1137 Сталь: свойства и ключевые применения

Сталь 1137 классифицируется как среднеуглеродистая легированная сталь, известная своим отличным сочетанием прочности, вязкости и износостойкости. Основными легирующими элементами в стали 1137 являются углерод (C), марганец (Mn) и кремний (Si), которые значительно влияют на её механические свойства и производительность в различных приложениях.

Всеобъемлющий обзор

Сталь 1137 обычно содержит содержание углерода примерно от 0.30% до 0.40%, что способствует её прочности и твёрдости. Марганец, как правило, присутствует в диапазоне от 0.60% до 0.90%, что усиливает закаливаемость и улучшает предел прочности. Кремний, часто имеющий приблизительно от 0.15% до 0.40%, служит для улучшения дегазации стали во время процесса плавки и способствует её общей прочности.

Наиболее значительные характеристики стали 1137 включают хорошую обрабатываемость, высокое отношение прочности к массе и отличную износостойкость. Эти свойства делают её подходящей для различных инженерных приложений, особенно в автомобильной и производственной отраслях.

Преимущества стали 1137:
- Высокая прочность: Обеспечивает хорошую прочность на разрыв и предельную прочность, что делает её подходящей для нагружаемых приложений.
- Износостойкость: Отличная сопротивляемость к износу, что делает её идеальной для компонентов, подверженных трению.
- Обрабатываемость: Обычно легко обрабатывается, что позволяет эффективно организовывать производственные процессы.

Ограничения стали 1137:
- Сопротивляемость коррозии: Умеренная сопротивляемость коррозии, что может потребовать защитных покрытий в определённых условиях.
- Сварка: Хотя сварка возможна, она может потребовать предварительного подогрева и термической обработки после сварки, чтобы избежать трещин.

Исторически сталь 1137 использовалась в различных приложениях, включая шестерни, валы и другие компоненты, требующие высокой прочности и долговечности. Её рыночная позиция стабильна, с постоянным спросом в отраслях, которые придают значение производительности и надежности.

Альтернативные названия, стандарты и эквиваленты

Стандартизирующая организация	Обозначение/Грэйд	Страна/Регион происхождения	Примечания/Комментарии
UNS	G11370	США	Ближайший эквивалент AISI 1137
AISI/SAE	1137	США	Среднеуглеродистая легированная сталь
ASTM	A108	США	Стандартная спецификация для холоднокатаных углеродных стальных прутков
EN	1.1181	Европа	Эквивалентный класс с незначительными различиями в составе
JIS	S45C	Япония	Схожие свойства, но с разными пределами содержания углерода

Таблица выше подчеркивает различные стандарты и эквиваленты для стали 1137. Примечательно, что хотя такие марки, как S45C и 1.1181, могут выглядеть эквивалентными, они могут отличаться по конкретным легирующим элементам и механическим свойствам, что может повлиять на производительность в критических приложениях.

Ключевые свойства

Химический состав

Элемент (Символ и Название)	Диапазон процентов (%)
C (Углерод)	0.30 - 0.40
Mn (Марганец)	0.60 - 0.90
Si (Кремний)	0.15 - 0.40
P (Фосфор)	≤ 0.04
S (Сера)	≤ 0.05

Основная роль ключевых легирующих элементов в стали 1137 такова:
- Углерод (C): Увеличивает твёрдость и прочность за счет закаливания при помощи твердого раствора и образования карбидов.
- Марганец (Mn): Увеличивает закаливаемость и предел прочности, а также улучшает сопротивляемость стали к износу.
- Кремний (Si): Действует как дегазатор при производстве стали и способствует общей прочности стали.

Механические свойства

Свойство	Состояние/Температура	Типичное значение/Диапазон (метрические)	Типичное значение/Диапазон (дюймовые)	Ссылочный стандарт для метода испытания
Прочность на разрыв	Отожженная	600 - 800 МПа	87 - 116 ksi	ASTM E8
Предельная прочность (0.2% смещение)	Отожженная	350 - 500 МПа	51 - 73 ksi	ASTM E8
Удлинение	Отожженная	15 - 20%	15 - 20%	ASTM E8
Твердость (по Роквеллу C)	Отожженная	20 - 30 HRC	20 - 30 HRC	ASTM E18
Ударная прочность	-40°C	30 - 50 Дж	22 - 37 ft-lbf	ASTM E23

Сочетание этих механических свойств делает сталь 1137 особенно подходящей для приложений, связанных с динамическими нагрузками и требованиями к структурной целостности, такими как в автомобильных компонентах и запчастях машин.

Физические свойства

Свойство	Состояние/Температура	Значение (метрические)	Значение (дюймовые)
Плотность	-	7.85 г/см³	0.284 фунт/дюйм³
Температура/Диапазон плавления	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
Теплопроводность	20°C	45 Вт/м·К	31 BTU·дюйм/ч·фут²·°F
Удельная теплоемкость	20°C	460 Дж/кг·К	0.11 BTU/фунт·°F
Электрическое сопротивление	20°C	0.0006 Ω·м	0.00002 Ω·дюйм

Ключевые физические свойства, такие как плотность и теплопроводность, имеют важное значение для приложений, где критичны вес и теплоотвод. Плотность стали 1137 позволяет создавать надёжные конструкции без чрезмерного веса, в то время как её теплопроводность обеспечивает эффективную передачу тепла в таких приложениях, как компоненты двигателя.

