Thép 4135: Tính chất và ứng dụng chính

Thép 4135 được phân loại là thép hợp kim cacbon trung bình, chủ yếu được biết đến với khả năng làm cứng và độ bền tuyệt vời. Loại thép này chứa các nguyên tố hợp kim quan trọng như crom (Cr) và molypden (Mo), giúp tăng cường các đặc tính cơ học và khả năng chống mài mòn. Sự hiện diện của các nguyên tố hợp kim này góp phần vào khả năng duy trì độ bền ở nhiệt độ cao và cải thiện độ dẻo dai của thép.

Tổng quan toàn diện

Thép 4135 thường được sử dụng trong các ứng dụng đòi hỏi độ bền và độ dẻo dai cao, làm cho nó phù hợp với nhiều quy trình sản xuất và kỹ thuật khác nhau. Các đặc điểm đáng chú ý của nó bao gồm khả năng gia công tốt, khả năng hàn và khả năng được xử lý nhiệt để đạt được các đặc tính cơ học mong muốn. Các đặc tính vốn có của thép được xác định bởi thành phần hóa học của nó, thường bao gồm khoảng 0,30-0,40% carbon, 0,70-0,90% crom và 0,15-0,25% molypden.

Ưu điểm của thép 4135:
- Độ bền cao: Các thành phần hợp kim cung cấp độ bền kéo và độ bền chảy được tăng cường.
- Độ bền tốt: Có khả năng chống va đập tuyệt vời, phù hợp cho các ứng dụng năng động.
- Khả năng làm cứng: Thép có thể được xử lý nhiệt để đạt được nhiều mức độ cứng khác nhau.
- Khả năng hàn: Thép 4135 có thể được hàn bằng nhiều phương pháp khác nhau, khiến nó trở nên linh hoạt trong chế tạo.

Hạn chế của thép 4135:
- Khả năng chống ăn mòn: So với thép không gỉ, 4135 có khả năng chống ăn mòn hạn chế.
- Chi phí: Các thành phần hợp kim có thể làm cho thép đắt hơn so với thép chất lượng thấp.
- Độ nhạy xử lý nhiệt: Xử lý nhiệt không đúng cách có thể dẫn đến tình trạng giòn.

Theo truyền thống, Thép 4135 đã được sử dụng trong ngành công nghiệp ô tô và hàng không vũ trụ, đặc biệt là đối với các thành phần như bánh răng, trục và các bộ phận quan trọng khác đòi hỏi sự kết hợp giữa độ bền và độ dẻo dai. Vị thế thị trường của nó vẫn vững chắc nhờ các đặc tính thuận lợi và tính linh hoạt trong nhiều ứng dụng khác nhau.

Tên thay thế, Tiêu chuẩn và Tương đương

Tổ chức tiêu chuẩn	Chỉ định/Cấp bậc	Quốc gia/Khu vực xuất xứ	Ghi chú/Nhận xét
Liên Hiệp Quốc	G41350	Hoa Kỳ	Tương đương gần nhất với AISI 4135
AISI/SAE	4135	Hoa Kỳ	Tên gọi thường dùng
Tiêu chuẩn ASTM	A29/A29M	Hoa Kỳ	Tiêu chuẩn chung cho thép hợp kim
VI	1.7035	Châu Âu	Sự khác biệt nhỏ về thành phần
ĐẠI HỌC	34CrMo4	Đức	Tính chất tương tự nhưng ứng dụng khác nhau
Tiêu chuẩn Nhật Bản	SCM435	Nhật Bản	Tương đương với những thay đổi nhỏ trong thành phần

Bảng tương đương nêu bật rằng trong khi một số cấp có thể được coi là tương đương với Thép 4135, sự khác biệt nhỏ về thành phần có thể ảnh hưởng đến hiệu suất trong các ứng dụng cụ thể. Ví dụ, SCM435 có thể cung cấp khả năng tôi luyện tốt hơn một chút do hàm lượng crom cao hơn.

