فولاد آلیاژی AISI 4340
AISI 4340 alloy steel
فولاد AISI 4340 : مقدمهای بر ویژگیها و کاربردها
فولاد AISI 4340 یک فولاد آلیاژی با کمترین مقدار کربن و میزان کمی کروم و مولیبدن است که به دلیل مقاومت و استحکام خود در بخشهای مختلف شناخته شده است. این نوع فولاد از خانواده فولادهای نیکل-کروم-مولیبدن به شمار میآید.
در دماهای عالیتر، فولاد آلیاژی 4340 معمولاً در محدوده کششی 930 تا 1080 Mpa سخت میشود. این تقویت معمولاً از طریق فرآیندهای سختشدن شعلهای یا القایی، و همچنین نیتریدینگ انجام میشود. از این فولاد برای تولید قطعات پیشساخته و سختشده AISI 4340 که توانمندی افزایش استحکام سطح را دارند، استفاده میشود.
AISI 4340 به خوبی از مقاومت در برابر ضربه و خرد شدن بهرهمند است، همچنین در شرایط سخت مقاومت قابل ملاحظهای در برابر سایش و فرسایش دارد. در شرایط آنیل، خصوصیات انعطافپذیری بسیار خوبی ارائه میدهد و این امکان را فراهم میسازد که تحت تأثیر فشارهای خارجی خم شود یا شکلگیری پیدا کند.
از دیدگاه جوشکاری فیوژن، فولاد AISI 4340 از مقاومت قابل قبولی برخوردار است. استانداردهای ASTM 4340 این امکان را فراهم میکنند که در مکانهایی که فولادهای دیگر توانایی تأمین استحکام مورد نیاز را ندارند، از این مواد استفاده شود. این فولاد با تمام روشهای مرسوم ساخته میشود، از جمله رولگیری و تزریق.
فولاد AISI Alloy 4340: مشخصات فنی
استانداردهای معادل :
- ASTM 4340
- EN24 / 817M40 (استاندارد اروپایی)
- 1.6511 / 36CrNiMo4 (استاندارد اروپایی)
- SNCM439 (استاندارد ژاپن)
محدوده تامین :
نوار گرد فولادی 4340 :
– قطر : 8 میلیمتر تا 3000 میلیمتر
– ورق فولادی 4340 :
– ضخامت : 10 میلیمتر تا 1500 میلیمتر
– عرض : 200 میلیمتر تا 3000 میلیمتر
– مربع فولاد 4340 :
– طرف : 20 میلیمتر تا 500 میلیمتر
سطح نهایی :
– مشکی
– ماشینآلات خشن
– چرخانده یا مطابق نیازهای مشخص شده
توضیحات :
فولاد AISI 4340 یک فولاد آلیاژی متداول و چندمنظوره است که در بسیاری از کاربردهای مختلف از جمله صنایع خودروسازی، هوافضا، نفت و گاز، و صنایع ماشینسازی مورد استفاده قرار میگیرد. محدوده تامین گسترده این فولاد به تولیدکنندگان امکان میدهد تا به طور دقیق از آن در قطعات مختلف استفاده کنند.
استفاده از استانداردها و معیارهای مختلف اروپایی و ژاپنی به تجارت جهانی این محصول اطمینان میبخشد و انتخابهای مناسبی را برای تولیدکنندگان فراهم میسازد.
