4135 Сталь: Свойства и ключевые применения

Сталь 4135 классифицируется как среднеуглеродная легированная сталь, прежде всего известная своей отличной закаливаемостью и прочностью. Этот сорт стали содержит значительное количество легирующих элементов, таких как хром (Cr) и молибден (Mo), которые улучшают ее механические свойства и стойкость к износу. Наличие этих легирующих элементов способствует способности стали сохранять прочность при повышенных температурах и улучшает ее ударную вязкость.

Комплексный обзор

Сталь 4135 часто используется в приложениях, требующих высокой прочности и твердости, что делает ее подходящей для различных инженерных и производственных процессов. Ее заметные характеристики включают хорошую обрабатываемость, свариваемость и возможность термической обработки для достижения желаемых механических свойств. Унаследованные свойства стали определяются ее химическим составом, который обычно включает около 0.30-0.40% углерода, 0.70-0.90% хрома и 0.15-0.25% молибдена.

Преимущества стали 4135:
- Высокая прочность: Легирующие элементы обеспечивают повышенную прочность на растяжение и текучесть.
- Хорошая ударная вязкость: Она демонстрирует отличную устойчивость к ударам, что делает ее подходящей для динамических приложений.
- Закаливаемость: Сталь может подвергаться термической обработке для достижения широкого диапазона уровней твердости.
- Свариваемость: Сталь 4135 может быть сварена различными методами, что делает ее универсальной для изготовления.

Ограничения стали 4135:
- Коррозионная стойкость: По сравнению с нержавеющими сталями, 4135 имеет ограниченную стойкость к коррозии.
- Стоимость: Легирующие элементы могут сделать ее более дорогой, чем стали низших классов.
- Чувствительность к термической обработке: Неправильная термическая обработка может привести к хрупкости.

Исторически сталь 4135 использовалась в автомобильной и аэрокосмической отраслях, особенно для компонентов, таких как шестерни, валы и другие критически важные детали, которые требуют сочетания прочности и ударной вязкости. Ее рыночная позиция остается сильной благодаря своим благоприятным свойствам и универсальности в различных приложениях.

Альтернативные названия, стандарты и эквиваленты

Стандартная организация	Обозначение/Класс	Страна/Регион происхождения	Примечания/Замечания
UNS	G41350	США	Ближайший эквивалент AISI 4135
AISI/SAE	4135	США	Распространенно используемое обозначение
ASTM	A29/A29M	США	Общая спецификация для легированных сталей
EN	1.7035	Европа	Незначительные изменения в составе
DIN	34CrMo4	Германия	Похожие свойства, но разные применения
JIS	SCM435	Япония	Эквивалент с небольшими изменениями в составе

Таблица эквивалентов подчеркивает, что, хотя несколько классов могут считаться эквивалентами стали 4135, тонкие различия в составе могут влиять на производительность в конкретных приложениях. Например, SCM435 может предлагать слегка лучшую закаливаемость из-за более высокого содержания хрома.

Ключевые свойства

Химический состав

Элемент (Символ и название)	Процентный диапазон (%)
C (Углерод)	0.30 - 0.40
Cr (Хром)	0.70 - 0.90
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 4135 играют важную роль в определении ее свойств:
- Хром (Cr): Увеличивает закаливаемость и коррозионную стойкость.
- Молибден (Mo): Улучшает прочность при высоких температурах и способствует ударной вязкости.
- Марганец (Mn): Увеличивает закаливаемость и улучшает стойкость к износу.

