Každý, kto sa zaoberá mechanickým dizajnom, určite pozná označenie „40Cr“. Keď je tento materiál špecifikovaný na pláne, dizajnér si je vo všeobecnosti istý výberom: ponúka dostatočnú pevnosť, dobrú húževnatosť a dobre reaguje na tepelné spracovanie.
Oceľ 40Cr – kov Dongguan Tongyi
Zamysleli ste sa však niekedy nad tým,-prečo sa vzhľadom na obrovské množstvo druhov ocele dostupných na trhu{1}} stal práve 40Cr najpoužívanejším?
Dnes sa pozrime na to, čo presne robí 40Cr tak výnimočným.
I. Čo je to vlastne 40Cr?
Úplná klasifikácia pre 40Cr je "legovaná konštrukčná oceľ." Ako už názov napovedá, nejde o obyčajnú uhlíkovú oceľ; obsahuje pridané legujúce prvky.
Chemické zloženie 40Cr sa vo všeobecnosti kontroluje takto: obsah uhlíka medzi 0,37 % a 0,44 % a obsah chrómu medzi 0,80 % a 1,10 %. Karbón zaisťuje pevnosť, zatiaľ čo chróm zlepšuje vytvrditeľnosť.
40Cr – Shanghai Shiheng Alloy (Group) Co., Ltd.
Skutočná hodnota 40Cr však nespočíva len v obsahu chrómu, ale aj v tom, že po správnom tepelnom spracovaní dosahuje vynikajúcu rovnováhu pevnosti, húževnatosti a odolnosti proti opotrebeniu.
Zjednodušene povedané: je to ťažké, keď to musí byť tvrdé, a tvrdé, keď to musí byť tvrdé,-všetko-všetko bez slabých stránok.
II. Štyri hlavné výhody-každá predstavuje vynikajúcu funkciu
40Cr je tak široko používaný predovšetkým kvôli nasledujúcim štyrom schopnostiam:
Po prvé, vysoká pevnosť. Po kalení a popúšťaní môže 40Cr dosiahnuť pevnosť v ťahu presahujúcu 980 MPa a medzu klzu presahujúcu 785 MPa. Táto úroveň pevnosti je viac než dostatočná na zvládnutie-požiadaviek na nosnosť väčšiny mechanických komponentov.
Obrázok
Po druhé, dobrá húževnatosť. Samotná tvrdosť nestačí; materiál musí odolať aj nárazom. Po kalení a temperovaní vykazuje 40Cr absorpciu nárazovej energie viac ako 47 Joulov a zmenšenie plochy o viac ako 45 %. Vďaka pevnosti a húževnatosti je odolný voči krehkému lomu.
Po tretie, vynikajúca odolnosť proti opotrebovaniu. Dokonca aj v ochladenom a temperovanom stave vykazuje 40Cr značnú odolnosť proti opotrebovaniu. Ak špecifické pracovné povrchy-ako sú čapy hriadeľa, drážky alebo zuby ozubených kolies-vyžadujú vyššiu tvrdosť povrchu, po počiatočnom tepelnom spracovaní možno vykonať indukčné kalenie, čím sa dosiahne povrchová tvrdosť 48 až 55 HRC. Po štvrté, má dobrú kaliteľnosť. V porovnaní so štandardnými oceľami triedy 40 alebo 45 vykazuje 40Cr výrazne zlepšenú prekaliteľnosť vďaka prídavku chrómu. Kalenie do oleja môže vytvrdiť časti s priemerom 15–40 mm, zatiaľ čo kalenie vodou môže vytvrdiť časti s priemerom 28–60 mm. To uľahčuje dosiahnutie jednotných vlastností u stredne veľkých{18}}dielov.
III. Kľúčom je tepelné spracovanie, nielen samotný materiál
Mnoho ľudí predpokladá, že 40Cr je pripravený na použitie ihneď po zakúpení; v skutočnosti je väčšina jeho výkonnostných charakteristík odvodená od procesu tepelného spracovania.
Klasickou metódou tepelného spracovania pre 40Cr je „kalenie a popúšťanie“ (Q&T).
Štandardne odporúčaný proces zahŕňa kalenie oleja pri 850 stupňoch s následným temperovaním pri 520 stupňoch. Samozrejme, v skutočnej výrobe by sa úpravy mali robiť na základe rozmerov dielov a dostupného vybavenia.