Thuộc tính chính

Thành phần hóa học

Nguyên tố (Ký hiệu và Tên)	Phạm vi phần trăm (%)
C (Cacbon)	0,30 - 0,40
Cr (Crom)	0,70 - 0,90
Mo (Molipden)	0,15 - 0,25
Mn (Mangan)	0,60 - 0,90
Si (Silic)	0,15 - 0,40
P (Phốt pho)	≤ 0,035
S (Lưu huỳnh)	≤ 0,040

Các nguyên tố hợp kim chính trong Thép 4135 đóng vai trò quan trọng trong việc xác định các tính chất của nó:
- Crom (Cr): Tăng khả năng tôi cứng và chống ăn mòn.
- Molypden (Mo): Tăng cường độ bền ở nhiệt độ cao và góp phần tăng độ dẻo dai.
- Mangan (Mn): Tăng khả năng tôi luyện và cải thiện khả năng chống mài mòn.

Tính chất cơ học

Tài sản	Tình trạng/Tính khí	Nhiệt độ thử nghiệm	Giá trị/Phạm vi điển hình (Đơn vị đo lường)	Giá trị/Phạm vi điển hình (Anh)	Tiêu chuẩn tham chiếu cho phương pháp thử nghiệm
Độ bền kéo	Làm nguội & tôi luyện	Nhiệt độ phòng	850 - 1000MPa	123 - 145 ksi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Cường độ chịu kéo (độ lệch 0,2%)	Làm nguội & tôi luyện	Nhiệt độ phòng	650 - 850MPa	94 - 123 ksi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ giãn dài	Làm nguội & tôi luyện	Nhiệt độ phòng	15-20%	15-20%	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ cứng (HRC)	Làm nguội & tôi luyện	Nhiệt độ phòng	28 - 35HRC	28 - 35HRC	Tiêu chuẩn ASTM E18
Sức mạnh tác động	Charpy V-notch	-20 °C	30 - 50J	22 - 37 ft-lbf	Tiêu chuẩn ASTM E23

Các tính chất cơ học của Thép 4135 làm cho nó phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi độ bền và độ dẻo dai cao, chẳng hạn như trong các thành phần ô tô và hàng không vũ trụ. Khả năng chịu được tải trọng lớn và chống biến dạng dưới ứng suất của nó rất quan trọng đối với tính toàn vẹn của cấu trúc.

Tính chất vật lý

Tài sản	Điều kiện/Nhiệt độ	Giá trị (Đơn vị đo lường)	Giá trị (Anh)
Tỉ trọng	Nhiệt độ phòng	7,85g/cm³	0,284 lb/in³
Điểm nóng chảy	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
Độ dẫn nhiệt	Nhiệt độ phòng	45 W/m·K	31 BTU·in/ft²·h·°F
Nhiệt dung riêng	Nhiệt độ phòng	460 J/kg·K	0,11 BTU/lb·°F
Điện trở suất	Nhiệt độ phòng	0,0000015Ω·m	0,0000009 Ω·trong

Các tính chất vật lý của Thép 4135, chẳng hạn như mật độ và điểm nóng chảy, rất quan trọng đối với các ứng dụng liên quan đến môi trường nhiệt độ cao. Độ dẫn nhiệt của nó đủ để tản nhiệt trong các thành phần cơ khí, trong khi nhiệt dung riêng của nó cho biết cách nó phản ứng với những thay đổi nhiệt.