Механические свойства

Свойство	Состояние/Температура	Температура испытания	Типичное значение/Диапазон (метрические единицы)	Типичное значение/Диапазон (имперские единицы)	Ссылочный стандарт для метода испытания
Прочность на растяжение	Закаленная и темперированная	Комнатная температура	850 - 1000 МПа	123 - 145 ksi	ASTM E8
Текучесть (0.2% смещение)	Закаленная и темперированная	Комнатная температура	650 - 850 МПа	94 - 123 ksi	ASTM E8
Удлинение	Закаленная и темперированная	Комнатная температура	15 - 20%	15 - 20%	ASTM E8
Твердость (HRC)	Закаленная и темперированная	Комнатная температура	28 - 35 HRC	28 - 35 HRC	ASTM E18
Ударная прочность	Charpy V-образный вырез	-20 °C	30 - 50 Дж	22 - 37 фут-фунтов	ASTM E23

Механические свойства стали 4135 делают ее подходящей для приложений, требующих высокой прочности и твердости, таких как автомобильные и аэрокосмические компоненты. Ее способность выдерживать значительные нагрузки и сопротивляться деформации под напряжением критична для структурной целостности.

Физические свойства

Свойство	Состояние/Температура	Значение (метрические единицы)	Значение (имперские единицы)
Плотность	Комнатная температура	7.85 г/см³	0.284 фунт/дюйм³
Температура плавления	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
Теплопроводность	Комнатная температура	45 Вт/м·К	31 BTU·дюйм/фут²·ч·°F
Удельная теплоемкость	Комнатная температура	460 Дж/кг·К	0.11 BTU/фунт·°F
Электрическое сопротивление	Комнатная температура	0.0000015 Ом·м	0.0000009 Ом·дюйм

Физические свойства стали 4135, такие как плотность и температура плавления, имеют значительное значение для приложений с высокими температурами. Ее теплопроводность достаточна для рассеивания тепла в механических компонентах, в то время как ее удельная теплоемкость указывает на то, как она реагирует на тепловые изменения.

Коррозионная стойкость

Коррозионный агент	Концентрация (%)	Температура (°C/°F)	Рейтинг сопротивления	Примечания
Хлориды	Разные	Окружающая среда	Удовлетворительная	Риск коррозионного растрескивания
Серная кислота	10-20	Окружающая среда	Плохая	Не рекомендуется
Морская вода	-	Окружающая среда	Удовлетворительная	Умеренная стойкость
Атмосферная	-	Окружающая среда	Хорошая	Требует защитного покрытия

Сталь 4135 демонстрирует умеренную стойкость к коррозии, особенно в атмосферных условиях. Однако она подвержена коррозионному растрескиванию в солевых средах и не должна использоваться в кислых условиях без защитных мер. По сравнению с нержавеющими сталями, такими как 304 или 316, стойкость стали 4135 к коррозии значительно ниже, что делает ее менее подходящей для морских или химических приложений.

Стойкость к теплу

Свойство/Предел	Температура (°C)	Температура (°F)	Замечания
Максимальная температура непрерывной работы	400 °C	752 °F	Подходит для высокотемпературных приложений
Максимальная температура прерывистой работы	500 °C	932 °F	Только кратковременное воздействие
Температура scaling	600 °C	1112 °F	Риск окисления при высоких температурах
Учет прочности при ползучести	400 °C	752 °F	Устойчивость к ползучести уменьшается выше этой температуры

При повышенных температурах сталь 4135 сохраняет свою прочность, но может подвергаться окислению, если не будет должным образом защищена. Ее производительность в высокотемпературных приложениях делает ее подходящей для компонентов, таких как турбинные лопатки и детали двигателей, где термальная стабильность критически важна.

Свойства изготовления

Свариваемость

Процесс сварки	Рекомендуемый наполнитель (классификация AWS)	Типичный защитный газ/флюс	Примечания
MIG	ER70S-6	Аргон/CO2	Хорошо для тонких секций
TIG	ER80S-Ni	Аргон	Требует предварительного нагрева
Электродная сварка	E7018	-	Подходит для полевых работ

Сталь 4135 обычно считается хорошо свариваемой, но рекомендуется предварительный нагрев для минимизации риска трещин. Термальная обработка после сварки может улучшить свойства сварного соединения, обеспечивая его целостность под нагрузкой.

Обрабатываемость

Параметр обработки	[Сталь 4135]	AISI 1212	Примечания/Советы
Относительный индекс обрабатываемости	70	100	Хорошая обрабатываемость, но требует острых инструментов
Типичная скорость резания (Точение)	30 м/мин	50 м/мин	Регулируйте в зависимости от инструмента

Обработка стали 4135 требует тщательного учета скоростей резания и инструментов из-за ее твердости. Использование скоростной стали или твердосплавных инструментов может повысить эффективность и снизить износ.

Формуемость

Сталь 4135 демонстрирует умеренную формуемость, что делает ее подходящей для процессов холодной и горячей формовки. Однако она может подвергаться упрочнению при обработке, что требует тщательного контроля радиусов изгиба и методов формовки, чтобы избежать трещин.

Термическая обработка

Процесс обработки	Температурный диапазон (°C/°F)	Типичное время выдержки	Метод охлаждения	Основная цель / Ожидаемый результат
Отжиг	600 - 650 °C / 1112 - 1202 °F	1 - 2 часа	Воздух	Смягчение, улучшение пластичности
Закалка	850 - 900 °C / 1562 - 1652 °F	30 - 60 минут	Масло или вода	Закаливание, увеличение прочности
Темперирование	400 - 600 °C / 752 - 1112 °F	1 - 2 часа	Воздух	Снижение хрупкости, улучшение ударной вязкости

Процессы термической обработки существенно влияют на микроструктуру стали 4135, трансформируя ее свойства от пластичных до твердых и хрупких в зависимости от применяемой обработки. Правильная термическая обработка крайне важна для достижения желаемого баланса прочности и ударной вязкости.

Типичные применения и области использования

Отрасль/Сектор	Конкретный пример применения	Ключевые свойства стали, используемые в этом применении	Причина выбора
Автомобильная	Шестерни	Высокая прочность, ударная вязкость	Критически важно для производительности
Аэрокосмическая	Компоненты самолетов	Высокое соотношение прочности к весу	Жизненно важно для безопасности
Нефть и газ	Буровые долота	Стойкость к износу, ударная вязкость	Долговечность в суровых условиях
Машиностроение	Валы	Высокая усталостная прочность	Надежность под нагрузкой

Другие применения включают:
- - Компоненты тяжелой техники
- - Структурные детали в строительстве
- - Крючья и фитинги

Выбор стали 4135 для этих приложений в первую очередь обусловлен ее отличными механическими свойствами, которые обеспечивают надежность и производительность в требовательных условиях.

Важные соображения, критерии выбора и дальнейшие сведения

Характеристика/Свойство	Сталь 4135	AISI 4140	AISI 4340	Краткое замечание о достоинствах и недостатках или компромиссах
Ключевое механическое свойство	Высокая прочность	Выше ударная вязкость	Выше твердость	4140 предлагает лучшую ударную вязкость, 4340 - лучшую твердость
Ключевой аспект коррозии	Удовлетворительно	Удовлетворительно	Хорошо	4340 имеет лучшую коррозионную стойкость
Свариваемость	Хорошо	Удовлетворительно	Хорошо	4140 может требовать большей предварительной обработки
Обрабатываемость	Умеренно	Умеренно	Удовлетворительно	4140 труднее обрабатывать
Формуемость	Умеренная	Умеренная	Плохо	4340 менее формуемая
Приблизительная относительная стоимость	Умеренная	Выше	Выше	4135 более экономична для многих применений
Типичная доступность	Распространенная	Распространенная	Менее распространенная	4135 широко доступна

При выборе стали 4135 следует учитывать ее экономическую эффективность, доступность и подходящесть для конкретных приложений. Хотя она может не обеспечивать такой же уровень коррозионной стойкости, как некоторые нержавеющие стали, ее механические свойства делают ее предпочтительным выбором для многих инженерных приложений. Кроме того, ее свариваемость и обрабатываемость позволяют использовать универсальные варианты изготовления, что делает ее ценным материалом в различных отраслях.