مشخصات و استاندارد های فولادی AISI 4340
|
کشور
|
ایالات متحده آمریکا |
بریتانیا |
بریتانیا |
ژاپن |
|
استاندارد
|
ASTM A29
|
EN 10250
|
BS 970
|
JIS G4103
|
| درجات |
4340 |
36CrNiMo4 /
1.6511 |
EN24 / 817M40 |
SNCM 439 / SNCM8
|
ASTM 4340 فولادها و ترکیبات شیمیایی متعادل
|
استاندارد
|
گرید |
کربن |
منگنز |
فسفر |
گوگرد |
سیلیسیوم |
نیکل |
کروم |
مولیبدن
|
|
ASTM A29
|
4340 |
0.38-0.43 |
0.60-0.80 |
0.035 |
0.040 |
0.15-0.35 |
1.65-2.00 |
0.70-0.90 |
0.20-0.30
|
|
EN 10250
|
36CrNiMo4 /
1.6511 |
0.32-0.40 |
0.50-0.80 |
0.035 |
0.035 |
0.40 پوند |
0.90-1.20 |
0.90-1.2 |
0.15-0.30
|
|
BS 970
|
EN24 / 817M40 |
0.36-0.44 |
0.45-0.70 |
0.035 |
0.040 |
۰.۰-۰.۴۰ |
1.3-1.7 |
1.00-1.40 |
0.20-0.35
|
|
JIS G4103
|
SNCM 439 / SNCM8 |
0.36-0.43 |
0.60-0.90 |
0.030 |
0.030 |
0.15-0.35 |
1.60-2.00 |
0.60-1.00 |
0.15-0.30
|
خواص مکانیکی فولادی AISI Alloy 4140
|
خصوصیات مکانیکی
(شرایط گرمایشی)
|
وضعیت |
بخش حاکم
میلی متر |
مقاومت کششی MPa |
قدرت بازده
MPa |
الونگ
٪ |
Izod Impact |
برینل
سختی
|
|
T
|
250 |
850-1000 |
635 |
13 |
40 |
248-302
|
|
|
T
|
150 |
850-1000 |
665 |
13 |
54 |
248-302
|
|
|
U
|
100 |
930-1080 |
740 |
12 |
47 |
269-331
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
V
|
63 |
1000-1150 |
835 |
12 |
47 |
293-352
|
|
|
W
|
30 |
1080-1230 |
925 |
11 |
41 |
311-375
|
|
|
X
|
30 |
1150-1300 |
1005 |
10 |
34 |
341-401
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Y
|
30 |
1230-1380 |
1080 |
10 |
24 |
363-429
|
|
|
Z
|
30 |
1555- |
1125 |
5 |
10 |
444-
|
|
خصوصیات حرارتی
|
خصوصیات
|
متریک |
امپریال
|
|
انبساط حرارتی با بهره وری (20 درجه سانتیگراد / 68 درجه فارنهایت) ، روغن سخت شده نمونه ، 600 درجه سانتیگراد (1110 درجه فارنهایت)
|
12.3 میکرومتر / متر درجه سانتی گراد |
6.83 میکرون در دما F |
| هدایت حرارتی (فولاد معمولی) |
44.5 W / mK |
309 BTU در / hr.ft². ° F
|
آهنگری فولاد آلیاژی 4340
ابتدا، فولاد 4340 را گرم کنید تا دمای 1150 تا 1200 درجه سانتیگراد را برسانید.
نگه دارید تا دمای یکنواخت در تمام بخش حفظ شود.
از آهنگری زیر 850 درجه سانتیگراد خودداری کنید.
هنگام خنک شدن، به دلیل حساسیت به ترک، از مراقبتهای لازم استفاده کنید. مثلاً خنک کردن در ماسه یا آهک خشک توصیه میشود.
عملیات حرارتی :
– تسکین استرس :
- گرم کردن فولاد 4340 تا 500–550 درجه سانتیگراد.
- نگه دارید تا دمای یکنواخت در طول بخش حفظ شود.
- در هوا خنک شود.
– بازپخت :
- آنیل کامل در دمای 844 درجه سانتیگراد.
- سپس سریعاً در کوره با سرعت بیش از 10 درجه سانتیگراد در ساعت به سمت پایین تا 315 درجه سانتیگراد.
- از 315 درجه سانتیگراد به بعد، میتوانید هوا را خنک کنید.
– معتدل :
- قبل از خنک شدن، فولاد را در شرایط گرمایشی یا عادی سازی قرار دهید.
- دمای معتدل بستگی به میزان قدرت مورد نظر دارد.
- برای مقاومت در برابر درجه حرارت و استحکام مختلف، دماهای مختلف معتدلی اعمال شود.
- از گرمازدگی در محدوده 250 تا 450 درجه سانتیگراد به دلیل شکنندگی خنک جلوگیری کنید.
– شعلهور شدن یا سختشدن القایی
همانطور که ذکر شد، میلههای فولادی AISI 4340 با استفاده از فرآیندهای شعلهور یا روشهای سختشدن القایی قبلی، قبل از خنک شدن، قابلیت افزایش سختی سطح را پیدا میکنند، و نتیجهاش میتواند سختی کیس به بیش از Rc 50 باشد. در فرآیند گرمکردن، مهم است که مواد فولادی AISI 4340 به سرعت گرم شوند. دامنه دمای آستنیتی (830 درجه سانتیگراد تا 860 درجه سانتیگراد) و عمق مورد نیاز، به تناسب با سختی مطلوب، اندازه و شکل قطعه کار، و تنظیمات خنک کننده، روغن یا آب، متغیر است.
پس از اتمام فرآیند خنکشدن، با توجه به نیاز، برای مقابله با استرس در حالت مورد نظر، معتدلسازی در دمای 150 درجه سانتیگراد تا 200 درجه سانتیگراد راه حلی مؤثر است که با حداقل تأثیر بر سختی، استرس را کاهش میدهد.
برای حصول بهترین نتایج، ابتدا تمام مواد سطح زراعیشده را بررسی و پالایش کنید.
