Thép 4350: Tính chất và ứng dụng chính

Thép 4350 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. Các nguyên tố hợp kim chính trong thép 4350 bao gồm crom (Cr), niken (Ni) và molypden (Mo), giúp tăng đáng kể các tính chất cơ học và khả năng chống mài mòn của thép. Loại thép này 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.

Tổng quan toàn diện

Thép 4350 được công nhận vì sự kết hợp độc đáo giữa độ bền, độ dẻo dai và khả năng chống mài mòn, khiến nó trở thành lựa chọn lý tưởng cho các thành phần chịu ứng suất và độ mỏi cao. Các nguyên tố hợp kim đóng vai trò quan trọng trong việc xác định các đặc tính của nó:

• Crom tăng cường khả năng làm cứng và chống ăn mòn.
• Niken cải thiện độ dẻo dai và sức chịu va đập.
• Molypden góp phần tạo nên độ bền và độ ổn định ở nhiệt độ cao.

Ưu điểm chính của thép 4350 bao gồm khả năng chịu tải trọng cao và khả năng chống mỏi tuyệt vời, rất quan trọng trong các ứng dụng như bánh răng, trục và các bộ phận máy móc hạng nặng. Tuy nhiên, nó cũng có những hạn chế, chẳng hạn như khả năng hàn thấp hơn so với các loại thép khác và có xu hướng đắt hơn do các thành phần hợp kim của nó. Theo truyền thống, thép 4350 có ý nghĩa quan trọng trong các ngành công nghiệp đòi hỏi hiệu suất đáng tin cậy trong điều kiện khắc nghiệt, duy trì vị thế vững chắc trên thị trường nhờ các đặc tính mong muốn của nó.

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	G43500	Hoa Kỳ	Tương đương gần nhất với AISI 4340
AISI/SAE	4350	Hoa Kỳ	Tương tự như 4340 nhưng có một số thay đổi nhỏ về thành phần
Tiêu chuẩn ASTM	A829	Hoa Kỳ	Tiêu chuẩn kỹ thuật cho thép hợp kim
VI	1.7225	Châu Âu	Tương đương với AISI 4340 với những khác biệt nhỏ
Tiêu chuẩn Nhật Bản	SNCM439	Nhật Bản	Tính chất tương tự nhưng có các nguyên tố hợp kim khác nhau
Tiêu chuẩn ISO	35CrMo4	Quốc tế	Có thể so sánh về tính chất cơ học

Sự khác biệt tinh tế giữa các cấp độ này có thể ảnh hưởng đến hiệu suất trong các ứng dụng cụ thể. Ví dụ, trong khi G43500 và 1.7225 thường được coi là tương đương, thì sự thay đổi nhỏ về hàm lượng niken và molypden có thể ảnh hưởng đến khả năng tôi và độ dẻo dai.

Thuộc tính chính

Thành phần hóa học

Nguyên tố (Ký hiệu và Tên)	Phạm vi phần trăm (%)
C (Cacbon)	0,38 - 0,43
Cr (Crom)	0,70 - 0,90
Ni (Niken)	1,65 - 2,00
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 4350 góp phần đáng kể vào hiệu suất của nó. Ví dụ, sự hiện diện của crom làm tăng khả năng tôi luyện, cho phép thâm nhập sâu hơn trong quá trình xử lý nhiệt. Niken cải thiện độ dẻo dai của thép, làm cho thép ít giòn hơn, trong khi molypden tăng cường độ bền ở nhiệt độ cao.

