4030 Сталь: Обзор свойств и ключевых применений

Сталь 4030 классифицируется как стали средней углеродной легированной стали, основной состав которой включает железо, углерод и различные легирующие элементы, которые улучшают ее механические свойства и эксплуатационные характеристики. Основные легирующие элементы в стали 4030 включают хром (Cr), никель (Ni) и молибден (Mo), которые способствуют ее прочности, жесткости и закаливаемости. Этот сорт стали известен своей отличной устойчивостью к износу, хорошей обрабатываемостью и способностью выдерживать высокие нагрузки, что делает его подходящим для различных инженерных применений.

Всеобъемлющий обзор

Сталь 4030 демонстрирует уникальное сочетание свойств, которое делает ее выгодной для различных приложений. Ее содержание углерода обычно колеблется от 0.28% до 0.34%, что обеспечивает баланс между прочностью и пластичностью. Добавление хрома улучшает коррозионную стойкость и закаливаемость, в то время как никель улучшает жесткость и ударную прочность. Молибден увеличивает общую прочность стали и стойкость к износу.

Преимущества стали 4030:
- Высокая прочность и жесткость: Подходит для применений, требующих высокой грузоподъемности.
- Хорошая устойчивость к износу: Идеально для компонентов, подвергающихся трению и износу.
- Универсальная обрабатываемость: Может быть легко обработана в сложные формы.

Ограничения стали 4030:
- Умеренная коррозионная стойкость: Не подходит для сильно коррозионных сред без защитных покрытий.
- Ограниченная свариваемость: Требует внимательного подхода к техникам сварки, чтобы избежать растрескивания.

Исторически сталь 4030 использовалась для производства шестерен, валов и других компонентов в автомобильной и машиностроительной отраслях. Ее рыночная позиция хорошо установлена, особенно в отраслях, где важны прочность и долговечность.

Альтернативные названия, стандарты и эквиваленты

Стандартная организация	Обозначение/Сорт	Страна/Регион происхождения	Примечания/Замечания
UNS	G40300	США	Ближайший эквивалент AISI 4030
AISI/SAE	4030	США	Общепринятое обозначение
ASTM	A29/A29M	США	Общая спецификация для легированных сталей
EN	1.7030	Европа	Мелкие составные отличия, о которых следует учитывать
JIS	S45C	Япония	Похожие свойства, но различные рекомендации по термообработке

В таблице выше представлены различные стандарты и эквиваленты для стали 4030. Хотя такие сорта, как S45C и 1.7030, могут показаться похожими, они могут различаться по конкретным легирующим элементам и процессам термообработки, что может повлиять на их производительность в конкретных приложениях.

Ключевые свойства

Химический состав

Элемент (символ и название)	Диапазон процентного содержания (%)
C (углерод)	0.28 - 0.34
Cr (хром)	0.80 - 1.10
Ni (никель)	0.30 - 0.60
Mo (молибден)	0.15 - 0.25
Mn (марганец)	0.60 - 0.90
Si (кремний)	0.15 - 0.40
P (фосфор)	≤ 0.035
S (сера)	≤ 0.040

Основные легирующие элементы в стали 4030 играют важную роль:
- Хром: Улучшает закаливаемость и коррозионную стойкость.
- Никель: Улучшает жесткость и ударную стойкость.
- Молибден: Увеличивает прочность и устойчивость к износу.

Механические свойства

Свойство	Состояние/температура	Типичное значение/диапазон (метрические единицы)	Типичное значение/диапазон (имперские единицы)	Опорный стандарт для тестового метода
Уровень прочности на разрыв	Отпущенная	620 - 850 МПа	90 - 123 ksi	ASTM E8
Уровень предела текучести (0.2% смещения)	Отпущенная	350 - 550 МПа	51 - 80 ksi	ASTM E8
Удлинение	Отпущенная	15 - 20%	15 - 20%	ASTM E8
Твердость (по Роквеллу C)	Отпущенная	20 - 30 HRC	20 - 30 HRC	ASTM E18
Ударная прочность	-40°C	30 - 50 Дж	22 - 37 фут-фунтов	ASTM E23

Механические свойства стали 4030 делают ее подходящей для приложений, требующих высокой прочности и жесткости. Ее способность выдерживать значительные нагрузки, сохраняя при этом пластичность, особенно ценна в конструкционных приложениях.

Физические свойства

Свойство	Состояние/температура	Значение (метрические единицы)	Значение (имперские единицы)
Плотность	-	7.85 г/см³	0.284 фунта/дюйм³
Температура плавления	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
Теплопроводность	20 °C	45 Вт/м·К	31 BTU·дюйм/(ч·фут²·°F)
Удельная теплоемкость	-	460 Дж/кг·К	0.11 BTU/фунт·°F
Электрическое сопротивление	-	0.0006 Ом·м	0.000035 Ом·дюйм
Коэффициент теплового расширения	20 - 100 °C	11.5 x 10⁻⁶ /K	6.4 x 10⁻⁶ /°F

Ключевые физические свойства, такие как плотность и теплопроводность, имеют значение для приложений, связанных с термообработкой и термическим управлением. Плотность стали 4030 обеспечивает ее структурную целостность под нагрузкой, в то время как ее теплопроводность позволяет эффективно рассеивать тепло в условиях высоких температур.