Chống ăn mòn

Chất ăn mòn	Sự tập trung (%)	Nhiệt độ (°C/°F)	Xếp hạng sức đề kháng	Ghi chú
Clorua	Thay đổi	Môi trường xung quanh	Hội chợ	Nguy cơ rỗ
Axit sunfuric	10-20	Môi trường xung quanh	Nghèo	Không khuyến khích
Nước biển	-	Môi trường xung quanh	Hội chợ	Sức đề kháng vừa phải
Khí quyển	-	Môi trường xung quanh	Tốt	Yêu cầu lớp phủ bảo vệ

Thép 4135 có khả năng chống ăn mòn ở mức trung bình, đặc biệt là trong điều kiện khí quyển. Tuy nhiên, thép này dễ bị rỗ trong môi trường clorua và không nên sử dụng trong điều kiện axit nếu không có biện pháp bảo vệ. So với thép không gỉ như 304 hoặc 316, khả năng chống ăn mòn của thép 4135 thấp hơn đáng kể, khiến thép này ít phù hợp hơn cho các ứng dụng hàng hải hoặc hóa chất.

Khả năng chịu nhiệt

Tài sản/Giới hạn	Nhiệt độ (°C)	Nhiệt độ (°F)	Nhận xét
Nhiệt độ dịch vụ liên tục tối đa	400 °C	752 °F	Thích hợp cho các ứng dụng nhiệt độ cao
Nhiệt độ dịch vụ gián đoạn tối đa	500 °C	932 °F	Chỉ tiếp xúc trong thời gian ngắn
Nhiệt độ thang đo	600 °C	1112 °F	Nguy cơ oxy hóa ở nhiệt độ cao
Cân nhắc về sức bền biến dạng	400 °C	752 °F	Khả năng chống biến dạng giảm ở nhiệt độ cao hơn

Ở nhiệt độ cao, Thép 4135 vẫn giữ được độ bền nhưng có thể bị oxy hóa nếu không được bảo vệ đúng cách. Hiệu suất của nó trong các ứng dụng nhiệt độ cao khiến nó phù hợp với các thành phần như cánh tua bin và các bộ phận động cơ, nơi mà độ ổn định nhiệt là rất quan trọng.

Tính chất chế tạo

Khả năng hàn

Quy trình hàn	Kim loại phụ gia được đề xuất (Phân loại AWS)	Khí/Nhiệt che chắn điển hình	Ghi chú
MIG	ER70S-6	Argon/CO2	Tốt cho các phần mỏng
TIG	ER80S-Ni	Khí Argon	Yêu cầu làm nóng trước
Dán	E7018	-	Thích hợp cho công việc thực địa

Thép 4135 thường được coi là có thể hàn được, nhưng nên gia nhiệt trước để giảm thiểu nguy cơ nứt. Xử lý nhiệt sau khi hàn có thể tăng cường các đặc tính của mối hàn, đảm bảo tính toàn vẹn khi chịu tải.

Khả năng gia công

Thông số gia công	[Thép 4135]	AISI 1212	Ghi chú/Mẹo
Chỉ số khả năng gia công tương đối	70	100	Khả năng gia công tốt nhưng đòi hỏi dụng cụ sắc bén
Tốc độ cắt điển hình (Tiện)	30 m/phút	50 m/phút	Điều chỉnh dựa trên công cụ

Gia công thép 4135 đòi hỏi phải cân nhắc cẩn thận về tốc độ cắt và dụng cụ do độ cứng của nó. Sử dụng thép tốc độ cao hoặc dụng cụ cacbua có thể cải thiện hiệu quả và giảm hao mòn.

Khả năng định hình

Thép 4135 có khả năng định hình vừa phải, phù hợp với các quy trình định hình nguội và nóng. Tuy nhiên, thép có thể bị cứng khi gia công, đòi hỏi phải kiểm soát cẩn thận bán kính uốn và kỹ thuật định hình để tránh nứt.

