4140材料

合金結構鋼 ：4140　　執(zhí)行標準: ASTM-A29/A29M-04　　特性及適用范圍：　　強度、淬透性高，韌性好，淬火時變形小，高溫時有高的蠕變強度和持久強度。用于制造要求較強度更高和調質截面更大的鍛件，如機車牽引用的大齒輪、增壓器傳動齒輪、后軸、受載荷極大的連桿及彈簧夾，也可用于 2000m以下石油深井鉆桿接頭與打撈工具等。　　4140合金鋼化學成份：　　碳 C ：0.38～0.43　　硅 Si：0.15～0.35　　錳 Mn：0.75～1.00　　硫 S ：允許殘余含量≤0.040　　磷 P ：允許殘余含量≤0.030　　鉻 Cr：0.80～1.10　　鎳 Ni：允許殘余含量≤0.030　　銅 Cu：允許殘余含量≤0.030　　鉬 Mo：0.15～0.25  4140合金鋼力學性能：　　抗拉強度 σb (MPa)：≥1080(110)　　屈服強度 σs (MPa)：≥930(95)　　伸長率 δ5 (％)：≥12　　斷面收縮率 ψ (％)：≥45　　沖擊功 Akv (J)：≥63　　沖擊韌性值 αkv (J/cm2)：≥78(8)　　硬度 ：≤217HB　　試樣尺寸：試樣毛坯尺寸為25mm　　熱處理規(guī)范及金相組織：　　熱處理規(guī)范：淬火850℃,油冷;回火560℃,水冷、油冷。　　金相組織：回火索氏體。　　交貨狀態(tài)：以熱處理（正火、退火或高溫回火）或不熱處理狀態(tài)交貨。  合金結構鋼/合金鋼是一種由于具有合適的淬透性，經(jīng)適宜的金屬熱處理后，顯微組織為均勻的索氏體、貝氏體或極細的珠光體，因而具有較高的抗拉強度和屈強比（一般在0.85左右），較高的韌性和疲勞強度，和較低的韌性－脆性轉變溫度，可用于制造截面尺寸較大的機器零件。

合金元素作用有三個方面：①增大鋼的淬透性。淬透性是指鋼淬火時，從表層起淬成馬氏體層的深度，是取得良好綜合性能的主要參數(shù)。除Co外，幾乎所有合金元素如 Mn、Mo、Cr、Ni、Si和C、N、B等都能提高鋼的淬透性，其中 Mn、Mo、Cr、B的作用最強，其次是Ni、Si、Cu。而強碳化物形成元素如 V、Ti、Nb等，只有溶于奧氏體中時才能增大鋼的淬透性。②影響鋼的回火過程。由于合金元素在回火時能阻礙鋼中各種原子的擴散，因而在同樣溫度下和碳素鋼相比，一般均起到延遲馬氏體的分解和碳化物的聚集長大作用，從而提高鋼的回火穩(wěn)定性,即提高鋼的抗回火軟化能力,V、W、Ti、Cr、Mo、Si的作用比較顯著，Al、Mn、Ni的作用不明顯。含有較高含量的碳化物形成元素如V、W、Mo等的鋼，在500～600℃回火時，析出細小彌散的特殊碳化物質點如V4C3、Mo2C、W2C等,代替部分較粗大的合金滲碳體,使鋼的強度不再下降反而升高,即出現(xiàn)二次硬化（見回火）。Mo對鋼的回火脆性有阻止或減弱的作用。③影響鋼的強化和韌化。Ni以固溶強化方式強化鐵素體；Mo、V、Nb等碳化物形成元素,既以彌散硬化方式又以固溶強化方式提高鋼的屈服強度；碳的強化作用最顯著。此外，加入這些合金元素，一般都細化奧氏體晶粒，增加晶界的強化作用。影響鋼的韌性因素比較復雜，Ni改善鋼的韌性；Mn易使奧氏體晶粒粗化，對回火脆性敏感；降低P、S含量，提高鋼的純凈度，對改善鋼的韌性有重要作用（見金屬的強化）。分類合金結構鋼一般分為調質結構鋼和表面硬化結構鋼。①調質結構鋼 這類鋼的含碳量一般約為0.25%～0.55%，對于既定截面尺寸的結構件，在調質處理（淬火加回火）時，如果沿截面淬透，則力學性能良好，如果淬不透，顯微組織中出現(xiàn)有自由鐵素體，則韌性下降。對具有回火脆性傾向的鋼如錳鋼、鉻鋼、鎳鉻鋼等，回火后應快冷。這類鋼的淬火臨界直徑，隨晶粒度和合金元素含量的增加而增大，例如，40Cr和35SiMn鋼約為30～40mm，而40CrNiMo和30CrNi2MoV鋼則約為 60～100mm，常用于制造承受較大載荷的軸、連桿等結構件。②表面硬化結構鋼 用以制造表層堅硬耐磨而心部柔韌的零部件,如齒輪、軸等。為使零件心部韌性高,鋼中含碳量應低，一般在0.12～0.25%，同時還有適量的合金元素，以保證適宜的淬透性。氮化鋼還需加入易形成氮化物的合金元素（如Al、Cr、Mo等）。滲碳或碳氮共滲鋼，經(jīng)850～950℃滲碳或碳氮共滲后，淬火并在低溫回火(約200℃)狀態(tài)下使用。氮化鋼經(jīng)氮化處理(480～580℃)，直接使用，不再經(jīng)淬火與回火處理。生產(chǎn)工藝根據(jù)鋼種和鋼的質量要求，合金結構鋼的冶煉，可采用氧氣頂吹轉爐、平爐、電弧爐；或再加電渣重熔、真空除氣。鑄錠可采用連鑄或模鑄。鋼錠應緩慢冷卻或熱送鍛造、軋制。鋼錠加熱時，應力求溫度均勻并有足夠的保溫時間，以改善偏析缺陷和避免鍛、軋時變形不均勻；鍛、軋后的鋼材，尺寸小的、特別是含碳0.2%左右的滲碳鋼,在600℃以上時應快速冷卻,以免加重帶狀組織；截面較大的鍛件，應采取措施消除內應力和白點。調質鋼應盡可能淬火成馬氏體組織，然后回火成索氏體組織；滲碳鋼在滲碳過程中，滲層濃度梯度不宜過大,以免在滲層晶界上出現(xiàn)連續(xù)網(wǎng)狀碳化物;氮化鋼必需先經(jīng)熱處理得到所需的性能，再經(jīng)最后精加工才能進行氮化。氮化處理后除將脆薄的“白層”研磨除去外，不再加工。其他信息可分為普通合金結構鋼和特殊用途合金結構鋼。前者包括低合金高強度鋼、低溫用鋼、超高強度鋼、滲碳鋼、調質鋼和非調質鋼；后者包括彈簧鋼、滾珠軸承鋼、易切削鋼、冷沖壓鋼等。要求具有較高的屈服強度、抗拉強度和疲勞強度，還有足夠的塑性和韌性。一般采用電弧爐和氧氣頂吹轉爐冶煉，要求高的采用爐外精煉、電渣重熔或真空處理、真空感應爐冶煉或雙真空冶煉、合適的熱處理。這類鋼的合金元素含量都相當高，主要有耐蝕鋼、耐熱鋼、耐磨鋼、磁鋼以及具有其他特殊物理和化學性能的特殊鋼。合金結構鋼廣泛用于船舶、車輛、鐵路、橋梁、壓力容器、機床等結構上。合金結構鋼比碳素鋼有更好的力學性能，特別是熱處理性能優(yōu)良。