Коррозионная стойкость

Коррозионное вещество	Концентрация (%)	Температура (°C/°F)	Рейтинг устойчивости	Примечания
Хлориды	3-10	20-60 / 68-140	Умеренная	Риск образования ямок
Серная кислота	10-30	20-40 / 68-104	Плохая	Не рекомендуется
Гидроксид натрия	5-20	20-60 / 68-140	Хорошая	Умеренная стойкость

Сталь 4030 демонстрирует умеренную коррозионную стойкость, особенно в средах с хлоридами. Однако она подвержена образованию ямок и коррозионному растрескиванию в средах, богатых хлоридами. По сравнению с нержавеющими сталями, такими как 304 или 316, коррозионная стойкость стали 4030 значительно ниже, что делает ее менее подходящей для морских или сильно коррозионных приложений.

Термостойкость

Свойство/предел	Температура (°C)	Температура (°F)	Примечания
Максимальная температура непрерывного применения	400 °C	752 °F	Подходит для длительного воздействия
Максимальная температура прерывистого применения	500 °C	932 °F	Кратковременное воздействие
Температура отслаивания	600 °C	1112 °F	Риск окисления выше этой температуры

При повышенных температурах сталь 4030 сохраняет свою прочность, но может подвергаться окислению и отслоению. Необходимо тщательно учитывать условия эксплуатации, чтобы предотвратить деградацию в условиях высокой температуры.

Свойства FABRICATION

Свариваемость

Процесс сварки	Рекомендуемый наплавочный металл (классификация AWS)	Типичный защитный газ/флюс	Примечания
MIG	ER70S-6	Аргон + CO2	Рекомендуется предварительный подогрев
TIG	ER70S-2	Аргон	Термообработка после сварки

Сталь 4030 может быть сварена с использованием распространенных процессов, таких как MIG и TIG, но часто рекомендуется предварительный подогрев для минимизации риска растрескивания. Термообработка после сварки может улучшить механические свойства шва.

Обрабатываемость

Параметр обработки	Сталь 4030	AISI 1212	Примечания/советы
Относительный индекс обрабатываемости	70%	100%	4030 менее обрабатываема, чем 1212
Типичная скорость резания (точение)	30-50 м/мин	60-80 м/мин	Соответствующая настройка инструмента

Сталь 4030 обладает хорошей обрабатываемостью, хотя она не так легко обрабатывается, как некоторые стали с низким содержанием углерода. Правильные инструменты и скорости резания могут оптимизировать производительность обработки.

Формуемость

Сталь 4030 может быть холодно и горячо сформирована, но ее среднее содержание углерода может привести к упрочнению. Радиусы изгиба должны быть тщательно учтены, чтобы избежать растрескивания во время процессов холодной формовки.

Термообработка

Процесс обработки	Диапазон температуры (°C/°F)	Типичное время выдержки	Метод охлаждения	Основная цель / ожидаемый результат
Отжиг	600 - 700 / 1112 - 1292	1 - 2 часа	Воздух	Улучшить пластичность и снизить жесткость
Закалка	800 - 850 / 1472 - 1562	30 минут	Масло	Увеличить жесткость и прочность
Закалка	400 - 600 / 752 - 1112	1 час	Воздух	Снизить хрупкость и улучшить жесткость

Процессы термообработки значительно влияют на микроструктуру и свойства стали 4030. Отжиг мягчает сталь, закалка увеличивает жесткость, а закалка сбалансирует прочность и пластичность.

Типичные применения и конечные использования

Отрасль/сектор	Пример конкретного применения	Ключевые стальные свойства, используемые в этом приложении	Причины выбора (кратко)
Автомобильная	Шестерни	Высокая прочность, стойкость к износу	Критично для долговечности
Машиностроение	Валы	Жесткость, обрабатываемость	Критически важна для производительности
Аэрокосмическая	Структурные компоненты	Соотношение прочности к весу	Важно для безопасности

Другие применения включают:
- Инструменты и пресс-формы
- Фиксаторы
- Компоненты тяжелого оборудования

Сталь 4030 выбирается для применений, где критически важно сочетание прочности, жесткости и стойкости к износу, особенно в условиях высоких нагрузок.

Важные соображения, критерии выбора и дальнейшие сведения

Функция/свойство	Сталь 4030	AISI 4140	AISI 4340	Краткая заметка о плюсах/минусах или компромиссах
Ключевое механическое свойство	Умеренная прочность	Высокая прочность	Очень высокая прочность	4030 менее прочна, чем 4140 и 4340
Ключевой аспект коррозии	Умеренная устойчивость	Умеренная устойчивость	Хорошая устойчивость	4030 менее устойчива, чем 4340
Свариваемость	Умеренная	Хорошая	Умеренная	4030 требует больше внимания при сварке
Обрабатываемость	Хорошая	Умеренная	Плохая	4030 легче обрабатывать, чем 4340
Формуемость	Хорошая	Умеренная	Плохая	4030 можно формовать легче
Примерная относительная стоимость	Умеренная	Высокая	Высокая	4030 экономически эффективна для многих применений
Типичная доступность	Обычная	Обычная	Менее распространенная	4030 широко доступна

При выборе стали 4030 следует учитывать экономическую эффективность, доступность и специфические требования применения. Ее баланс свойств делает ее подходящей для различных инженерных приложений, хотя альтернативы могут быть рассмотрены на основе конкретных требований к производительности.