4350 Сталь: Свойства и ключевые применения

Сталь 4350 классифицируется как легированная сталь со средним содержанием углерода, прежде всего известная своей отличной закаливаемостью и прочностью. Основные легирующие элементы в стали 4350 включают хром (Cr), никель (Ni) и молибден (Mo), которые значительно улучшают ее механические свойства и стойкость к износу. Эта марка стали часто используется в приложениях, требующих высокой прочности и ударной вязкости, что делает ее подходящей для различных инженерных и производственных процессов.

Комплексный обзор

Сталь 4350 признана за уникальное сочетание прочности, вязкости и сопротивления износу, что делает ее идеальным выбором для компонентов, подвергающихся высоким нагрузкам и fatigue. Легирующие элементы играют решающую роль в определении ее характеристик:

• Хром улучшает закаливаемость и коррозионную стойкость.
• Никель улучшает вязкость и ударную прочность.
• Молибден способствует прочности и стабильности при высоких температурах.

Основные преимущества стали 4350 включают ее способность выдерживать высокие нагрузки и отличное сопротивление усталости, что критично для таких приложений, как шестерни, валы и компоненты тяжелой техники. Однако у нее также есть ограничения, такие как низкая свариваемость по сравнению с другими марками стали и тенденция к более высокой стоимости из-за легирующих элементов. Исторически сталь 4350 играла важную роль в отраслях, требующих надежной работы в сложных условиях, сохраняя сильные позиции на рынке благодаря своим желательным свойствам.

Альтернативные названия, стандарты и эквиваленты

Стандартная организация	Обозначение/Марка	Страна/Регион происхождения	Заметки/Комментарии
UNS	G43500	США	Ближайший эквивалент AISI 4340
AISI/SAE	4350	США	Схож с 4340, но с небольшими вариациями в составе
ASTM	A829	США	Стандартная спецификация для легированной стали
EN	1.7225	Европа	Эквивалент AISI 4340 с небольшими различиями
JIS	SNCM439	Япония	Сходные свойства, но с другими легирующими элементами
ISO	35CrMo4	Международный	Сравнимы по механическим свойствам

Незначительные различия между этими марками могут повлиять на производительность в определенных приложениях. Например, хотя G43500 и 1.7225 часто считаются эквивалентными, незначительные изменения в содержании никеля и молибдена могут влиять на закаливаемость и вязкость.

Ключевые свойства

Химический состав

Элемент (Символ и Название)	Процентный диапазон (%)
C (Углерод)	0.38 - 0.43
Cr (Хром)	0.70 - 0.90
Ni (Никель)	1.65 - 2.00
Mo (Молибден)	0.15 - 0.25
Mn (Марганец)	0.60 - 0.90
Si (Силикон)	0.15 - 0.40
P (Фосфор)	≤ 0.035
S (Сера)	≤ 0.040

Ключевые легирующие элементы в стали 4350 значительно способствуют ее производительности. Например, присутствие хрома улучшает закаливаемость, позволяя глубже проникать во время термической обработки. Никель улучшает вязкость стали, делая ее менее хрупкой, тогда как молибден улучшает прочность при повышенных температурах.

Механические свойства

Свойство	Условие/Температура	Температура испытания	Типичное значение/Диапазон (метрические)	Типичное значение/Диапазон (имперские)	Справочный стандарт для методики испытаний
Прочность на вытяжение	Закаленная и отожженная	Температура окружающей среды	980 - 1,100 MPa	142 - 160 ksi	ASTM E8
Предельная прочность (смещение 0.2%)	Закаленная и отожженная	Температура окружающей среды	850 - 950 MPa	123 - 138 ksi	ASTM E8
Удлинение	Закаленная и отожженная	Температура окружающей среды	12 - 15%	12 - 15%	ASTM E8
Снижение площади	Закаленная и отожженная	Температура окружающей среды	50 - 60%	50 - 60%	ASTM E8
Твердость (по Роквеллу C)	Закаленная и отожженная	Температура окружающей среды	28 - 34 HRC	28 - 34 HRC	ASTM E18
Ударная прочность (Charpy)	Закаленная и отожженная	-20°C (-4°F)	30 - 50 J	22 - 37 ft-lbf	ASTM E23

Сочетание этих механических свойств делает сталь 4350 подходящей для приложений, требующих высокой прочности и вязкости, таких как в автомобилестроении и аэрокосмической промышленности. Ее способность выдерживать значительные механические нагрузки при сохранении структурной целостности является ключевым фактором в ее выборе для критически важных компонентов.

