4140 và 1045: Lựa chọn thép làm trục

Hai lựa chọn mặc định

1045 (EN C45 / 1.0503, JIS S45C) là thép carbon trung bình thông thường, khoảng 0.45% C chỉ với mangan. 4140 (EN 42CrMo4) bổ sung crom và molypden, làm thay đổi một tính chất hơn tất cả: khả năng tôi cứng.

Khả năng tôi cứng quyết định hầu hết các trường hợp

Khi tôi trong dầu hoặc nước, 1045 chỉ tôi thấu đáng tin cậy trong các tiết diện khiêm tốn — khoảng tới 25–30 mm trong dầu, hơn một chút trong nước kèm rủi ro nứt. Vượt quá mức đó, lõi vẫn là pearlite mềm, và độ bền cùng tuổi thọ mỏi giảm xuống. 4140 trong dầu thường tôi thấu các tiết diện 50–75 mm hoặc hơn, và ở dạng tôi cứng trước (thường 28–32 HRC) nó cho các tính chất đồng đều trên toàn bộ thanh.

	1045	4140
Tiết diện tôi thấu	Nhỏ	Trung bình–lớn
Độ bền kéo điển hình sau tôi và ram	~600–800 MPa	~850–1100 MPa
Giới hạn mỏi	Thấp hơn	Cao hơn
Khả năng gia công (trạng thái ủ)	Xuất sắc	Tốt
Giá	Thấp nhất	Cao hơn vừa phải

Mỏi và xử lý bề mặt

Đối với các trục quay, độ bền mỏi tăng theo độ cứng lõi và độ sạch: một trục 4140 sau tôi và ram có biên độ rõ rệt so với 1045 ở cùng đường kính. Cả hai mác đều tôi cảm ứng và xử lý thấm bề mặt tốt; trên 1045 được tôi cảm ứng, lõi mềm có thể là điểm yếu dưới uốn cao hoặc lắp ép, trong khi lõi khỏe hơn của 4140 hỗ trợ lớp bề mặt.

Quy tắc quyết định

Sử dụng 1045 cho các trục nhỏ đến trung bình, các chi tiết có then và ren, và máy móc nói chung nhạy cảm về chi phí, đặc biệt khi trục được sử dụng ở trạng thái thường hóa hoặc tôi bề mặt. Sử dụng 4140 khi đường kính lớn, trục chịu tải cao hoặc mang tính quyết định về mỏi, hoặc phôi đã tôi cứng trước sẽ bỏ qua một bước nhiệt luyện. Nếu một bản vẽ cho phép cả hai, kích thước thường là yếu tố quyết định trung thực.

Hai con đường trung gian phổ biến

Nhiều xưởng tránh lựa chọn hoặc này hoặc kia bằng cách thay đổi quy trình thay vì mác thép. Một trục bằng 1045 có thể được tôi cảm ứng để tạo ra lớp bề mặt chống mài mòn 50+ HRC trên một lõi dai, kinh tế — giải pháp tiêu chuẩn cho trục bơm, trục cán và chốt — với điều kiện tải uốn giữ lớp bề mặt ở trạng thái nén và đường kính lõi mềm là đủ. Ngược lại, việc mua 4140 ở trạng thái tôi cứng trước loại bỏ hoàn toàn bước nhiệt luyện: trục được gia công ở 28–32 HRC và đưa thẳng vào sử dụng, điều này thường khiến 4140 rẻ hơn tổng thể so với 1045 cộng thêm tôi, ram, nắn thẳng và mài hoàn thiện, mặc dù bản thân thanh thép đắt hơn. Khi so sánh báo giá, hãy tính giá trục hoàn thiện — vật liệu, nhiệt luyện, dung lượng cho biến dạng và rủi ro phải làm lại — thay vì giá thanh theo kilôgam; trên cơ sở đó, 4140 thắng thường xuyên hơn so với so sánh nguyên vật liệu thô gợi ý, đặc biệt trong các lô nhỏ nơi phí nhiệt luyện theo lô chiếm ưu thế.

Các mác tương đương và mua hàng

1045 tương ứng với EN C45 (1.0503) và JIS S45C; 4140 với EN 42CrMo4 (1.7225) và JIS SCM440. Cả hai đều là các mác hàng hóa được dự trữ trên toàn cầu ở dạng thanh tròn; 4140 còn có thêm một loạt kích cỡ đã tôi cứng trước phong phú.