Xử lý nhiệt

Quy trình điều trị	Phạm vi nhiệt độ (°C/°F)	Thời gian ngâm điển hình	Phương pháp làm mát	Mục đích chính / Kết quả mong đợi
Ủ	600 - 650 °C / 1112 - 1202 °F	1 - 2 giờ	Không khí	Làm mềm, cải thiện độ dẻo
Làm nguội	850 - 900 °C / 1562 - 1652 °F	30 - 60 phút	Dầu hoặc Nước	Làm cứng, tăng cường độ
Làm nguội	400 - 600 °C / 752 - 1112 °F	1 - 2 giờ	Không khí	Giảm độ giòn, tăng độ dẻo dai

Các quy trình xử lý nhiệt ảnh hưởng đáng kể đến cấu trúc vi mô của Thép 4135, biến đổi các đặc tính của nó từ dẻo sang cứng và giòn, tùy thuộc vào phương pháp xử lý được áp dụng. Xử lý nhiệt thích hợp là rất quan trọng để đạt được sự cân bằng mong muốn giữa độ bền và độ dẻo dai.

Ứng dụng điển hình và mục đích sử dụng cuối cùng

Ngành/Lĩnh vực	Ví dụ ứng dụng cụ thể	Các tính chất chính của thép được sử dụng trong ứng dụng này	Lý do lựa chọn
Ô tô	Bánh răng	Độ bền cao, độ dẻo dai	Quan trọng đối với hiệu suất
Hàng không vũ trụ	Linh kiện máy bay	Tỷ lệ sức mạnh trên trọng lượng cao	Cần thiết cho sự an toàn
Dầu khí	Mũi khoan	Khả năng chống mài mòn, độ bền	Độ bền trong môi trường khắc nghiệt
Máy móc	Trục	Khả năng chống mỏi cao	Độ tin cậy khi chịu tải

Các ứng dụng khác bao gồm:
- - Linh kiện máy móc hạng nặng
- - Các bộ phận kết cấu trong xây dựng
- - Chốt và phụ kiện

Việc lựa chọn Thép 4135 cho các ứng dụng này chủ yếu là do các đặc tính cơ học tuyệt vời của nó, đảm bảo độ tin cậy và hiệu suất trong những điều kiện khắc nghiệt.

Những cân nhắc quan trọng, Tiêu chí lựa chọn và những hiểu biết sâu sắc hơn

Tính năng/Thuộc tính	Thép 4135	Tiêu chuẩn AISI 4140	Tiêu chuẩn AISI 4340	Ghi chú ngắn gọn về Ưu/Nhược điểm hoặc Đánh đổi
Tính chất cơ học chính	Độ bền cao	Độ bền cao hơn	Độ cứng cao hơn	4140 có độ bền tốt hơn, 4340 có độ cứng tốt hơn
Góc nhìn ăn mòn chính	Hội chợ	Hội chợ	Tốt	4340 có khả năng chống ăn mòn tốt hơn
Khả năng hàn	Tốt	Hội chợ	Tốt	4140 có thể cần làm nóng trước nhiều hơn
Khả năng gia công	Vừa phải	Vừa phải	Hội chợ	4140 khó gia công hơn
Khả năng định hình	Vừa phải	Vừa phải	Nghèo	4340 ít có khả năng định hình hơn
Chi phí tương đối xấp xỉ	Vừa phải	Cao hơn	Cao hơn	4135 tiết kiệm chi phí hơn cho nhiều ứng dụng
Khả năng cung cấp điển hình	Chung	Chung	Ít phổ biến hơn	4135 có sẵn rộng rãi

Khi lựa chọn Thép 4135, cần cân nhắc đến tính hiệu quả về mặt chi phí, tính khả dụng và tính phù hợp cho các ứng dụng cụ thể. Mặc dù có thể không cung cấp cùng mức độ chống ăn mòn như một số loại thép không gỉ, nhưng các đặc tính cơ học của nó khiến nó trở thành lựa chọn ưu tiên cho nhiều ứng dụng kỹ thuật. Ngoài ra, khả năng hàn và khả năng gia công của nó cho phép có nhiều lựa chọn chế tạo đa dạng, khiến nó trở thành vật liệu có giá trị trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau.