پذیری آن نیز بهتر می شود و سختی کاهش می یابد. فولاد 4140 آنیل شده از انعطاف کمتری برخوردار است.
تمپرینگ و کوئنچینگ
در تمپرینگ از گرما برای افزایش انعطاف پذیری هر دو نوع فولاد 4130 و 4140 استفاده می شود و خواص آن ها مانند شکل پذیری، سختی و استحکام را تغییر می دهد.
نرمالایز کردن
نرمالایز کردن شامل حرارت دادن فولاد تا دمای بالا و به دنبال آن سرد شدن آهسته در دمای اتاق است. گرمایش و سرمایش باعث می شود تا ریزساختارهای فولاد تغییر کند و در نتیجه بر خواص آن مانند سختی و شکل پذیری تاثیر گذار است.
پس از نرمال سازی، شکل پذیری فولاد 4130 به شدت افزایش می یابد.
بیشتر مطالعه کنید: تاریخچه ی صفر تا صد آهن و فولاد