Физические свойства

Свойство	Условие/Температура	Значение (метрические)	Значение (имперские)
Плотность	Температура окружающей среды	7.85 g/cm³	0.284 lb/in³
Температура плавления	-	1,400 - 1,540 °C	2,552 - 2,804 °F
Теплопроводность	Температура окружающей среды	45 W/m·K	31 BTU·in/h·ft²·°F
Удельная теплоемкость	Температура окружающей среды	460 J/kg·K	0.11 BTU/lb·°F
Электрическое сопротивление	Температура окружающей среды	0.0000017 Ω·m	0.0000017 Ω·in
Коэффициент теплового расширения	Температура окружающей среды	11.5 x 10⁻⁶ /K	6.36 x 10⁻⁶ /°F

Плотность и температура плавления стали 4350 свидетельствуют о ее прочности, в то время как теплопроводность и удельная теплоемкость предполагают ее пригодность для применения в условиях термальных циклов. Электрическое сопротивление относительно низкое, что делает ее хорошим проводником электричества, что может быть полезно в определенных приложениях.

Коррозионная стойкость

Коррозионный агент	Концентрация (%)	Температура (°C/°F)	Оценка стойкости	Заметки
Атмосферные	-	-	Удовлетворительная	Подвержена ржавчине
Хлориды	3-5	20-60 °C (68-140 °F)	Плохая	Риск образования питтинга
Кислоты	10-20	20-40 °C (68-104 °F)	Плохая	Не рекомендуется
Щелочи	5-10	20-60 °C (68-140 °F)	Удовлетворительная	Умеренная стойкость

Сталь 4350 проявляет умеренную коррозионную стойкость, особенно в атмосферных условиях. Однако она подвержена образованию питтинга в средах с хлоридами и не рекомендуется для использования в кислотных условиях. По сравнению с марками, такими как 4140 и 4340, которые имеют лучшую коррозионную стойкость за счет более высокого содержания хрома, 4350 может требовать защитных покрытий или обработок в агрессивных средах.

Тепловая стойкость

Свойство/Предел	Температура (°C)	Температура (°F)	Комментарии
Максимальная температура непрерывного обслуживания	400 °C	752 °F	Подходит для высокотемпературных приложений
Максимальная температура прерывистого обслуживания	500 °C	932 °F	Только кратковременное воздействие
Температура окисления	600 °C	1,112 °F	Риск окисления выше этой температуры
Рассмотрения прочности на ползучесть начинаются около	450 °C	842 °F	Важно для длительных приложений

При повышенных температурах сталь 4350 сохраняет свою прочность, но может подвергаться окислению, если не защищена должным образом. Ее производительность в высокотемпературных приложениях делает ее пригодной для компонентов двигателей и турбин, где термальная стабильность имеет решающее значение.

Свойства обработки

Сварка

Процесс сварки	Рекомендуемый filler metal (классификация AWS)	Типичный защитный газ/флюс	Заметки
MIG	ER80S-Ni	Аргон + CO2	Рекомендуется подогрев
TIG	ER80S-Ni	Аргон	Требует термической обработки после сварки
Stick	E80S-Ni	-	Подходит для более толстых сечений

Свариваемость стали 4350 умеренная; предварительный подогрев часто необходим, чтобы избежать трещин. Термическая обработка после сварки может помочь снять напряжения и улучшить вязкость в зоне сварного шва.

