4116 Нержавеющая сталь: свойства и ключевые применения

4116 нержавеющая сталь — это высокопрочный сплав, известный своим уникальным сочетанием прочности, коррозионной стойкости и износостойкости. Классифицируется как мартенситная нержавеющая сталь, она в основном состоит из железа, хрома и углерода, с дополнительными легирующими элементами, которые улучшают её свойства. Основные легирующие элементы в 4116 включают:

• Хром (Cr): Обычно около 12-14%, хром обеспечивает отличную коррозионную стойкость и способствует жесткости стали.
• Углерод (C): С содержанием углерода примерно 0.4-0.5%, углерод повышает жесткость и прочность благодаря термообработке.
• Молибден (Mo): Обычно присутствует в небольших количествах (около 0.5-1%), молибден улучшает сопротивление образованию ямок и общую прочность.

Ключевые характеристики

Нержавеющая сталь 4116 характеризуется высокой прочностью на растяжение, хорошей пластичностью и отличной износостойкостью. Она часто используется в приложениях, где требуются высокая прочность и умеренная коррозионная стойкость.

Преимущества:
- Высокая прочность и жесткость, что делает её подходящей для требовательных приложений.
- Хорошая износостойкость, идеальна для режущих инструментов и промышленных приложений.
- Умеренная коррозионная стойкость, подходит для различных условий.

Ограничения:
- Менее коррозионно-стойкая по сравнению с аустенитными нержавеющими сталями, что ограничивает её использование в сильно коррозионных средах.
- Требует тщательной термообработки для достижения оптимальных свойств, что может усложнить изготовление.

Исторически, 4116 использовалась в различных приложениях, особенно в производстве ножей, хирургических инструментов и других инструментов, где важно сочетание жесткости и коррозионной стойкости.

Альтернативные названия, стандарты и эквиваленты

Стандартная организация	Обозначение/Класс	Страна/Регион происхождения	Заметки/Комментарии
UNS	S41160	США	Ближайший эквивалент AISI 440C
AISI/SAE	4116	США	Похож на AISI 420 с более высоким содержанием углерода
ASTM	A276	США	Стандартная спецификация для нержавеющих стальных прутков
EN	1.4116	Европа	Эквивалент X105CrMo17
JIS	SUS 440C	Япония	Следует учитывать незначительные отличия в составе

Отличия между этими классами часто связаны с их содержанием углерода и процессами термообработки, которые могут значительно повлиять на их механические свойства и коррозионную стойкость.

Ключевые свойства

Химический состав

Элемент (Символ и Название)	Диапазон процентов (%)
C (Углерод)	0.4 - 0.5
Cr (Хром)	12.0 - 14.0
Mo (Молибден)	0.5 - 1.0
Mn (Марганец)	0.5 - 1.0
Si (Кремний)	0.5 макс
P (Фосфор)	0.04 макс
S (Сера)	0.03 макс

Основная роль хрома заключается в повышении коррозионной стойкости, тогда как углерод увеличивает жесткость и прочность. Молибден улучшает сопротивление ямочному коррозии и повышает прочность, что делает 4116 подходящей для различных приложений.

Механические свойства

Свойство	Условие/Обработка	Температура испытания	Типичное значение/Диапазон (метрическая система)	Типичное значение/Диапазон (имперская система)	Ссылка на стандарт метода испытания
Прочность на растяжение	Отжиг	Температура помещения	700 - 900 МПа	101.5 - 130 ksi	ASTM E8
Предел прочности (0.2% смещение)	Отжиг	Температура помещения	450 - 600 МПа	65.5 - 87.0 ksi	ASTM E8
Удлинение	Отжиг	Температура помещения	10 - 15%	10 - 15%	ASTM E8
Жесткость (HRC)	Отжиг	Температура помещения	30 - 40	30 - 40	ASTM E18
Ударная прочность	Отжиг	-20°C	30 - 50 Дж	22 - 37 фут-фунтов	ASTM E23

Сочетание высокой прочности на растяжение и предела текучести делает нержавеющую сталь 4116 подходящей для приложений, требующих высокой механической нагрузки и структурной целостности.

Физические свойства

Свойство	Условие/Температура	Значение (метрическая система)	Значение (имперская система)
Плотность	Температура помещения	7.75 г/см³	0.28 фунт/дюйм³
Температура плавления	-	1450 - 1500 °C	2642 - 2732 °F
Теплопроводность	Температура помещения	25 Вт/м·К	14.5 BTU·дюйм/ч·фут²·°F
Удельная теплоемкость	Температура помещения	500 Дж/кг·К	0.12 BTU/фунт·°F
Электрическое сопротивление	Температура помещения	0.72 мкΩ·м	0.0000013 Ω·дюйм

Плотность и температура плавления 4116 указывают на её пригодность для высокотемпературных приложений, в то время как её теплопроводность и удельная теплоемкость важны для теплового управления в различных инженерных приложениях.

