آگاهی از خواص فولاد 4130 برای هر مهندس مکانیکی بسیار مفید است. فولاد 4130 که به نام دیگر شناخته می شود کرومولی یا کروم مولیبدن آلیاژ فولاد، با 0.8 تا 1.1 درصد کروم و 0.15 تا 0.25 درصد مولیبدن به عنوان عوامل تقویت کننده ساخته شده است. خواص فولاد آن را به یک فلز همه کاره تبدیل می کند، به ویژه خواص مکانیکی مانند شکل پذیری بالا، جوش پذیری خوب و این واقعیت که می توان آن را به راحتی ماشین کاری کرد.
طبقه بندی
از اعداد چهار رقمی AISI (موسسه آهن و فولاد آمریکا) برای تعیین فولادهای آلیاژی استفاده می شود.
برنامه های کاربردی
ورق‌ها و کلاف‌های فولادی 4130 بسیار سخت بوده و به دلیل استحکام و جوش‌پذیری بالا، کاربرد فراوانی دارند:
- هواپیمای نظامی
- جت های تجاری
- خودرو
- ابزارهای ماشینی
- هیدرولیک
- ورزش موتوری
- هوافضا
- لوله های جوشی (به ویژه در صنایع نفت و گاز)
خواص فولاد همچنین آن را برای ساخت قطعات خودرو و قطعات ماشین آلات ایده آل می کند.
آهنگری
فولاد AISI 4130 در دمای بین 950 درجه سانتیگراد تا 1230 درجه سانتیگراد آهنگری می شود. اگر در مرحله تکمیل، دما در انتهای پایین تر باشد، دانه آلیاژ فولاد ریزتر خواهد بود.
اگر دما در آهنگری خیلی پایین باشد، ممکن است بر یکنواختی بخش‌هایی از سازه تأثیر بگذارد و نیاز به نرمال‌سازی قبل از عملیات حرارتی فولاد را ایجاد کند.
حرارت درمانی
دلیل عملیات حرارتی آماده سازی آلیاژ برای ماشین کاری و افزایش خواص فولاد 4130 است. چهار راه اصلی برای عملیات حرارتی آلیاژ فولاد وجود دارد: آنیل کردن، نرمال کردن، سخت شدن و تمپر کردن.
آنیل کردن
هنگامی که فولاد 4130 به قطعات، ورق یا کلاف آهنگری شد، ممکن است فوراً آنیل شود. از فورج به کوره منتقل می شود و در دمای تقریباً 860 درجه سانتیگراد نگهداری می شود. برای مدت زمان مشخصی در آنجا نگه داشته می شود و سپس در کوره خنک می شود.
دلیل اصلی بازپخت فولاد 4130 آماده سازی آن برای ماشین کاری است. ساختار حاصل از بازپخت آلیاژ فولاد، آن را برای شکل دادن به اشکال ساده، به عنوان مثال ورق یا کلاف، ایده آل می کند.
گاهی اوقات اگر دمای خنک‌کننده در سراسر فلز یکنواخت نباشد که منجر به ساختار ناهموار می‌شود، فرآیند بازپخت اسپیروئیدی در دمای 750 درجه سانتیگراد مورد نیاز است.
عادی شدن
فرآیند نرمال سازی، فولاد را تا دمای بالاتری نسبت به بازپخت، معمولاً تا 900 درجه سانتی گراد گرم می کند، اما این رقم بسته به نتایج تولید ترجیحی می تواند تا 10 درجه سانتی گراد تغییر کند. گاهی اوقات، نرمال سازی ممکن است بر روی فولاد نورد شده یا آهنگری انجام شود تا قبل از عملیات حرارتی حالت داده شود. اگر اینطور باشد، مثلاً قبل از اینکه فولاد سخت شود و حرارت داده شود، از مقدار دمای بالاتر یعنی 910 درجه سانتیگراد استفاده می شود. اگر قرار است نرمال کردن درمان نهایی باشد، احتمالاً از 890 درجه سانتیگراد استفاده می شود.
این فرآیند از چنین دمای بالایی برای ایجاد شرایط برای تبدیل از فریت به آستنیت استفاده می کند و سپس با هوا خنک می شود تا به پایان برسد.
سخت شدن
هدف از عملیات حرارتی سخت شدن بدیهی است که با افزایش سختی، خواص فولاد 4130 را تغییر دهد، اما همچنین استحکام کششی و شکنندگی فولاد را افزایش می دهد. عملیات سخت شدن فولاد 4130 باعث ایجاد مارتنزیت در پس کونچینگ آلیاژ می شود.
فولاد به طور معمول آستنیته می شود تا همه اجزای ریز را در محدوده 815 تا 870 درجه سانتیگراد به آستنیت تبدیل کند.
معتدل کردن
هدف اصلی از تلطیف کاهش تنش از فلز پس از سخت شدن است. همچنین فرآیند ایجاد خواص مکانیکی مورد نیاز را آغاز می کند. درجه حرارت برای فرآیند تمپر بستگی به خواص مورد نظر دارد. در بسیاری از موارد، تولیدکنندگان آلیاژ فولادی 4130، دماهای مختلف را برای به دست آوردن نتایج مختلف آزمایش می‌کنند.
ماشین کاری
ویژگی‌های فولاد 4130 باعث می‌شود که ماشینکاری به‌طور معمولی ساده باشد، مگر اینکه به میزان قابل توجهی سخت شده باشد. آنیلد 4130 دارای امتیاز ماشینکاری 72 درصد است که در صورت سخت شدن بیشتر به دلیل تشکیل مارتنزیت افزایش می یابد.
قابلیت جوشکاری
فولاد 4130 به دلیل محتوای کربن پایین به راحتی جوش داده می شود. این باعث محبوبیت آن به شکل ورق، سیم پیچ یا لوله می شود زیرا می توان از آن برای ساخت بخش هایی از هواپیما یا لوله کشی برای صنعت نفت و گاز استفاده کرد.
خواص فولاد 4130
در اینجا مقادیری برای برخی از خواص اصلی فولاد آمده است:
- چگالی – 7.85 گرم در سانتی متر3
- سختی – 217 (مقیاس برینل) – 95 (راکول B)
- استحکام کششی نهایی – 540 مگاپاسکال
- مقاومت کششی تسلیم – 460 مگاپاسکال
- مدول الاستیسیته – 205 GPa
- ماشینکاری – 72٪ (در حالت آنیل)
نتیجه
ویژگی های فولاد 4130 آن را به گزینه ای عالی برای مهندسی خودرو، هوانوردی و هوافضا تبدیل می کند، زیرا سخت است، به راحتی ماشینکاری شده و قابل جوش است. هنگامی که تحت عملیات حرارتی قرار می گیرد، خواص مکانیکی ایجاد می کند که آن را تبدیل به یک فلز بسیار قوی می کند، اگرچه می تواند تا حدودی قابلیت ماشین کاری خود را از دست بدهد.