Обрабатываемость

Параметр обработки	Сталь 4350	AISI 1212	Заметки/Советы
Относительный индекс обрабатываемости	60%	100%	4350 труднее обрабатывать
Типичная скорость резки (токарная обработка)	20-30 м/мин	40-50 м/мин	Используйте карбидные инструменты для достижения лучших результатов

Обрабатываемость стали 4350 ниже, чем у свободно обрабатываемых сталей, таких как AISI 1212. Оптимальные скорости резки и инструменты необходимы для достижения желаемых поверхностных обработок и допусков.

Формуемость

Сталь 4350 проявляет умеренную формуемость. Холодная формовка возможна, но необходимо избегать упрочнения. Горячая формовка может проводиться при повышенных температурах, что позволяет лучше формировать без ущерба для целостности материала.

Термическая обработка

Процесс обработки	Диапазон температур (°C/°F)	Типичное время выдержки	Метод охлаждения	Основная цель / Ожидаемый результат
Отжиг	600 - 700 °C / 1,112 - 1,292 °F	1-2 часа	Воздух	Смягчение, улучшение пластичности
Закалка	800 - 850 °C / 1,472 - 1,562 °F	30 минут	Масло/Вода	Закалка, увеличение прочности
Отпуск	400 - 600 °C / 752 - 1,112 °F	1 час	Воздух	Снижение хрупкости, повышение вязкости

Процессы термической обработки значительно влияют на микроструктуру и свойства стали 4350. Закалка увеличивает твердость, в то время как отпуск помогает снизить хрупкость, что делает сталь более подходящей для динамических применений.

Типичные приложения и конечные использования

Отрасль/Сектор	Пример конкретного применения	Ключевые свойства стали, используемые в этом приложении	Причина выбора (кратко)
Автомобилестроение	Шестерни	Высокая прочность, вязкость	Необходимы для несущих компонентов
Аэрокосмическая	Компоненты самолетов	Высокое соотношение прочности к весу	Критично для производительности и безопасности
Нефть и газ	Сверла	Сопротивление износу, вязкость	Необходимо для суровых условий
Тяжелая техника	Валы	Сопротивление усталости, прочность	Необходимо для долговечности под нагрузкой

Другие приложения включают:

• • Структурные компоненты в тяжелой технике
• • Высонагруженные крепежи
• • Инструменты и штампы

Выбор стали 4350 в этих приложениях обусловлен ее способностью выдерживать высокие нагрузки и сопротивляться износу, что делает ее предпочтительным выбором в сложных условиях.

Важные моменты, критерии выбора и дополнительные сведения

Особенность/Свойство	Сталь 4350	AISI 4140	AISI 4340	Краткая примечание о +/− или компромиссах
Ключевое механическое свойство	Высокая прочность	Умеренная прочность	Высокая прочность	4340 обладает лучшей вязкостью
Ключевой аспект коррозии	Удовлетворительная стойкость	Хорошая стойкость	Удовлетворительная стойкость	4140 имеет лучшую коррозионную стойкость
Свариваемость	Умеренная	Хорошая	Умеренная	4140 легче сваривать
Обрабатываемость	Умеренная	Хорошая	Умеренная	4140 легче обрабатывать
Формуемость	Умеренная	Хорошая	Умеренная	4140 предлагает лучшую формуемость
Приблизительная относительная стоимость	Выше	Умеренная	Выше	4140 часто более экономична
Типичная доступность	Умеренная	Высокая	Высокая	4140 широко доступна

При выборе стали 4350 следует учитывать ее экономическую эффективность, доступность и конкретные механические свойства, необходимые для приложения. Хотя она предлагает отличную производительность, альтернативы, такие как AISI 4140, могут обеспечить лучшую коррозионную стойкость и обрабатываемость, что делает их подходящими для различных применений.

В заключение, сталь 4350 является универсальной легированной сталью со средним содержанием углерода, которая превосходно подходит для приложений, требующих высокой прочности и вязкости. Ее уникальные свойства, в сочетании с тщательным учетом технологий обработки и экологических факторов, делают ее ценным материалом в различных отраслях.