Коррозионная стойкость

Коррозионный агент	Концентрация (%)	Температура (°C/°F)	Рейтинг стойкости	Заметки
Хлориды	3-10	20-60 / 68-140	Удовлетворительно	Риск коррозии с образованием ямок
Серная кислота	10-30	20-40 / 68-104	Плохо	Не рекомендуется
Уксусная кислота	5-20	20-60 / 68-140	Хорошо	Умеренная стойкость

Нержавеющая сталь 4116 демонстрирует умеренную коррозионную стойкость, особенно в средах с хлоридами. Она подвержена образованию ямок и коррозионным трещинам (SCC) в средах, богатых хлоридами. По сравнению с аустенитными сталями, такими как 304 или 316, 4116 имеет более низкую коррозионную стойкость, но предлагает лучшую жесткость и износостойкость.

Термическая устойчивость

Свойство/Лимит	Температура (°C)	Температура (°F)	Заметки
Максимальная температура непрерывной эксплуатации	400	752	Подходит для высоких температур
Максимальная температура прерывистой эксплуатации	600	1112	Может выдерживать кратковременное воздействие
Температура окисления	800	1472	Риск окисления выше этого предела

При повышенных температурах нержавеющая сталь 4116 сохраняет свою прочность, но может быть подвержена окислению. Правильная термообработка может улучшить её характеристики в высокотемпературных приложениях.

Свойства обработки

Сварка

Процесс сварки	Рекомендуемый filler металл (класификация AWS)	Типичный защитный газ/флюс	Заметки
TIG	ER410	Аргон	Рекомендуется предварительный подогрев
MIG	ER410	Аргон + CO2	Может потребоваться термообработка после сварки

Нержавеющую сталь 4116 можно сваривать с использованием обычных методов, но рекомендуется предварительный подогрев, чтобы избежать трещин. Термообработка после сварки может улучшить механические свойства сварного шва.

Обрабатываемость

Параметр обработки	4116	AISI 1212	Заметки/Советы
Индекс относительной обрабатываемости	60	100	Умеренная обрабатываемость
Типичная скорость резания	30-50 м/мин	80-120 м/мин	Используйте карбидные инструменты для лучших результатов

Обработка 4116 требует тщательного учета скоростей резания и инструментария. Обычно её обрабатывать сложнее, чем стали с низким содержанием углерода.

Формуемость

Нержавеющая сталь 4116 имеет ограниченные возможности формовки из-за своей высокой прочности и жесткости. Холодная формовка возможна, но рекомендуется горячая формовка, чтобы снизить риск появления трещин. Минимальный радиус изгиба следует тщательно рассчитывать, чтобы избежать разрушения материала.

Термообработка

Процесс обработки	Температурный диапазон (°C/°F)	Типичное время вытяжки	Метод охлаждения	Основная цель / Ожидаемый результат
Отжиг	800 - 900 / 1472 - 1652	1-2 часа	Воздух	Омягчение, улучшение пластичности
Закалка	1000 - 1100 / 1832 - 2012	30 минут	Масло или воздух	Увеличение жесткости и прочности
Узаконивание	400 - 600 / 752 - 1112	1 час	Воздух	Снижение хрупкости, улучшение прочности

Процессы термообработки значительно влияют на микроструктуру нержавеющей стали 4116, преобразуя её из более мягкого состояния в закаленное состояние, подходящее для различных приложений.

Типичные приложения и конечные применения

Отрасль/Сектор	Конкретный пример применения	Ключевые свойства стали, используемые в этом применении	Причина выбора (кратко)
Медицина	Хирургические инструменты	Высокая жесткость, коррозионная стойкость	Долговечность и стерилизация
Автомобильная	Режущие инструменты	Износостойкость, прочность	Производительность под нагрузкой
Аэрокосмическая	Компоненты двигателей	Высокая прочность, жаростойкость	Безопасность и надежность

Другие приложения включают:
- Ножи и лезвия
- Компоненты промышленного оборудования
- Закрепляющие элементы и фитинги

Выбор нержавеющей стали 4116 для этих приложений в первую очередь обусловлен её отличным балансом жесткости и коррозионной стойкости, что делает её идеальной для условий, где важны оба свойства.

Важные соображения, критерии выбора и дополнительные сведения

Особенность/Свойство	4116	AISI 440C	AISI 420	Краткая заметка о плюсах/минусах или компромиссе
Ключевое механическое свойство	Высокая прочность	Более высокая коррозионная стойкость	Умеренная прочность	4116 предлагает лучшую стойкость к износу
Ключевой коррозионный аспект	Умеренная стойкость	Отличная стойкость	Удовлетворительная стойкость	440C лучше подходит для коррозионных сред
Сварка	Умеренная	Плохая	Умеренная	4116 более свариваема, чем 440C
Обрабатываемость	Умеренная	Низкая	Умеренная	4116 легче обрабатывать, чем 440C
Формуемость	Ограниченная	Ограниченная	Умеренная	420 имеет лучшую формуемость
Приблизительная относительная стоимость	Умеренная	Выше	Ниже	Стоимость варьируется в зависимости от рыночного спроса
Типичное наличие	Общее	Менее распространено	Общее	4116 широко доступна

При выборе нержавеющей стали 4116 следует учитывать её механические свойства, коррозионную стойкость и характеристики обработки. Её умеренная стоимость и доступность делают её практическим выбором для многих приложений, хотя её производительность в сильно коррозионных средах может потребовать рассмотрения альтернативных классов.

В заключение, нержавеющая сталь 4116 является универсальным материалом, который сочетает в себе прочность, износостойкость и умеренную коррозионную стойкость, что делает её подходящей для широкого спектра промышленных приложений.