Сталь Nitralloy 135: Свойства и ключевые применения

Сталь Nitralloy 135 - это среднеуглеродистая легированная сталь, специально разработанная для приложений, требующих высокой прочности и стойкости. Классифицируемая как легированная сталь, она в основном содержит такие элементы, как хром, молибден и азот, которые значительно улучшают её механические свойства и характеристики производительности. Внедрение этих легирующих элементов способствует улучшению закаливаемости, износостойкости и прочности на усталость, что делает Nitralloy 135 подходящей для требовательных инженерных приложений.

Одной из наиболее значительных характеристик Nitralloy 135 является её способность достигать высокой твердости поверхности за счет нитрирования, процесса термообработки, который диффундирует азот в поверхность стали. Это приводит к образованию твердой, износостойкой поверхности при сохранении прочного ядра, что необходимо для компонентов, подвергающихся высоким нагрузкам и износу.

Преимущества и ограничения

Преимущества:
- Высокая прочность и стойкость: Nitralloy 135 демонстрирует отличную прочность на разрыв и стойкость к удару, что делает её идеальной для тяжелых приложений.
- Способность к нитрированию: Способность подвергаться нитрированию повышает твердость поверхности без ущерба для прочности ядра.
- Хорошая обрабатываемость: Эта стальная марка может эффективно обрабатываться, что позволяет точно изготавливать компоненты.

Ограничения:
- Цена: Легирующие элементы и процесс нитрирования могут сделать Nitralloy 135 более дорогой, чем стандартные углеродные стали.
- Проблемы с сваркой: Хотя она может быть сварена, необходимо проявлять особую осторожность, чтобы избежать трещин и обеспечить целостность соединения.

Исторически Nitralloy 135 использовалась в различных отраслях, включая автомобилестроение и аэрокосмическую промышленность, где важны компоненты высокой производительности. Её уникальные свойства ставят её на ценное место на рынке, особенно для приложений, требующих сочетания прочности, стойкости и износостойкости.

Альтернативные названия, стандарты и эквиваленты

Стандартная организация	Обозначение/Марка	Страна/Регион происхождения	Примечания/Замечания
UNS	G13500	США	Ближайший эквивалент AISI 4140 с незначительными разностями в составе.
AISI/SAE	135	США	Распространенное обозначение в Северной Америке.
ASTM	A829	США	Стандартная спецификация для легированных сталей.
EN	1.8510	Европа	Европейский эквивалент с похожими свойствами.
JIS	SCr 440	Япония	Похожие характеристики, но с другими легирующими элементами.

Различия между этими марками могут повлиять на выбор в зависимости от конкретных требований применения. Например, хотя G13500 и AISI 4140 схожи, способность Nitralloy 135 к нитрированию обеспечивает повышенную твердость поверхности, которая может быть недостижима для AISI 4140.

Ключевые свойства

Химический состав

Элемент (символ и название)	Диапазон процентов (%)
C (Углерод)	0.30 - 0.35
Cr (Хром)	0.80 - 1.10
Mo (Молибден)	0.15 - 0.25
N (Азот)	0.02 - 0.05
Mn (Марганец)	0.60 - 0.90
Si (Силикон)	0.15 - 0.40
P (Фосфор)	≤ 0.035
S (Сера)	≤ 0.025

Основные легирующие элементы в Nitralloy 135 играют важные роли:
- Хром: Улучшает закаливаемость и коррозионную стойкость.
- Молибден: Улучшает прочность при повышенных температурах и повышает стойкость.
- Азот: Увеличивает твердость поверхности через нитрирование, способствуя износостойкости.

Механические свойства

Свойство	Состояние/Температура	Температура испытания	Типичное значение/Диапазон (метрическая система)	Типичное значение/Диапазон (имперская система)	Справочный стандарт для испытательного метода
Прочность на разрыв	Закаленная и темперированная	Температура окружающей среды	850 - 1000 МПа	123 - 145 ksi	ASTM E8
Предельная прочность (0.2% сдвиг)	Закаленная и темперированная	Температура окружающей среды	600 - 800 МПа	87 - 116 ksi	ASTM E8
Удлинение	Закаленная и темперированная	Температура окружающей среды	12 - 18%	12 - 18%	ASTM E8
Твердость (HRC)	Закаленная и темперированная	Температура окружающей среды	30 - 40 HRC	30 - 40 HRC	ASTM E18
Ударная прочность (Шарпи)	Температура окружающей среды	-20°C	30 - 50 Дж	22 - 37 ft-lbf	ASTM E23

Сочетание высокой прочности на разрыв и предела текучести, а также хорошее удлинение делает Nitralloy 135 подходящей для приложений, требующих сопротивления механическим нагрузкам и структурной целостности. Её твердость позволяет выдерживать износ в требовательных условиях.

Физические свойства

Свойство	Состояние/Температура	Значение (метрическая система)	Значение (имперская система)
Плотность	-	7.85 г/см³	0.284 фунт/дюйм³
Температура плавления	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
Теплопроводность	20°C	45 Вт/м·К	31.2 BTU·дюйм/(ч·фут²·°F)
Удельная теплоемкость	20°C	0.46 кДж/кг·К	0.11 BTU/фунт·°F
Электрическое сопротивление	20°C	0.00065 Ω·м	0.00038 Ω·дюйм

Ключевые физические свойства, такие как плотность и температура плавления, имеют значительное значение для приложений, связанных с работой при высоких температурах. Теплопроводность показывает, насколько хорошо материал может рассеивать тепло, что важно в быстром обработке или приложениях с высоким трением.

