4034 Сталь: свойства и ключевые применения Обзор

Сталь 4034 - это легированная сталь средней углеродистости, которая относится к категории высокопрочных сталей. Она в первую очередь характеризуется значительными легирующими элементами, включая хром и молибден, которые улучшают ее механические свойства и коррозионную стойкость. Эта марка стали часто используется в приложениях, требующих сочетания прочности, жесткости и износостойкости.

Всесторонний обзор

Сталь 4034 классифицируется как легированная сталь средней углеродистости, которая обычно содержит содержание углерода в диапазоне от 0,30% до 0,60%. Основные легирующие элементы стали 4034 включают хром (Cr) и молибден (Mo), которые способствуют ее общей прочности, твердости и стойкости к износу и коррозии. Наличие хрома улучшает закаливаемость стали, в то время как молибден увеличивает ее прочность и стойкость к высоким температурам.

Наиболее значительные характеристики стали 4034 включают:

• Высокая прочность: Обеспечивает отличную прочность на растяжение и текучесть, что делает ее подходящей для требовательных приложений.
• Хорошая жесткость: Сохраняет жесткость даже при низких температурах, что критически важно для структурной целостности.
• Износостойкость: Легирующие элементы обеспечивают повышенную износостойкость, что делает ее идеальной для компонентов, подвергающихся трению и абразивному износу.

Преимущества:
- Отличные механические свойства, включая высокую прочность на растяжение и твердость.
- Хорошая обрабатываемость и свариваемость, что позволяет использовать различные методы изготовления.
- Подходит для процессов термообработки, которые могут дополнительно улучшать ее свойства.

Ограничения:
- Умеренная коррозионная стойкость по сравнению с нержавеющими сталями, что может ограничить ее использование в высококоррозионных средах.
- Требует тщательной термообработки для достижения желаемых механических свойств, что может усложнять производственные процессы.

На рынке сталь 4034 признана за баланс прочности и жесткости, что делает ее популярным выбором в различных инженерных приложениях, особенно в автомобилестроении и производственном секторе.

Альтернативные названия, стандарты и эквиваленты

Стандартная организация	Обозначение/Марка	Страна/Регион происхождения	Заметки/Примечания
UNS	S40340	США	Ближайший эквивалент AISI 4034
AISI/SAE	4034	США	Распространенное обозначение
ASTM	A681	США	Стандартная спецификация для инструментальных сталей
EN	1.2080	Европа	Незначительные различия в составе
JIS	SKD11	Япония	Сходные свойства, но с более высоким содержанием углерода

В таблице выше представлены различные стандарты и эквиваленты для стали 4034. Обратите внимание, что хотя марки, такие как SKD11, могут предлагать аналогичные механические свойства, они обычно имеют более высокое содержание углерода, что может повлиять на закаливаемость и жесткость. Понимание этих неприметных различий имеет решающее значение для выбора соответствующего материала для конкретных приложений.

Ключевые свойства

Химический состав

Элемент (Символ)	Диапазон (%)
Углерод (C)	0.40 - 0.50
Хром (Cr)	0.80 - 1.20
Молибден (Mo)	0.15 - 0.30
Марганец (Mn)	0.60 - 0.90
Силиций (Si)	0.15 - 0.40
Фосфор (P)	≤ 0.030
Сера (S)	≤ 0.030

Основные легирующие элементы стали 4034 играют значительную роль в определении ее свойств:

• Хром: Улучшает закаливаемость и коррозионную стойкость, позволяя лучше работать в жестких условиях.
• Молибден: Улучшает жесткость и прочность при высоких температурах, что делает его подходящим для приложений, испытывающих термическое напряжение.
• Марганец: Увеличивает закаливаемость и прочность, что способствует общей долговечности стали.

