Загартування 4140: цикли загартування та відпуску за розміром перерізу

Стандартний цикл

4140 — це хромомолібденова сталь із приблизно 0.40% вуглецю, розроблена для використання після загартування та відпуску:

1. Аустенітизація приблизно за 840–870 °C (приблизно 845 °C є широко використовуваною робочою точкою), достатньо довго, щоб переріз вирівнявся.
2. Загартування в оливі для більшості перерізів; у полімері або, для простих форм у малих перерізах, у воді, де потрібна додаткова жорсткість і ризик розтріскування контролюється. Перемішування та правильна температура оливи важливіші за невеликі різниці температур у печі.
3. Відпуск щойно деталь досягне температури, близької до кімнатної, — затримка запрошує гартувальні тріщини. Температуру відпуску обирають із цільових властивостей, а не за звичкою.

Логіка кривої відпуску

4140 після загартування перебуває приблизно у межах середини 50 HRC і надто крихка для використання. Відпуск обмінює твердість на в’язкість уздовж плавної кривої, приблизно:

• Відпуск приблизно за 200 °C: все ще дуже тверда та міцна, обмежена в’язкість — використовується рідко, для деталей, де домінує зношування.
• Приблизно за 400 °C: висока міцність із покращуваною в’язкістю; зверніть увагу на загальну область крихкості відпущеного мартенситу, яку багато сталей Cr показують за нижчих температур відпуску, — відповідальні деталі випробовують на удар, а не припускають.
• Приблизно за 550–650 °C: класичний стан для машинобудування — твердість приблизно у межах від верхніх 20 до середини 30 HRC, з найкращим поєднанням межі текучості, пластичності та в’язкості за Шарпі для валів, шестерень і високоміцних болтів.

Точні цифри зміщуються залежно від фактичного хімічного складу плавки та жорсткості загартування, саме тому специфікації вказують діапазон твердості або розтягу та дозволяють фахівцю з термообробки обрати температуру відпуску, щоб досягти його.

Наскрізна твердість за діаметром

Прогартовуваність 4140 добра, але скінченна. Як широко використовуване емпіричне правило:

• Перерізи приблизно до 25–40 mm гартуються в оливі майже до повного мартенситу та відпускаються рівномірно.
• У діапазоні 50–100 mm серцевина дедалі більше частково перетворюється на бейніт: властивості поверхні та серцевини розходяться, а гарантовані властивості у стандартах відповідно падають.
• Понад це, ставтеся до «4140, загартованої наскрізно» з підозрою — запитайте, де було вирізано зразок для випробування (поверхня, половина радіуса або серцевина — усі використовувані умовності), або перейдіть на марку з вищою прогартовуваністю, таку як 4340.

Саме тому стандарти EN і ASTM табелюють властивості 42CrMo4/4140 за розрахунковим перерізом, і чому прохід твердості на зразку з фактичного прутка вартий більше, ніж каталожне значення.

Практичні примітки

Нормалізуйте перед гартуванням, якщо вхідна структура смугаста або груба від гарячого прокатування. Обробляйте у стані після відпалу або попередньо загартованому (загартованому та відпущеному приблизно до 28–32 HRC) для найкращої економіки цеху — попередньо загартована плита та пруток 4140 існують саме для того, щоб малі партії могли повністю оминути гартувальний цех.

Два контрольні перевіряння замикають цикл на будь-якій роботі з гартування 4140: перевірте твердість по робочих поверхнях після відпуску (одне зчитування на одному кінці довгого вала мало що доводить) і, там, де деталь критична до втоми, підтвердьте, що вимоги специфікації до удару справді було випробувано від розрахункового перерізу, — репутацію 4140 зароблено в її діапазоні наскрізного гартування, а поза ним вона тихо втрачається.