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	980 - 1.100MPa	142 - 160 ksi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Cường độ chịu kéo (độ lệch 0,2%)	Làm nguội & tôi luyện	Nhiệt độ phòng	850 - 950MPa	123 - 138 ksi	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ giãn dài	Làm nguội & tôi luyện	Nhiệt độ phòng	12-15%	12-15%	Tiêu chuẩn ASTM E8
Giảm Diện Tích	Làm nguội & tôi luyện	Nhiệt độ phòng	50-60%	50-60%	Tiêu chuẩn ASTM E8
Độ cứng (Rockwell C)	Làm nguội & tôi luyện	Nhiệt độ phòng	28 - 34HRC	28 - 34HRC	Tiêu chuẩn ASTM E18
Sức mạnh tác động (Charpy)	Làm nguội & tôi luyện	-20°C (-4°F)	30 - 50J	22 - 37 ft-lbf	Tiêu chuẩn ASTM E23

Sự kết hợp của các đặc tính cơ học này làm cho thép 4350 phù hợp với các ứng dụng đòi hỏi độ bền và độ dẻo dai cao, chẳng hạn như trong ngành công nghiệp ô tô và hàng không vũ trụ. Khả năng chịu được tải trọng cơ học đáng kể trong khi vẫn duy trì tính toàn vẹn của cấu trúc là yếu tố chính trong việc lựa chọn thép này cho các thành phần quan trọng.

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	-	1.400 - 1.540 °C	2.552 - 2.804 °F
Độ dẫn nhiệt	Nhiệt độ phòng	45 W/m·K	31 BTU·in/h·ft²·°F
Nhiệt dung riêng	Nhiệt độ phòng	460 J/kg·K	0,11 BTU/lb·°F
Điện trở suất	Nhiệt độ phòng	0,0000017 Ω·m	0,0000017 Ω·trong
Hệ số giãn nở nhiệt	Nhiệt độ phòng	11,5 x 10⁻⁶ /K	6,36 x 10⁻⁶ /°F

Mật độ và điểm nóng chảy của thép 4350 cho thấy độ bền của nó, trong khi độ dẫn nhiệt và nhiệt dung riêng cho thấy tính phù hợp của nó đối với các ứng dụng liên quan đến chu trình nhiệt. Điện trở suất tương đối thấp, khiến nó trở thành chất dẫn điện tốt, có thể có lợi trong một số ứng dụng nhất định.

Chống ăn mòn

Chất ăn mòn	Sự tập trung (%)	Nhiệt độ (°C/°F)	Xếp hạng sức đề kháng	Ghi chú
Khí quyển	-	-	Hội chợ	Dễ bị rỉ sét
Clorua	3-5	20-60 °C (68-140 °F)	Nghèo	Nguy cơ rỗ
Axit	10-20	20-40 °C (68-104 °F)	Nghèo	Không khuyến khích
Kiềm	5-10	20-60 °C (68-140 °F)	Hội chợ	Sức đề kháng vừa phải

Thép 4350 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 được khuyến khích sử dụng trong điều kiện axit. So với các loại thép như 4140 và 4340 có khả năng chống ăn mòn tốt hơn do hàm lượng crom cao hơn, thép 4350 có thể cần lớp phủ bảo vệ hoặc xử lý trong môi trường ăn mòn.

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 đóng băng	600 °C	1.112 °F	Nguy cơ oxy hóa vượt quá nhiệt độ này
Cân nhắc về sức bền kéo dài bắt đầu từ khoảng	450 °C	842 °F	Quan trọng cho các ứng dụng dài hạn

Ở nhiệt độ cao, thép 4350 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 trong động cơ và tua-bin, nơi mà tính 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	ER80S-Ni	Argon + CO2	Nên làm nóng trước
TIG	ER80S-Ni	Khí Argon	Yêu cầu xử lý nhiệt sau khi hàn
Dán	E80S-Ni	-	Thích hợp cho các phần dày hơn

Khả năng hàn của thép 4350 ở mức trung bình; thường cần phải gia nhiệt trước để tránh nứt. Xử lý nhiệt sau khi hàn có thể giúp giảm ứng suất và cải thiện độ dẻo dai ở vùng hàn.

Khả năng gia công

Thông số gia công	Thép 4350	AISI 1212	Ghi chú/Mẹo
Chỉ số khả năng gia công tương đối	60%	100%	4350 khó gia công hơn
Tốc độ cắt điển hình (Tiện)	20-30 m/phút	40-50 m/phút	Sử dụng dụng cụ cacbua để có kết quả tốt nhất

Khả năng gia công của thép 4350 thấp hơn so với thép gia công tự do như AISI 1212. Tốc độ cắt và dụng cụ tối ưu là rất cần thiết để đạt được độ hoàn thiện bề mặt và dung sai mong muốn.

