การชุบแข็ง 4140: วงจรการชุบแข็งและอบคืนตัวตามขนาดหน้าตัด

วงจรมาตรฐาน

4140 เป็นเหล็กโครเมียม-โมลิบดีนัมที่มีคาร์บอนประมาณ 0.40% ออกแบบมาให้ใช้ในสภาวะ ชุบแข็งและอบคืนตัว:

1. ทำออสเทนไนต์ ที่ประมาณ 840–870 °C (ประมาณ 845 °C เป็นจุดทำงานที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย) นานพอให้หน้าตัดปรับตัวสม่ำเสมอ
2. ชุบแข็งในน้ำมัน สำหรับหน้าตัดส่วนใหญ่ โพลิเมอร์ หรือสำหรับรูปทรงเรียบง่ายในหน้าตัดเล็ก น้ำ ในกรณีที่ต้องการความรุนแรงเพิ่มเติมและมีการจัดการความเสี่ยงของการแตกร้าว การกวนและอุณหภูมิน้ำมันที่ถูกต้องสำคัญกว่าความแตกต่างของอุณหภูมิเล็กน้อยที่เตา
3. อบคืนตัว ทันทีที่ชิ้นงานถึงอุณหภูมิใกล้ห้อง — ความล่าช้าเชิญให้เกิดรอยแตกร้าวจากการชุบแข็ง อุณหภูมิการอบคืนตัวถูกเลือกจากสมบัติเป้าหมาย ไม่ใช่จากความเคยชิน

ตรรกะของเส้นโค้งการอบคืนตัว

4140 ที่เพิ่งชุบแข็งอยู่ประมาณช่วงกลางของ 50 HRC และเปราะเกินไปที่จะใช้งาน การอบคืนตัวแลกความแข็งกับความเหนียวตามเส้นโค้งที่เรียบ ประมาณดังนี้:

• การอบคืนตัวประมาณ 200 °C: ยังคงแข็งและแข็งแรงมาก ความเหนียวจำกัด — ใช้น้อยมาก สำหรับชิ้นส่วนที่การสึกหรอเป็นหลัก
• ประมาณ 400 °C: ความแข็งแรงสูงพร้อมความเหนียวที่ดีขึ้น โปรดสังเกตช่วงการเปราะของมาร์เทนไซต์ที่ผ่านการอบคืนตัวโดยทั่วไปที่เหล็ก Cr หลายชนิดแสดงที่อุณหภูมิอบคืนตัวต่ำกว่า — ชิ้นส่วนสำคัญจะถูกทดสอบแรงกระแทก ไม่ใช่สันนิษฐานเอา
• ประมาณ 550–650 °C: สภาวะสำหรับเครื่องจักรแบบคลาสสิก — ความแข็งประมาณในช่วงปลายของ 20 ถึงกลางของ 30 HRC พร้อมการผสมผสานที่ดีที่สุดของความแข็งแรงคราก ความยืดหยุ่น และความเหนียวแบบ Charpy สำหรับเพลา เฟือง และสลักเกลียวความแข็งแรงสูง

ตัวเลขที่แน่นอนจะเปลี่ยนไปตามองค์ประกอบทางเคมีจริงของชุดหลอมและความรุนแรงของการชุบแข็ง ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไมข้อกำหนดจึงระบุช่วงความแข็งหรือแรงดึง และปล่อยให้ผู้อบชุบด้วยความร้อนเลือกอุณหภูมิการอบคืนตัวเพื่อให้บรรลุค่านั้น

ความแข็งตลอดทั้งชิ้นตามเส้นผ่านศูนย์กลาง

ความสามารถในการชุบแข็งของ 4140 ดีแต่มีจำกัด ตามกฎง่าย ๆ ที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย:

• หน้าตัดถึงประมาณ 25–40 mm ชุบน้ำมันได้มาร์เทนไซต์เกือบสมบูรณ์และอบคืนตัวอย่างสม่ำเสมอ
• ในช่วง 50–100 mm แกนกลางเปลี่ยนรูปบางส่วนเป็นเบนไนต์: สมบัติที่ผิวและแกนกลางแยกออกจากกัน และสมบัติที่รับประกันในมาตรฐานลดลงตามไปด้วย
• เกินกว่านั้น ให้ปฏิบัติต่อ “4140 ที่ชุบแข็งตลอดทั้งชิ้น” ด้วยความระแวง — ถามว่าชิ้นทดสอบถูกตัดจากที่ใด (ผิว ครึ่งรัศมี หรือแกนกลาง ล้วนเป็นธรรมเนียมที่ใช้กัน) หรือย้ายไปเกรดที่มีความสามารถในการชุบแข็งสูงกว่า เช่น 4340

นี่คือเหตุผลว่าทำไมมาตรฐาน EN และ ASTM จึงจัดตารางสมบัติของ 42CrMo4/4140 ตามขนาดหน้าตัดที่ใช้ตัดสิน และเหตุใดการวัดความแข็งตามแนวขวางบนตัวอย่างจากแท่งจริงจึงมีค่ามากกว่าค่าจากแคตตาล็อก

หมายเหตุในทางปฏิบัติ

นอร์มัลไลซิงก่อนการชุบแข็งหากโครงสร้างที่เข้ามาเป็นแถบหรือหยาบจากการรีดร้อน กลึงในสภาวะอบอ่อนหรือชุบแข็งไว้ก่อน (ชุบแข็งและอบคืนตัวถึงประมาณ 28–32 HRC) เพื่อเศรษฐศาสตร์ของโรงงานที่ดีที่สุด — แผ่นและแท่ง 4140 ที่ชุบแข็งไว้ก่อนมีอยู่ก็เพื่อให้งานชุดเล็กสามารถข้ามโรงชุบแข็งไปได้เลย

การตรวจสอบสองอย่างปิดวงจรของงานชุบแข็ง 4140 ทุกงาน: ตรวจสอบความแข็งบนผิวใช้งานหลังการอบคืนตัว (การอ่านค่าเพียงครั้งเดียวที่ปลายหนึ่งของเพลายาวพิสูจน์ได้น้อยมาก) และในกรณีที่ชิ้นงานมีความสำคัญด้านความล้า ให้ยืนยันว่าข้อกำหนดด้านแรงกระแทกของข้อกำหนดนั้นถูกทดสอบจากขนาดหน้าตัดที่ใช้ตัดสินจริง — ชื่อเสียงของ 4140 ถูกสร้างขึ้นในช่วงที่มันชุบแข็งตลอดทั้งชิ้น และสูญเสียไปอย่างเงียบ ๆ นอกช่วงนั้น