Сопротивляемость коррозии

Коррозионный агент	Концентрация (%)	Температура (°C)	Рейтинг сопротивления	Примечания
Хлориды	3-10	20-60	Удовлетворительно	Риск коррозии в виде ямок
Серная кислота	10-30	20-40	Плохо	Не рекомендуется
Гидроксид натрия	5-20	20-60	Удовлетворительно	Подвержен SCC

Сталь 1137 демонстрирует умеренную сопротивляемость коррозии, особенно в средах с хлоридами и щелочными веществами. Она подвержена коррозии в виде ямок и коррозионному растрескиванию (SCC) в определённых условиях. По сравнению с марками, такими как AISI 4140, которые обладают лучшей устойчивостью к коррозии благодаря высокому содержанию хрома, сталь 1137 может требовать защитных покрытий или обработок в коррозионных средах.

Теплостойкость

Свойство/Лимит	Температура (°C)	Температура (°F)	Примечания
Максимальная температура непрерывной службы	400	752	Подходит для умеренного тепла
Максимальная температура прерывистой службы	500	932	Только кратковременное воздействие
Температура образования окалины	600	1112	Риск окисления выше этой температуры

При повышенных температурах сталь 1137 сохраняет свою прочность, но может начать терять твёрдость и вязкость. Окисление может стать проблемой, особенно при температурах выше 600 °C, что требует осторожного подхода в приложениях при высоких температурах.

Свойства обработки

Сварка

Процесс сварки	Рекомендуемый filler metal (классификация AWS)	Типичный защитный газ/флюс	Примечания
MIG	ER70S-6	Аргон + CO2	Рекомендуется предварительный подогрев
TIG	ER70S-2	Аргон	Термическая обработка после сварки необходима

Сталь 1137 может быть сварена, но требует предварительного подогрева для минимизации риска трещин. Также рекомендуется термическая обработка после сварки для снятия остаточных напряжений и улучшения вязкости.

Обрабатываемость

Параметр обработки	[Сталь 1137]	AISI 1212	Примечания/Советы
Индекс относительной обрабатываемости	70	100	Хорошая обрабатываемость, но сложнее, чем 1212
Типичная скорость резания (центо)	30 м/мин	50 м/мин	Используйте инструменты из быстрорежущей стали

Оптимальные условия обработки включают использование острых инструментов и соответствующих скоростей резания для достижения наилучшего качества поверхности и долговечности инструмента.

Формуемость

Сталь 1137 демонстрирует хорошую формуемость, подходящую как для холодных, так и для горячих процессов формования. Однако следует проявлять осторожность с радиусами изгиба, чтобы избежать трещин, особенно в приложениях холодного формования.

Термическая обработка

Процесс обработки	Диапазон температур (°C)	Типичное время выдержки	Способ охлаждения	Основная цель / Ожидаемый результат
Отжиг	600 - 700	1 - 2 часа	Воздух	Уменьшение прочности, улучшение пластичности
Закалка + Отпуск	850 - 900	30 минут	Масло	Увеличение твёрдости и прочности

Во время термической обработки сталь 1137 претерпевает металлургические трансформации, которые улучшают её механические свойства. Закалка с последующим отжигом может значительно увеличить твёрдость при сохранении вязкости.

Типичные приложения и конечные использования

Отрасль/Сектор	Конкретный пример применения	Ключевые свойства стали, используемые в этом применении	Причина выбора
Автомобильная	Шестерни	Высокая прочность, износостойкость	Необходима для долговечности
Производственная	Валы	Вязкость, обрабатываемость	Критически важна для производительности
Аэрокосмическая	Структурные компоненты	Соотношение прочности и веса	Важно для эффективности

Другие приложения включают:
- Машиностроительные компоненты
- Крепежи
- Оснастка

Сталь 1137 часто выбирается за её сбалансированность прочности и обрабатываемости, что делает её идеальной для компонентов, которые требуют как долговечности, так и лёгкости в производстве.

Важные соображения, критерии выбора и дополнительные сведения

Особенность/Свойство	[Сталь 1137]	[AISI 4140]	[AISI 1045]	Краткая заметка о преимуществах/недостатках или компромиссах
Ключевое механическое свойство	Высокая прочность	Более высокая вязкость	Умеренная прочность	4140 предлагает лучшую вязкость, но сложнее в обработке
Ключевой коррозионный аспект	Умеренная	Хорошая	Удовлетворительная	4140 имеет лучшую коррозионную стойкость благодаря хрому
Сварка	Умеренная	Хорошая	Удовлетворительная	4140 может требовать большего подогрева
Обрабатываемость	Хорошая	Удовлетворительная	Отличная	1045 легче обрабатывать
Приблизительная относительная стоимость	Умеренная	Высшая	Низшая	Ценовые соображения варьируются в зависимости от приложения
Типичная доступность	Распространённая	Менее распространённая	Очень распространённая	1045 широко доступна

При выборе стали 1137 следует учитывать её механические свойства, экономическую эффективность и доступность. Хотя она предлагает хорошее соотношение прочности и обрабатываемости, альтернативы, такие как AISI 4140, могут предпочтительно использоваться в приложениях, требующих более высокой вязкости или коррозионной стойкости. Кроме того, умеренная обрабатываемость и свариваемость стали 1137 делают её подходящей для различных производственных процессов, хотя необходимо проявлять осторожность, чтобы избежать проблем во время обработки.