Akú mikroštruktúru získa 40Cr po kalení a temperovaní? Temperovaný sorbit. Táto mikroštruktúra sa vyznačuje kombináciou vysokej pevnosti a húževnatosti.
IV. Kde sa používa?
40Cr má širokú škálu aplikácií.
Komponenty hriadeľov sú jeho primárnou doménou-Hnacie hriadele, vretená, drážkované hriadele a kľukové hriadele, všetky často využívajú 40Cr.
Bežne sa používa aj pre komponenty prevodoviek, ako sú ozubené kolesá, šneky a ozubené kolesá.
Okrem toho sa používa na diely vystavené komplexnému namáhaniu, ako sú ojnice, čapy a čapy riadenia.
Ak súčiastka potrebuje vydržať mierne{0}}až{1}}vysoké zaťaženie, má primerane veľký prierez-a vyžaduje vyváženosť komplexných mechanických vlastností, vo všeobecnosti je najlepšou voľbou 40Cr.
V. Úskalia, ktorým sa treba vyhnúť pri používaní 40Cr
Zatiaľ čo 40Cr je vynikajúci materiál, nemožno ho používať bez rozdielu. Počas fázy návrhu majte na pamäti nasledujúce body:
Po prvé, tepelné spracovanie je nevyhnutné. 40Cr sa najčastejšie používa v ochladenom a temperovanom stave. Ak je materiál opracovaný a uvedený do prevádzky bez tepelného spracovania, jeho výhody v pevnosti a húževnatosti sa nedajú realizovať. Požiadavky na tepelné spracovanie a rozsahy tvrdosti musia byť jasne špecifikované na technických výkresoch.
Po druhé, vyhýbajte sa zváraniu. 40Cr má relatívne slabú zvárateľnosť. Vďaka vysokému obsahu uhlíka sú zvarový šev a tepelne-ovplyvnená zóna náchylné na praskanie za studena. Ak je zváranie absolútne nevyhnutné, materiál sa musí predhriať na 200 – 300 stupňov, musia sa použiť nízko-vodíkové elektródy a po-zváraní-vyžaduje sa odstránenie vodíka-, čím sa proces stáva zložitým a riskantným. Najlepšie je vyhnúť sa zváraným konštrukciám, ak je to možné.
Po tretie, buďte opatrní pri veľkých-prierezových{1}}častiach. 40Cr má síce lepšiu prekaliteľnosť ako bežná uhlíková oceľ, ale nie je neobmedzená. Ak je prierez dielu- príliš veľký, jadro nemusí úplne vytvrdnúť, čo má za následok nerovnomerné vlastnosti. V takýchto prípadoch zvážte materiály s vyššou kaliteľnosťou, ako je 35CrMo alebo 42CrMo.
Po štvrté, uistite sa, že špecifikácie výkresu sú štandardizované. Jednoduché označenie dielu „40Cr“ je nedostatočné. Vo všeobecnosti by mala špecifikácia pre kalené a temperované časti znieť:
Kalené a temperované; tvrdosť 28–32 HRC.
Ak sa vyžaduje lokálna odolnosť proti opotrebovaniu, špecifikujte:
Kalené a temperované; tvrdosť 28–32 HRC; indukčné kalenie v uvedenej oblasti; povrchová tvrdosť 48–55 HRC; efektívna hĺbka vytvrdenej vrstvy 2–3 mm.
VI. Ako si teda vybrať?
Tu je názorná analógia: oceľ 45 je „základný model“, 40Cr je „komfortný model“ a 42CrMo je „vysoko-špecifikovaný model“.
Pre diely s malými prierezmi-a ľahkým zaťažením stačí oceľ 45. Pre stredné-rezy a štandardné zaťaženie ponúka 40Cr najlepší pomer ceny-výkonu. Pre veľké prierezy-a náročné prevádzkové podmienky je 42CrMo tou správnou voľbou.
Dôvod, prečo sa 40Cr stal obľúbeným- materiálom v mechanickom dizajne, sa scvrkáva na jednu vec: vyvážený výkon, nízke náklady a vyspelú technológiu spracovania.
Nemusí byť úplne najlepší v žiadnej jednotlivej metrike, ale nemá žiadne zjavné slabiny týkajúce sa pevnosti, húževnatosti, odolnosti proti opotrebovaniu alebo kaliteľnosti. Pre inžiniera ponúka -dobre zaoblený materiál, ako je tento, ten najväčší pokoj.