Khả năng định hình

Thép 4350 có khả năng định hình ở mức trung bình. Có thể định hình nguội, nhưng phải cẩn thận để tránh làm cứng khi gia công. Có thể định hình nóng ở nhiệt độ cao, cho phép định hình tốt hơn mà không ảnh hưởng đến tính toàn vẹn của vật liệu.

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 - 700 °C / 1.112 - 1.292 °F	1-2 giờ	Không khí	Làm mềm, cải thiện độ dẻo
Làm nguội	800 - 850 °C / 1.472 - 1.562 °F	30 phút	Dầu/Nước	Làm cứng, tăng cường độ
Làm nguội	400 - 600 °C / 752 - 1.112 °F	1 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 và tính chất của thép 4350. Làm nguội làm tăng độ cứng, trong khi ram giúp giảm độ giòn, giúp thép phù hợp hơn cho các ứng dụng động.

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 (Tóm tắt)
Ô tô	Bánh răng	Độ bền cao, độ dẻo dai	Yêu cầu đối với các thành phần chịu tải
Hàng không vũ trụ	Linh kiện máy bay	Tỷ lệ sức mạnh trên trọng lượng cao	Quan trọng đối với hiệu suất và sự an toàn
Dầu khí	Mũi khoan	Khả năng chống mài mòn, độ bền	Cần thiết cho môi trường khắc nghiệt
Máy móc hạng nặng	Trục	Khả năng chống mỏi, sức mạnh	Cần thiết cho độ bền khi chịu tải

Các ứng dụng khác bao gồm:

• • Các thành phần cấu trúc trong máy móc hạng nặng
• • Chốt chịu ứng suất cao
• • Dụng cụ và khuôn mẫu

Việc lựa chọn thép 4350 trong các ứng dụng này được thúc đẩy bởi khả năng chịu tải trọng cao và chống mài mòn, khiến nó trở thành sự lựa chọn ưu tiên trong các môi trường khắc nghiệt.

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

Tính năng/Thuộc tính	Thép 4350	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	Sức mạnh vừa phải	Độ bền cao	4340 cung cấp độ bền tốt hơn
Góc nhìn ăn mòn chính	Sức đề kháng công bằng	Sức đề kháng tốt	Sức đề kháng công bằng	4140 có khả năng chống ăn mòn tốt hơn
Khả năng hàn	Vừa phải	Tốt	Vừa phải	4140 dễ hàn hơn
Khả năng gia công	Vừa phải	Tốt	Vừa phải	4140 dễ gia công hơn
Khả năng định hình	Vừa phải	Tốt	Vừa phải	4140 cung cấp khả năng định hình tốt hơn
Chi phí tương đối xấp xỉ	Cao hơn	Vừa phải	Cao hơn	4140 thường tiết kiệm chi phí hơn
Khả năng cung cấp điển hình	Vừa phải	Cao	Cao	4140 có sẵn rộng rãi

Khi lựa chọn thép 4350, cần cân nhắc đến hiệu quả về chi phí, tính khả dụng và các đặc tính cơ học cụ thể cần thiết cho ứng dụng. Mặc dù có hiệu suất tuyệt vời, các lựa chọn thay thế như AISI 4140 có thể có khả năng chống ăn mòn và khả năng gia công tốt hơn, khiến chúng phù hợp với các ứng dụng khác nhau.

Tóm lại, thép 4350 là thép hợp kim cacbon trung bình đa năng, vượt trội trong các ứng dụng đòi hỏi độ bền và độ dẻo dai cao. Các đặc tính độc đáo của nó, kết hợp với việc cân nhắc kỹ lưỡng các kỹ thuật chế tạo và các yếu tố môi trường, khiến nó trở thành vật liệu có giá trị trong nhiều ngành công nghiệp khác nhau.