فولاد Mo40، مشخصات و کاربرد آن

فولاد Mo40 که در استاندارد AISI به آن 4140 نیز گفته می شود یکی از گریدهای پرکاربرد فولاد است که به گروه فولادهای کم آلیاژ تعلق دارد. فولاد Mo40 حاوی عناصر آلیاژی مانند کروم، مولیبدن و منگنز است. این عناصر باعث ایجاد استحکام کششی بالا به همراه مقاومت قابل قبول به خوردگی و سایش در این گرید فولادی شده اند. از فولاد AISI 4140 به طور گسترده در ساخت تجهیزات و وسایلی که در معرض سایش قرار دارند مانند انواع چرخ دنده، شفت و غلتک استفاده می شود. 

گریدهای مختلف فولاد

فولاد یکی از آلیاژهای بسیار پرکاربرد آهن است که در فرم ابتدایی از ترکیب آهن و کربن ساخته می شود. اما می توان عناصر دیگری به فولاد نیز اضافه کرد و یا حتی درصد کربن را در ساختار آن کم و زیاد کرد. با انجام این کار گریدهای مختلفی از فولاد تو.لید می شود که هر کدام ویژگی هایی متمایز از سایر گریدها دارند. جالب است بدانید تا کنون بیش از 3500 گرید مختلف فولاد ساخته شده است. هر چند تمام این گریدها از نظر صنعتی کاربرد ندارد اما برخی از آن ها به دلیل ویژگی های فیزیکی و شیمیایی و همچنین هزینه تولید کمتر بیشتر در صنایع مختلف کاربرد دارند. یکی از انواع این فولادهای کاربرد فولاد گرید 4140 است که در این مقاله به معرفی آن خواهیم پرداخت.

تصویر شماره ۱ - فولاد AISI 4140

آنچه در این مقاله مطالعه خواهید کرد:

• فولاد Mo40
• نام گذاری گرید 4140
• فولاد Mo40 یا 4140 چگونه ساخته می شود؟
• مشخصات فولاد AISI 4140
• کاربردهای فولاد Mo40
• زنگ زدگی فولاد 4140
• جوشکاری فولاد 4140

فولاد Mo40

فولاد Mo40 در رده فولادهای کم آلیاژ قرار دارد که در استاندارد AISI (انجمن آهن و فولاد آمریکا) با نام فولاد 4140  شناخته می شود.

در مورد فولادهای آلیاژی باید گفت که بسته به میزان عناصر آلیاژی که در ساخت آن ها به کار رفته است می توانند کم آلیاژ یا آلیاژ بالا باشند. در فولادهای کم آلیاژ کمتر از 10 درصد عناصر آلیاژی مانندکروم و نیکل و ... به کار رفته است و به طور گسترده ای برای ساخت انواع لوله، بدنه خودرو و هواپیما و ... به کار برده می شوند.

فولاد 4140 شامل عناصر آلیاژی کروم، مولیبدن و منگنز است و در بسیاری از صنایع به دلیل برخورداری از چقرمگی و استحکام خستگی بالا و همچنین مقاومت به ضربه و سایش مورد استفاده قرار می گیرد. لازم به ذکر است که کمتر گریدی از نظر کاربرد و مفید بودن با فولاد Mo40 قابل رقابت است.

بیشتر مطالعه کنید: ورق آلیاژی چیست؟

نام گذاری گرید 4140

در هر استاندارد برای نامگذاری گریدهای مختلف فولادی از نشانه ها و سیستم های مختلفی استفاده می شود. به عنوان مثال در استاندارد AISI به گرید فولادی که در حال معرفی آن هستیم 4140 گفته می شود. بهتر است بدانیم که هر عدد به چه معناست.

عدد 4: نشان می دهد که فولاد 4140، در ساختار خود مولبیدن دارد و این میزان مولیبدن از آنچه در سایر گریدها مانند سری 1XXX وجود دارد بیشتر است.

عدد 1: نشان می دهد که فولاد 4140 حاوی کروم نیز می باشد و مقدار کروم آن از فولادهای 46XX بیشتر است.

عدد 40: عدد 40 نیز برای ایجاد تمایز بین این فولاد با سایر فولادهای سری 41XX به کار می رود.

نکته: به فولاد 4140 از آنجا که حاوی مولیبدن می باشد Mo40 نیز گفته می شود.

در استاندارد DIN آلمان فولاد AISI 4140  از طریق کد 1.7225 معرفی می شود.

