440C нержавеющая сталь: свойства и ключевые применения

440C нержавеющая сталь - это высокоуглеродная мартенситная нержавеющая сталь, известная своим превосходным уровнем твердости, износостойкостью и коррозионной стойкостью. Она классифицируется как мартенситная нержавеющая сталь из-за высокого содержания углерода (около 1,0-1,2%) и значительного содержания хрома (около 16-18%). Основные легирующие элементы включают углерод (C), хром (Cr) и небольшие количества марганца (Mn), кремния (Si) и молибдена (Mo). Высокое содержание углерода позволяет формировать жесткую мартенситную структуру при термообработке, в то время как хром обеспечивает коррозионную стойкость.

Общий обзор

440C нержавеющая сталь широко известна своей способностью достигать высоких уровней твердости, что делает ее подходящей для применения, требующего отличной износостойкости. Ее уникальное сочетание свойств включает в себя высокую прочность на растяжение, хорошую пластичность и способность выдерживать умеренные коррозионные среды. Твердость стали можно улучшить с помощью процессов термообработки, позволяя ей достигать уровней твердости до 60 HRC.

Преимущества:
- Высокая твердость: Достижимые уровни твердости делают ее идеальной для режущих инструментов и износостойких приложений.
- Коррозионная стойкость: Обеспечивает хорошую стойкость к окислению и коррозии, особенно в слабо коррозионных средах.
- Износостойкость: Подходит для приложений, требующих прочности и долговечности.

Ограничения:
- Хрупкость: При высоких уровнях твердости она может стать хрупкой, что делает ее менее подходящей для приложений, требующих высокой ударной стойкости.
- Сварка: Обычно плохая свариваемость из-за высокого содержания углерода, что может привести к трещинам.
- Стоимость: Более высокая стоимость по сравнению с нержавеющими сталями низкого класса.

Исторически 440C использовалась в различных приложениях, включая лезвия ножей, подшипники и хирургические инструменты, из-за своего баланса твердости и коррозионной стойкости.

Альтернативные названия, стандарты и эквиваленты

Организация стандарта	Обозначение/Класс	Страна/Регион происхождения	Заметки/Комментарии
UNS	S44004	США	Ближайший эквивалент к AISI 440C
AISI/SAE	440C	США	Обычно используемая обозначение
ASTM	A276	США	Стандартная спецификация для нержавеющих стальных баров
EN	1.4125	Европа	Эквивалентный класс в Европе
JIS	SUS440C	Япония	Японский стандартный эквивалент
ISO	440C	Международный	Международное стандартное обозначение

Различия между этими классами часто заключаются в незначительных композицийных вариациях, которые могут влиять на свойства, такие как коррозионная стойкость и твердость. Например, европейский эквивалент (1.4125) может иметь незначительные различия в содержании углерода, что может повлиять на его твердость и прочность.

Ключевые свойства

Химический состав

Элемент (Символ и Название)	Процентный диапазон (%)
C (Углерод)	1.0 - 1.2
Cr (Хром)	16.0 - 18.0
Mn (Марганец)	0.5 - 1.0
Si (Кремний)	0.5 макс
Mo (Молибден)	0.5 макс

Основные легирующие элементы в 440C нержавеющей стали играют решающую роль:
- Углерод (C): Увеличивает твердость и прочность за счет формирования мартенсита во время термообработки.
- Хром (Cr): Обеспечивает коррозионную стойкость и способствует общей прочности стали.
- Марганец (Mn): Улучшает закаливаемость и помогает в дегазации стали во время производства.

Механические свойства

Свойство	Состояние/Температура	Температура испытания	Типичное значение/Диапазон (метрическая система)	Типичное значение/Диапазон (имперская система)	Эталонный стандарт для метода испытания
Прочность на растяжение	Закаленная и отпусканная	Температура окружающей среды	600 - 750 МПа	87 - 109 ksi	ASTM E8
Предел текучести (сдвиг 0.2%)	Закаленная и отпусканная	Температура окружающей среды	450 - 600 МПа	65 - 87 ksi	ASTM E8
Удлинение	Закаленная и отпусканная	Температура окружающей среды	10 - 15%	10 - 15%	ASTM E8
Твердость (HRC)	Закаленная и отпусканная	Температура окружающей среды	58 - 60 HRC	58 - 60 HRC	ASTM E18
Ударная прочность	Закаленная и отпусканная	-20°C (-4°F)	20 - 30 Дж	15 - 22 фут-фунта	ASTM E23

Механические свойства 440C нержавеющей стали делают ее подходящей для применения, требующего высокой прочности и твердости. Её прочность на растяжение и предел текучести особенно выгодны в несущих приложениях, в то время как её твердость обеспечивает долговечность в условиях, подверженных износу.