– نیتریدینگ
فولاد آلیاژی سخت و تمیز AISI 4340 نیز میتواند تحت فرآیند نیتریدینگ قرار گیرد و سطح آن به سختی تا 60 درجه سانتیگراد افزایش یابد. برای این منظور، گرمایی به دمای 500 درجه سانتیگراد تا 530 درجه سانتیگراد و مدت زمان کافی (10 تا 60 ساعت) نیاز است تا عمق کیس توسعه یابد. فرآیند نیتریدینگ باید با خنک شدن آهسته و بدون قطع خاموش دنبال شود تا مشکل اعوجاج کاهش یابد.
با انجام این فرآیند، مواد AISI 4340 به تقریباً اندازه نهایی شکل میگیرند، و تنها یک کمک هزینه کوچک برای خرد کردن باقی میماند. استحکام کششی هسته مواد فولادی 4340 معمولاً تحت تأثیر نیتریدینگ قرار نمیگیرد، زیرا دامنه دمای نیتریدینگ به طور کلی زیر دمای معتدل اصلی این فولاد مشغول به کار است. سختی سطح نیز به صورت دستیابیپذیر، در بازه 600 تا 650 HV قرار دارد.
ماشینکاری
ماشینکاری فولاد آلیاژی 4340 به بهترین وجه در شرایط آنیل یا نرمال و در دماهای معمولی انجام میشود. از روشهای مرسوم مانند اره، چرخش، حفاری و سایر روشهای مکانیکی میتوان برای ماشینکاری استفاده کرد. با این حال، در شرایطی که استحکام بیش از 200 کیلوگرم یا بیشتر مورد نیاز است، قابلیت کارایی تا 10٪ تا 25٪ از آلیاژ در شرایط آنیل کاهش مییابد.
جوشکاری
جوشکاری فولاد 4340 در شرایط سخت و کم فشار (همانطور که به طور عادی تهیه میشود) توصیه نمیشود، زیرا این ممکن است منجر به خطرات ترکخوردگی شود؛ به دلیل اینکه خواص مکانیکی در منطقه تحت تأثیر گرمای جوش تغییر میکند.
اگر نیاز به جوشکاری وجود دارد، موارد زیر را مد نظر قرار دهید :
– قبل از جوشکاری، قطعه کار را به دمای 200 تا 300 درجه سانتیگراد گرم کنید.
– در طول جوشکاری، دمای حاصل را حفظ کنید.
– بلافاصله پس از تسکین جوش، در دمای 550 تا 650 درجه سانتیگراد قرار دهید.
– در صورت لزوم، بلافاصله بعد از خنک شدن، استرس را در 15 درجه سانتیگراد پایینتر از دمای معتدل اصلی برطرف کنید.
این اقدامات به جلوگیری از تحلیل خودکار، سخت شدن غیرمطلوب، و حفظ خواص مکانیکی مطلوب کمک خواهد کرد.
کاربرد فولاد AISI 4340
فولاد AISI 4340 در اکثر بخشهای صنعت بهخصوص در کاربردهایی که نیاز به استحکام کششی و بازده بالا دارند، به جای فولاد 4140 مورد استفاده قرار میگیرد.
این فولاد با خصوصیات مکانیکی برتر خود، در موارد مختلف مورد استفاده قرار میگیرد، از جمله:
– دنده فرود هواپیما : در این بخش حیاتی از صنعت هوانوردی، استفاده از فولاد AISI 4340 به دلیل استحکام بالا و اعتماد بهنفس در شرایط سخت، بسیار رایج است.
– اتومبیل : در تولید قطعاتی که نیاز به استحکام و مقاومت در برابر فشار دارند، فولاد 4340 به خوبی عملکرد میکند.
– حفاری نفت و گاز : در ساخت قطعات مقاوم در مقابل فشارها و شرایط محیطی سخت، این فولاد مورد توجه است.
– آهنگری : برای تولید ابزارهای آهنگری با خواص مکانیکی بالا، از فولاد AISI 4340 استفاده میشود.
– گرم و سرد کردن : در صنایعی که نیاز به مقاومت در برابر تغییرات دما دارند، فولاد 4340 به خوبی عمل میکند.
– ماشینسازی : در تولید ابزارهای ماشینی با ضرورت استحکام بالا، این فولاد به کار میرود.
– سیستمهای انتقال : در قطعات مانند دندههای انتقال نیرو و شفتها که نیاز به استحکام و تحمل فشار دارند.
– صنایع مهندسی عمومی و کاربردهای ساختاری : شفتهای سنگین، چرخ دندهها، محورها، دوک نخریسی، کوپلینگ، پین، چاک، قالب و دیگر قطعات مشابه.
استفاده از این فولاد در این بخشها به دلیل ترکیب مناسب استحکام و انعطاف، باعث ارتقاء عملکرد و دوام قطعات میشود.