Механические свойства

Свойство	Состояние/Температура	Температура испытания	Типичное значение/Диапазон (метрическая система)	Типичное значение/Диапазон (имперская система)	Справочный стандарт для испытательного метода
Прочность на растяжение	Отожженная	Комнатная температура	700 - 900 МПа	101.5 - 130.5 ksi	ASTM E8
Прочность на текучесть (0.2% смещение)	Отожженная	Комнатная температура	400 - 600 МПа	58 - 87 ksi	ASTM E8
Удлинение	Отожженная	Комнатная температура	15 - 20%	15 - 20%	ASTM E8
Твердость (по Роквеллу C)	Отожженная	Комнатная температура	30 - 40 HRC	30 - 40 HRC	ASTM E18
Ударная прочность	Отожженная	-20°C	30 - 50 Дж	22 - 37 ft-lbf	ASTM E23

Механические свойства стали 4034 делают ее подходящей для приложений, требующих высокой прочности и жесткости. Значения прочности на растяжение и текучесть указывают на то, что она может выдерживать значительные нагрузки, в то время как процент удлинения указывает на хорошую пластичность, позволяя деформацию без разрушения. Значения твердости указывают на то, что она устойчива к износу и абразивному воздействию, что делает ее идеальной для компонентов, подвергающихся трению.

Физические свойства

Свойство	Состояние/Температура	Значение (метрическая система)	Значение (имперская система)
Плотность	Комнатная температура	7.85 г/см³	0.284 lb/in³
Температура плавления	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
Теплопроводность	Комнатная температура	25 Вт/м·К	14.5 BTU·in/h·ft²·°F
Удельная теплоемкость	Комнатная температура	460 Дж/кг·К	0.11 BTU/lb·°F
Электрическое сопротивление	Комнатная температура	0.00065 Ом·м	0.00038 Ом·in

Физические свойства стали 4034 значительны для ее применения. Например, ее плотность указывает на то, что она является прочным материалом, в то время как температура плавления предполагает, что она может выдерживать высокие температуры. Теплопроводность важна для приложений, где критична диссипация тепла, а удельная теплоемкость указывает, сколько энергии требуется для изменения ее температуры.

Коррозионная стойкость

Коррозионный агент	Концентрация (%)	Температура (°C)	Рейтинг стойкости	Заметки
Хлориды	3-5%	25°C	Умеренная	Риск питтинговой коррозии
Сульфатная кислота	10%	25°C	Плохая	Не рекомендуется
Гидроксид натрия	50%	25°C	Хорошая	Ограниченная стойкость

Сталь 4034 демонстрирует умеренную коррозионную стойкость, особенно в средах с хлоридами и щелочами. Хотя она может выдерживать некоторое воздействие коррозионных агентов, использование в высококислотных средах, таких как концентрированная сульфатная кислота, не рекомендуется, так как это может привести к быстрому разрушению.

По сравнению с другими марками стали, такими как нержавеющая сталь 304, коррозионная стойкость стали 4034 значительно ниже. Нержавеющая сталь 304 предлагает отличную стойкость к широкому спектру коррозионных сред, что делает ее предпочтительным выбором для применения в пищевой и химической промышленности. Однако большая прочность и износостойкость стали 4034 делают ее подходящей для приложений, где механические свойства важнее, чем коррозионная стойкость.

Температурная стойкость

Свойство/Ограничение	Температура (°C)	Температура (°F)	Примечания
Максимальная температура непрерывной эксплуатации	400°C	752°F	Подходит для длительного применения
Максимальная температура прерывистой эксплуатации	500°C	932°F	Кратковременное воздействие
Температура масштабирования	600°C	1112°F	Риск окисления выше этой температуры

При повышенных температурах сталь 4034 сохраняет свою прочность и твердость, что делает ее подходящей для применений, испытывающих термическое напряжение. Однако необходимо избегать длительного воздействия температур выше 400°C, так как это может привести к окислению и образованию щетины, что может ухудшить целостность материала.

Свойства обработки

Свариваемость

Процесс сварки	Рекомендуемый наполнитель (Классификация AWS)	Типичный защитный газ/флюс	Заметки
MIG	ER70S-6	Аргон + CO2	Хорошо подходит для тонких секций
TIG	ER308L	Аргон	Требует предварительного нагрева
Электродная сварка	E7018	-	Подходит для более толстых секций

Сталь 4034 обладает хорошей свариваемостью, особенно при использовании подходящих filler metals. Часто рекомендуется предварительный нагрев, чтобы минимизировать риск образования трещин во время сварки. Также может потребоваться термообработка после сварки для устранения остаточных напряжений и повышения жесткости.