Физические свойства

Свойство	Состояние/Температура	Значение (метрическая система)	Значение (имперская система)
Плотность	Температура окружающей среды	7.75 г/см³	0.28 lb/in³
Температура/Диапазон плавления	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
Теплопроводность	Температура окружающей среды	25 Вт/м·К	14.5 BTU·in/h·ft²·°F
Удельная теплоемкость	Температура окружающей среды	460 Дж/кг·К	0.11 BTU/lb·°F
Электрическое сопротивление	Температура окружающей среды	0.72 µΩ·м	0.72 µΩ·in
Коэффициент теплового расширения	20 - 100 °C	16.0 x 10⁻⁶/К	8.9 x 10⁻⁶/°F

Ключевые физические свойства, такие как плотность и теплопроводность, значительно важны для приложений, связанных с тепловым управлением. Относительно высокая температура плавления указывает на хорошую производительность при повышенных температурах, в то время как теплопроводность предполагает умеренные способности передачи тепла, что делает ее подходящей для приложений, где требуется рассеивание тепла.

Коррозионная стойкость

Коррозионный агент	Концентрация (%)	Температура (°C/°F)	Оценка устойчивости	Заметки
Хлориды	3.5	25°C (77°F)	Средняя	Подвержена образованию коррозии
Кислоты	10	20°C (68°F)	Плохая	Не рекомендуется для сильных кислот
Щелочи	5	25°C (77°F)	Хорошая	Умеренная устойчивость
Атмосферная	-	-	Хорошая	Хорошо работает в мягких условиях

440C нержавеющая сталь проявляет хорошую коррозионную стойкость в различных условиях, особенно в атмосферных условиях и мягких щелочах. Однако она подвержена коррозии в хлоридных средах, что может быть критически важным с учетом морских приложений. По сравнению с другими нержавеющими сталями, такими как 304 и 316, 440C предлагает лучшую твердость, но может не показывать столь же хорошую производительность в сильно коррозионных средах из-за более низкого содержания хрома.

Устойчивость к высоким температурам

Свойство/Лимит	Температура (°C)	Температура (°F)	Замечания
Макс. Температура непрерывного обслуживания	400°C	752°F	Подходит для прерывистого использования
Макс. Температура прерывистого обслуживания	600°C	1112°F	Ограниченная устойчивость к окислению
Температура коррозии	800°C	1472°F	Начинает терять прочность

При повышенных температурах 440C нержавеющая сталь сохраняет свою прочность, но может испытывать окисление. Ее производительность адекватна для приложений с периодическим воздействием высоких температур, однако следует избегать длительного воздействия температур выше 400°C (752°F), чтобы предотвратить разрушение механических свойств.

Свойства обработки

Сварка

Процесс сварки	Рекомендуемый сварочный материал (классификация AWS)	Типичный защитный газ/флюс	Заметки
TIG	ER440C	Аргон	Рекомендуется предварительный нагрев
MIG	ER440C	Смесь аргона и CO2	Постварочная термообработка может быть необходима

440C нержавеющая сталь имеет ограниченную свариваемость из-за высокого содержания углерода, что может привести к трещинам. Предварительный нагрев перед сваркой и постварочная термообработка часто рекомендуются для смягчения этих проблем. Внимательный выбор сварочных материалов имеет решающее значение для обеспечения совместимости и производительности сварки.

Обрабатываемость

Параметр обработки	440C	AISI 1212	Заметки/Советы
Индекс относительной обрабатываемости	50%	100%	Требует более медленных режимов резания
Типичная скорость резания	30 м/мин	60 м/мин	Используйте карбидные инструменты для лучших результатов

440C нержавеющая сталь сложнее обрабатывать по сравнению с низкоуглеродистыми сталями. Она требует более медленных режимов резания и специализированных инструментов, таких как карбидные вставки, чтобы добиться оптимальных результатов. Правильная смазка и охлаждение являются необходимыми для предотвращения износа инструмента и поддержания точности размеров.

