خلاصه سریع
ASTM A519 درجه 4140یک مشخصات استاندارد برایلوله مکانیکی بدون درز کربن و فولاد آلیاژی. "4140" به نوع فولاد خاص (SAE/AISI 4140) اشاره دارد که یک فولاد آلیاژی کروم-مولیبدن است که به دلیل استحکام بالا، چقرمگی خوب و مقاومت در برابر سایش عالی شناخته شده است.
در درجه اول برای کاربردهایی استفاده می شود که خواص مکانیکی آن مهم تر از مهار فشار است.
1. تفکیک مشخصات
ASTM A519:این استاندارد کلی از ASTM International است که الزامات ابعادی، مکانیکی و شیمیایی برای لوله های مکانیکی بدون درز را پوشش می دهد. با عنوان "مشخصات استاندارد برای لوله های مکانیکی بدون درز کربن و فولاد آلیاژی."
SAE 4140 (یا AISI 4140):این درجه فولاد خاص است که توسط انجمن مهندسین خودرو (SAE) تعریف شده است. همه کاره و پرکاربرد استفولاد آلیاژی کروم-مولیبدن (Cr-Mo)..
2. ویژگی های کلیدی فولاد 4140
خواص لوله مستقیماً از شیمی فولاد 4140 و عملیات حرارتی ناشی می شود.
شیمی (معمولی):
کربن (C): 0.38-0.43% ->سختی و استحکام را فراهم می کند.
کروم (Cr): 0.80-1.10% ->سختی پذیری را افزایش می دهد، مقاومت در برابر خوردگی را کمی بهبود می بخشد و مقاومت به سایش را افزایش می دهد.
مولیبدن (Mo): 0.15-0.25% ->سختی و استحکام را به ویژه در دماهای بالا افزایش می دهد و خطر شکنندگی را کاهش می دهد.
منگنز (Mn): 0.75-1.00% ->سختی و استحکام را افزایش می دهد.
خواص کلیدی:
استحکام بالا:می تواند تا سطوح مقاومت بسیار بالا عملیات حرارتی شود.
چقرمگی خوب:مقاومت در برابر ضربه را حتی در سطوح مقاومت بالا حفظ می کند.
مقاومت در برابر سایش عالی:ایده آل برای قطعاتی که اصطکاک و سایش را تجربه می کنند.
شکل پذیری نسبتاً خوبدر حالت نرمال یا آنیل شده، امکان ماشینکاری و ساخت را فراهم می کند.
3. شرایط معمول عملیات حرارتی
لوله ASTM A519 4140 اغلب در یکی از چندین شرایط عرضه می شود که به شدت بر خواص آن تأثیر می گذارد:
آنیل شده (ANL):نرم ترین حالت ماشینکاری آسان است، اما استحکام و سختی کمتری دارد.
نرمال شده (N):گرم شده و هوا{0}}خنک می شود. تعادل خوبی از قدرت و ماشین کاری را فراهم می کند.
کاهش استرس (SR):گرم می شود تا تنش های داخلی ناشی از کشش سرد را کاهش دهد و ثبات ابعادی را بهبود بخشد.
خاموش و تمپر شده (Q&T):این رایجترین حالت برای برنامههای کاربردی با قدرت-بالا است. فولاد حرارت داده می شود، به سرعت در روغن یا آب خاموش می شود و سپس برای دستیابی به ترکیب خاصی از سختی، استحکام و چقرمگی حرارت داده می شود (دوباره گرم می شود).
خصوصیات مکانیکی معمولی برای A519 4140 Q&T:
مقاومت کششی:95، 000 - 115،000 psi (655 - 795 مگاپاسکال)
قدرت تسلیم:60، 000 - 80،000 psi (415 - 550 مگاپاسکال)
ازدیاد طول: 18-22%
سختی:190 - 230 برینل (HB) - بسته به دمای معتدل میتواند بسیار بالاتر باشد.
4. برنامه های کاربردی رایج
این ماده به دلیل خواص مکانیکی آن انتخاب شده است، نه برای نگه داشتن فشار (البته می تواند). کاربردهای اصلی آن به عنوان اجزای ساختاری و قطعات متحرک است:
بشکه و پیستون سیلندر هیدرولیک
محورها و شفت ها(به عنوان مثال، شفت محرک، شفت چرخ دنده)
پین و بوش
اجزای ماشین ابزار(به عنوان مثال، دوک ها، کولت ها)
قطعات خودرو و هوافضا
ابزار حفره نفت و گاز
قطعات ماشینکاری عمومینیاز به استحکام بالا و مقاومت در برابر سایش.
5. مزایا و معایب
مزایا:
نسبت قدرت-به-بالا:قوی تر از بسیاری از فولادهای کربنی است که امکان طراحی سبک تر را فراهم می کند.
عمر پوشیدن عالی:از فولاد کربن استاندارد در محیط های ساینده دوام می آورد.
ماشینکاری خوبدر شرایط آنیل شده
به درمان حرارتی به خوبی پاسخ می دهد:ویژگی ها را می توان برای کاربردهای خاص تنظیم کرد.
ساخت و ساز بدون درز:بدون درز جوش، که یک نقطه بالقوه شکست است.
معایب:
هزینه:گران تر از لوله های فولادی کربن استاندارد مانند A513 یا A500.
قابلیت جوشکاری:بیچاره برای جلوگیری از ترک خوردن به دلیل سختی پذیری بالا، به عملیات حرارتی قبل از-و پس از{2}} جوشکاری (PWHT) نیاز دارد.
مقاوم در برابر خوردگی نیست:اگر با آبکاری، رنگ آمیزی یا سایر پوشش ها محافظت نشود، زنگ می زند.
Overkill برای کاربردهای ساده:اگر به استحکام بالا نیاز نباشد-مقرون به صرفه نیست.
مقایسه با سایر استانداردها
ASTM A519 1020 / 1026:فولاد کم کربن جوشکاری و ماشینکاری بسیار ساده تر است اما استحکام کمتری دارد و نمی توان آن را عملیات حرارتی کرد.
ASTM A519 4130:یک فولاد کروم{0}Mo دیگر، اما با کربن کمتر (~0.30%). نسبت به 4140 کمی سختی و استحکام کمتری دارد اما جوش پذیری بهتری دارد. اغلب در قاب های سازه ای و هوافضا استفاده می شود.
ASTM A106 Gr B:استانداردی برای لوله های بدون درز که برای سرویس{0}در دمای بالا (مثلاً خطوط لوله) طراحی شده است. این یک فولاد کربنی است و معمولاً برای کاربردهای مکانیکی که در آن استحکام و سایش کلیدی است استفاده نمی شود.
ASTM A500:استانداردی برای لوله های ساختاری (اغلب جوش داده شده). برای ساخت عمومی است و شیمی یا عملیات حرارتی کنترل شده A را ندارد519 4140.
نتیجه گیری
لوله فولادی ASTM A519 4140درجه برتر-استلوله مکانیکی بدون درزبرای برنامه های کاربردی که نیاز به ترکیبی ازاستحکام، چقرمگی و مقاومت در برابر سایش بالا. هنگامی که به لولهای نیاز دارید که به عنوان یک-جزء ماشین با کارایی بالا نیز عمل کند، این اغلب-مطالب مورد استفاده قرار میگیرد.
هنگام تهیه این مواد، تعیین موارد مورد نیاز بسیار مهم استشرایط عملیات حرارتی(به عنوان مثال، Annealed، Quenched & Tempered) تا اطمینان حاصل شود که خواص مکانیکی مورد نیاز طراحی خود را دریافت می کنید.