فولاد Mo40 یا 4140 چگونه ساخته می شود؟

فولاد Mo40 از قرار دادن آهن به همراه کربن و سایر عناصر آلیاژی در یک کوره الکتریکی یا اکسیژن تولید می شود. عناصر آلیاژی اصلی که در فولاد 4140 به کار می رود شامل موارد زیر است:

• کروم
• منگنز
• مولیبدن

پس از آنکه آهن به همراه عناصر آلیاژی به صورت مذاب ترکیب شدند اجازه داده می شود تا سرد شود. ممکن است پس از آن عملیات آنیلینگ نیز چندین بار اجرا شود.

پس از انجام عملیات آنیلینگ فولاد مجددا حرارت داده شده و ذوب می شود تا بتوان آن را از طریق سرد کاری یا گرم کاری به شکل دلخواه درآورد. البته عملیات دیگری نیز ممکن است برای تغییر ویژگی ها مکانیکی و اصلاح ساختار این فولاد روی آن انجام شود.

تصویر شماره ۲ - لوله های ساخته شده با فولاد Mo40

بیشتر مطالعه کنید: فولاد کم آلیاژ استحکام بالا

مشخصات فولاد AISI 4140

در ادامه به مشخصات مکانیکی و شیمیایی فولاد Mo40 اشاره خواهد شد.

ویژگی های مکانیکی فولاد 4140

فولاد Mo40 نوعی فولاد آلیاژیست و خواص آن علاوه بر آهن و کربن به سایر عناصری که در آن به کار رفته است نیز بستگی دارد. در AISI با اضافه کردن کروم، مولیبدن و منگنز استحکام و سختی پذیری فولادها را افزایش می دهند. اضافه کردن مولیبدن و کروم به فولاد AISI 4104 باعث شده است که به عنوان یک فولاد Chromoly (فولادی حاصل از ترکیب کروم و مولیبدن) شناخته شود.

در بررسی فولادها برخی پارامترهای مکانیکی حائز اهمیت هستند. این پارامترها به همراه مقدار آن ها در جدول زیر آورده شده است.

ویژگی های شیمیایی فولاد Mo40

در جدول ترکیبات شیمیایی فولاد Mo40 به همراه درصد آن ها آورده شده است.

وجود کروم و مولیبدن در ساختار این گرید از فولاد باعث می شود تا در برابر خوردگی از مقاومت بالایی برخوردار باشد. مولیبدن از فولاد در برابر خوردگی به وسیله ی یون های کلرید محافظتمی کند. منگنز در فولاد AISI 4140 باعث افزایش سختی پذیری می شود و به عنوان یک اکسیژن زدا به کار به کار می رود. در فولادهای آلیاژی منگنز می تواند با گوگرد نیز ترکیب شود و قابلیت ماشینکاری را بهبود ببخشد و فرایند کربن دهی را مؤثر تر کند.

بیشتر مطالعه کنید: اثر عناصر مختلف بر فولاد

کاربردهای فولاد Mo40

توجه به سایش در کاربرد فولادها بسیار اهمیت دارد. سایش زمانی رخ می دهد که دو قطعه در تماس مداوم با یکدیگر باشند به مرور زمان مواد از سطح آن ها برداشته می شود. از جمله قطعاتی که در تماس مداوم قرار دارند می توان به چرخ دنده ها یا غلتک ها اشاره کرد. بنابراین در هنگام ساخت این قطعات باید از گریدهای فولادی استفاده شود که مقاومت بالاتری در برابر سایش دارند. یکی از این گریدهای مقاوم در برابر سایش فولاد Mo40 است.

فولاد Mo40 به دلیل مقاومت بالا در برابر سایش، چقرمگی و مقاومت در برابر ضربه ی خوب و همچنین استحکام خستگی قابل قبول برای ساخت وسایلی که در معرض سایش و ضربه و مداوم قرار دارند مناسب است. از این رو از آن در ساخت تجهیزات و سایل زیر بسیار استفاده می شود:

• انواع غلتک در صنایع مختلف
• شاتون
• انواع چرخ دنده
• سازه های هواپیما
• انواع پیچ

تصویر شماره ۳ - کاربرد فولاد AISI 4140

زنگ زدگی فولاد 4140

فولاد Mo40 به دلیل داشتن عناصر آلیاژی مانند کروم و مولیبدن در ساختار خود از مقاومت خوبی در برابر خوردگی برخوردار است. هر چند اگر فرایند خوردگی در این فولاد آغاز شود مانند سایر ها فولادها دچار تخریب می شود.

جوشکاری فولاد 4140

فولاد Mo40 را می توان جوش داد اما نیاز دارد تا پیش گرم شود زیر نسبت به ترک خوردگی حساس است.

تصویر شماره ۴ - فلنج های ساخته شده از فولاد Mo40