Формование

440C нержавеющая сталь не особенно подходит для обширных формовочных операций из-за своей высокой твердости и прочности. Холодная формовка может быть выполнена, но может потребовать значительных усилий, а горячая формовка обычно предпочтительнее для снижения риска трещин. Характеристики упрочнения стали могут усложнить процессы формовки, что требует тщательного контроля радиусов изгиба и формовочных технологий.

Термообработка

Процесс обработки	Температурный диапазон (°C/°F)	Типичное время выдержки	Метод охлаждения	Основная цель / Ожидаемый результат
Отжиг	800 - 900 °C / 1472 - 1652 °F	1 - 2 часа	Воздух	Снижение твердости, улучшение пластичности
Закалка	1000 - 1100 °C / 1832 - 2012 °F	30 минут	Масло	Достижение максимальной твердости
Отпуск	150 - 200 °C / 302 - 392 °F	1 час	Воздух	Снижение хрупкости, повышение прочности

Процессы термообработки 440C нержавеющей стали значительно влияют на ее микро структуру и свойства. Закалка превращает сталь в жесткую мартенситную структуру, в то время как отпуск снижает хрупкость и повышает прочность, что делает ее подходящей для различных приложений.

Типичные приложения и конечные использования

Отрасль/Сектор	Конкретный пример применения	Ключевые свойства стали, использованные в этом приложении	Причина выбора (Кратко)
Aerospace	Компоненты самолетов	Высокая прочность, износостойкость	Критично для безопасности и производительности
Medical	Хирургические инструменты	Коррозионная стойкость, твердость	Требуется стерильность и долговечность
Manufacturing	Режущие инструменты	Высокая твердость, износостойкость	Первостепенно для долговечности инструмента
Automotive	Компоненты клапанов	Прочность, стойкость к утомлению	Надежность под нагрузкой

Другие приложения включают:
- Ножи и лезвия: Выбраны за их способность сохранять острое лезвие.
- Подшипники: Используются в приложениях, требующих низкого трения и высокой износостойкости.
- Крепеж: Выбраны за прочность и коррозионную стойкость в жестких условиях.

440C нержавеющая сталь часто выбирается для приложений, где важны сочетание твердости и коррозионной стойкости. Её способность сохранять острое лезвие делает её особенно популярной в ножевой индустрии.

Важные соображения, критерии выбора и дальнейшие идеи

Характеристика/Свойство	440C	AISI 304	AISI 316	Краткая заметка о преимуществах/недостатках или компромиссе
Ключевое механическое свойство	Высокая твердость	Умеренная твердость	Умеренная твердость	440C превосходит по твердости, тогда как 304 и 316 предлагают лучшую коррозионную стойкость
Ключевой аспект коррозии	Средняя по отношению к хлоридам	Отличная	Отличная	440C менее устойчива к образованию коррозии, чем 304 и 316
Свариваемость	Плохая	Хорошая	Хорошая	440C требует специальных условий для сварки
Обрабатываемость	Умеренная	Хорошая	Хорошая	440C сложнее обработать, чем 304 и 316
Формуемость	Ограниченная	Хорошая	Хорошая	440C менее формуемая из-за своей твердости
Приблизительная относительная стоимость	Выше	Умеренная	Выше	Цена варьируется в зависимости от рыночных условий
Типичное наличие	Умеренное	Высокое	Высокое	440C может быть менее доступной, чем 304 и 316

При выборе нержавеющей стали 440C следует учитывать её механические свойства, коррозионную стойкость и конкретные требования приложения. Несмотря на то, что она предлагает превосходную твердость, она может не быть лучшим выбором для сред с высоким риском коррозии или для применений, требующих обширной сварки или формовки. Стоимость и доступность также могут оказать влияние на решение, так как альтернативы, такие как AISI 304 и 316, могут предоставить лучшую общую производительность в некоторых сценариях.

В заключение, 440C нержавеющая сталь - это универсальный материал с уникальными свойствами, которые делают её подходящей для широкого спектра приложений, особенно где твердость и износостойкость имеют первостепенное значение. Однако её ограничения в свариваемости и формуемости необходимо тщательно учитывать в процессе выбора.