Коррозионная стойкость

Коррозионный агент	Концентрация (%)	Температура (°C/°F)	Рейтинг стойкости	Примечания
Хлориды	3-5	25°C/77°F	Удовлетворительная	Риск питтинговой коррозии.
Серная кислота	10-20	25°C/77°F	Плохая	Не рекомендуется.
Щелочные растворы	5-10	25°C/77°F	Хорошая	Умеренная стойкость.

Nitralloy 135 демонстрирует умеренную коррозионную стойкость, особенно в щелочной среде, но подвержена питтинговой коррозии в условиях с высоким содержанием хлоридов. По сравнению с нержавеющими сталями, такими как AISI 304, которые предлагают превосходную коррозионную стойкость, Nitralloy 135 может не подходить для приложений, подверженных воздействию агрессивных коррозионных агентов.

Теплоустойчивость

Свойство/Индекс	Температура (°C)	Температура (°F)	Примечания
Максимальная постоянная температура эксплуатации	400°C	752°F	Подходит для длительного воздействия.
Максимальная временная температура эксплуатации	500°C	932°F	Только для краткосрочного воздействия.
Температура обгорания	600°C	1112°F	Риск окисления выше этой температуры.

При повышенных температурах Nitralloy 135 сохраняет свою прочность, но может подвергаться окислению при воздействии воздуха. Важно учитывать защитные покрытия или контролируемые условия для приложений, связанных с высокими температурами.

Свойства обработки

Сварка

Процесс сварки	Рекомендуемый filler metal (классификация AWS)	Типичный защитный газ/флюс	Примечания
MIG	ER70S-6	Смесь аргона и CO2	Рекомендуется предварительный прогрев.
TIG	ER80S-Ni	Аргон	Требуется термообработка после сварки.

Nitralloy 135 может быть сварена с использованием стандартных процессов, но часто требуется предварительный прогрев, чтобы избежать трещин. Рекомендуется термообработка после сварки для снятия напряжений и улучшения прочности.

Обрабатываемость

Параметр обработки	Nitralloy 135	AISI 1212	Примечания/Советы
Индекс обрабатываемости	60	100	Требует острых инструментов и охлаждения.
Типичная скорость резания	30 м/мин	50 м/мин	Настроить на основе износа инструмента.

Обрабатываемость хорошая, но требует тщательного внимания к инструментам и условиям резки, чтобы избежать чрезмерного износа.

Формуемость

Nitralloy 135 демонстрирует умеренную формуемость. Холодная формовка возможна, но предпочтительнее горячая, чтобы снизить риск упрочнения. Рекомендуемые радиусы изгиба должны соблюдаться для предотвращения трещин.

Термообработка

Процесс обработки	Температурный диапазон (°C/°F)	Типичное время выдержки	Метод охлаждения	Основная цель / Ожидаемый результат
Отжиг	700 - 800 °C / 1292 - 1472 °F	1-2 часа	Воздух или масло	Размягчение, улучшающая обрабатываемость.
Закалка	850 - 900 °C / 1562 - 1652 °F	30 минут	Масло	Закаливание, увеличение прочности.
Темперирование	400 - 600 °C / 752 - 1112 °F	1 час	Воздух	Снижение хрупкости, улучшение прочности.

Процессы термообработки значительно изменяют микроструктуру Nitralloy 135, улучшая её механические свойства. Закалка увеличивает твердость, в то время как темперирование помогает снять напряжение и улучшить пластичность.

Типичные приложения и конечные использования

Отрасль/Сектор	Конкретный пример приложения	Ключевые свойства стали, используемые в этом приложении	Причина выбора (кратко)
Автомобильная	Шестерни и валы	Высокая прочность, стойкость, износостойкость	Критично для долговечности.
Аэрокосмическая	Компоненты шасси	Высокое соотношение прочности к весу	Критично для безопасности и производительности.
Машиностроение	Инструменты и штампы	Твердость, обрабатываемость	Техническая точность необходима для работы.

Другие приложения включают:
- Нефть и газ: Компоненты, подвергающиеся высоким нагрузкам и износу.
- Тяжелая техника: Части, требующие высокой стойкости к усталости.

Nitralloy 135 выбирается для этих приложений благодаря уникальному сочетанию прочности, стойкости и износостойкости, что делает её идеальной для компонентов, которые должны выдерживать жесткие условия эксплуатации.

Важные соображения, критерии выбора и дополнительные сведения

Особенность/Свойство	Nitralloy 135	AISI 4140	8620	Краткая заметка о плюсах/минусах или компромиссах
Ключевое механическое свойство	Высокая прочность	Умеренная	Умеренная	Nitralloy 135 превосходит по прочности.
Ключевой аспект коррозии	Умеренная	Удовлетворительная	Хорошая	Nitralloy 135 менее устойчива к коррозии.
Сварка	Умеренная	Хорошая	Хорошая	Требует осторожности, чтобы избежать трещин.
Обрабатываемость	Хорошая	Отличная	Удовлетворительная	Требует специальных инструментов.
Формуемость	Умеренная	Хорошая	Хорошая	Предпочтительна горячая формовка.
Приблизительная относительная стоимость	Высокая	Умеренная	Низкая	Цена может быть фактором при выборе.
Типичная доступность	Умеренная	Высокая	Высокая	Доступность может варьироваться в зависимости от региона.

При выборе Nitralloy 135 следует учитывать её стоимость относительно требований к производительности, доступность на рынке и конкретные потребности в приложении. Её уникальные свойства делают её подходящей для высокопроизводительных приложений, но потенциальным пользователям следует взвесить преимущества против связанных с этим затрат и сложностей обработки.

В заключение, Nitralloy 135 - это универсальная стальная марка, предлагающая уникальное сочетание прочности, стойкости и износостойкости, что делает её отличным выбором для требовательных инженерных приложений. Её свойства, хотя и выгодные, требуют тщательного учета в отношении обработки и применения для максимизации производительности и долговечности.