Hartowanie 4140: cykle hartowania i odpuszczania według wielkości przekroju

Standardowy cykl

4140 to stal chromowo-molibdenowa o około 0.40% węgla, zaprojektowana do stosowania po hartowaniu i odpuszczaniu:

1. Austenityzowanie w temperaturze mniej więcej 840–870 °C (około 845 °C jest szeroko stosowanym punktem roboczym), wystarczająco długo, aby przekrój się wyrównał.
2. Hartowanie w oleju dla większości przekrojów; polimer lub, dla prostych kształtów w małych przekrojach, woda tam, gdzie dodatkowa ostrość jest potrzebna, a ryzyko pękania jest zarządzane. Mieszanie i prawidłowa temperatura oleju mają większe znaczenie niż małe różnice temperatury w piecu.
3. Odpuszczanie tak szybko, jak część osiągnie temperaturę zbliżoną do pokojowej — opóźnienie sprzyja pęknięciom hartowniczym. Temperatura odpuszczania jest wybierana na podstawie właściwości docelowych, a nie z przyzwyczajenia.

Logika krzywej odpuszczania

4140 po hartowaniu znajduje się na poziomie 50-paru HRC i jest zbyt krucha do użycia. Odpuszczanie wymienia twardość na ciągliwość wzdłuż gładkiej krzywej, w przybliżeniu:

• Odpuszczanie około 200 °C: nadal bardzo twarda i wytrzymała, ograniczona ciągliwość — stosowane rzadko, dla części zdominowanych przez zużycie.
• Około 400 °C: wysoka wytrzymałość przy poprawiającej się ciągliwości; zwróć uwagę na ogólny region kruchości odpuszczonego martenzytu, który wiele stali Cr wykazuje przy niższych temperaturach odpuszczania — części krytyczne są badane udarnościowo, a nie zakładane.
• Około 550–650 °C: klasyczny stan maszynowy — twardość mniej więcej w zakresie wysokich 20-paru do średnich 30-paru HRC, przy najlepszej kombinacji granicy plastyczności, plastyczności i udarności Charpy'ego dla wałów, kół zębatych i śrub o wysokiej wytrzymałości.

Dokładne liczby przesuwają się wraz z rzeczywistym składem chemicznym wytopu i ostrością hartowania, dlatego specyfikacje określają zakres twardości lub rozciągania i pozwalają hartownikowi wybrać temperaturę odpuszczania, aby go osiągnąć.

Twardość na wskroś według średnicy

Hartowność 4140 jest dobra, ale skończona. Jako szeroko stosowana zasada ogólna:

• Przekroje do mniej więcej 25–40 mm hartują się w oleju do niemal pełnego martenzytu i odpuszczają równomiernie.
• W zakresie 50–100 mm rdzeń coraz bardziej przemienia się częściowo w bainit: właściwości powierzchni i rdzenia rozchodzą się, a właściwości gwarantowane w normach odpowiednio spadają.
• Poza tym traktuj „4140 utwardzoną na wskroś” z podejrzliwością — zapytaj, gdzie wycięto próbkę (powierzchnia, połowa promienia lub rdzeń są stosowanymi konwencjami), lub przejdź do gatunku o wyższej hartowności, takiego jak 4340.

Dlatego normy EN i ASTM zestawiają właściwości 42CrMo4/4140 według przekroju miarodajnego oraz dlaczego przebieg twardości na próbce z rzeczywistego pręta jest wart więcej niż wartość katalogowa.

Uwagi praktyczne

Normalizuj przed hartowaniem, jeśli struktura wejściowa jest pasmowa lub gruba po walcowaniu na gorąco. Obrabiaj w stanie wyżarzonym lub wstępnie utwardzonym (po hartowaniu i odpuszczaniu do około 28–32 HRC) dla najlepszej ekonomiki warsztatowej — wstępnie utwardzone blachy i pręty 4140 istnieją dokładnie po to, aby małe partie mogły całkowicie pominąć hartownię.

Dwa sprawdzenia zamykają pętlę każdego zadania hartowania 4140: zweryfikuj twardość na powierzchniach roboczych po odpuszczaniu (jeden odczyt na jednym końcu długiego wału niewiele dowodzi) oraz tam, gdzie część jest krytyczna zmęczeniowo, potwierdź, że wymagania udarności specyfikacji zostały faktycznie zbadane z przekroju miarodajnego — reputacja 4140 jest zdobywana w jej zakresie utwardzania na wskroś i po cichu tracona poza nim.