Обрабатываемость

Параметр обработки	Сталь 4034	AISI 1212	Примечания/Советы
Индекс относительной обрабатываемости	75%	100%	Умеренная обрабатываемость
Типичная скорость резания	30 м/мин	50 м/мин	Регулировка для износа инструмента

Сталь 4034 имеет умеренную обрабатываемость, которую можно оптимизировать с использованием подходящих режущих инструментов и скоростей. Важно тщательно контролировать износ инструмента, так как твердость стали может привести к повышенным скоростям износа инструмента.

Формируемость

Сталь 4034 демонстрирует хорошую формируемость как в холодной, так и в горячей обработке. Ее можно формовать в холодном состоянии в различные формы, однако необходимо избегать чрезмерной упрочнения. Рекомендуемый радиус изгиба для холодной формовки обычно составляет три толщины материала, чтобы предотвратить трещины.

Термообработка

Процесс обработки	Диапазон температуры (°C)	Типичное время выдержки	Метод охлаждения	Основная цель / Ожидаемый результат
Отжиг	700 - 800	1 - 2 часа	Воздух	Смягчение, улучшенная обрабатываемость
Закалка	850 - 900	30 минут	Масло	Закаливание, повышение прочности
Темперирование	400 - 600	1 час	Воздух	Улучшение жесткости

Процессы термообработки, такие как отжиг, закалка и темперирование, имеют решающее значение для оптимизации механических свойств стали 4034. В ходе закалки сталь претерпевает превращение из аустенита в мартенсит, что приводит к увеличению твердости. Затем темперирование осуществляют для снятия напряжений и повышения жесткости, создавая сбалансированный материал, подходящий для различных применений.

Типичные применения и конечные использования

Отрасль/Сектор	Пример конкретного применения	Ключевые свойства стали, используемые в этом приложении	Причина выбора (кратко)
Автомобильная	Шестерни и валы	Высокая прочность, износостойкость	Долговечность под нагрузкой
Производственная	Режущие инструменты	Твердость, жесткость	Эффективность при резке
Авиастроение	Структурные компоненты	Соотношение прочности и веса	Критично для безопасности

В автомобильном секторе сталь 4034 обычно используется для шестерен и валов благодаря своей высокой прочности и износостойкости. В производстве она используется для режущих инструментов, где твердость и жесткость имеют решающее значение. Авиастроительная промышленность также получает выгоду от соотношения прочности и веса, что делает ее подходящей для структурных компонентов, требующих как долговечности, так и легкости.

Другие применения включают:

• Промышленная техника: Компоненты, требующие высокой износостойкости.
• Строительство: Структурные элементы в зданиях и мостах.
• Нефть и газ: Оборудование, подверженное harsh environments.

Важные соображения, критерии выбора и дополнительные сведения

Особенность/Свойство	Сталь 4034	AISI 4140	AISI 304	Краткая заметка о плюсах/минусах или компромиссах
Ключевое механическое свойство	Высокая прочность	Больше жесткости	Низкая прочность	4034 предлагает баланс прочности и жесткости
Ключевой аспект коррозии	Умеренная	Умеренная	Отличная	4034 менее устойчива к коррозии, чем 304
Свариваемость	Хорошая	Умеренная	Отличная	4034 требует предварительного нагрева для оптимальных результатов
Обрабатываемость	Умеренная	Хорошая	Отличная	4034 менее обрабатываема чем 304
Формируемость	Хорошая	Умеренная	Хорошая	4034 легко формируется, но необходимо соблюдать осторожность
Приблизительная относительная стоимость	Умеренная	Умеренная	Более высокая	Экономически выгодна для высокопрочных применений
Типичная доступность	Распространенная	Распространенная	Очень распространенная	4034 широко доступна в различных формах

При выборе стали 4034 для конкретных приложений важно учитывать такие факторы, как механические свойства, коррозионная стойкость и характеристики обработки. Хотя она предлагает хороший баланс прочности и жесткости, ее умеренная коррозионная стойкость может ограничивать ее использование в определенных средах. Кроме того, ее свариваемость и обрабатываемость делают ее универсальным выбором для различных инженерных приложений.

В заключение, сталь 4034 является ценным материалом в области легированных сталей средней углеродистости, предлагая уникальное сочетание свойств, что делает ее подходящей для широкого диапазона приложений. Понимание ее характеристик, преимуществ и ограничений имеет решающее значение для инженеров и проектировщиков при выборе соответствующего материала для их проектов.