Stal stopowa 41Cr4 1.7035
41Cr4 jest średniowęglową stalą konstrukcyjną chromową przeznaczoną przede wszystkim do hartowania i odpuszczania. Charakteryzuje się dobrą hartownością, wysoką wytrzymałością i możliwością uzyskania stosunkowo wysokiej twardości. Stosuje się ją przede wszystkim na wały, osie, sworznie, koła zębate, wrzeciona, elementy przekładni oraz inne części maszyn poddawane znacznym obciążeniom mechanicznym i zmiennym. W porównaniu z 25CrMo4 zawiera znacznie więcej węgla, dlatego może osiągać wyższą twardość po hartowaniu, ale jednocześnie ma gorszą spawalność i mniejszą ciągliwość.
Oznaczenia
Ta sama stal pod nazwami, których używa się w różnych normach i krajach. Wpisanie dowolnej z nich w wyszukiwarce prowadzi na tę stronę.
| System | Oznaczenie |
|---|---|
| Werkstoff-NrNumer materiałowy — tak stal opisują huty i dostawcy w Europie. | 1.7035 |
| ENOznaczenie normy europejskiej, budowane ze składu chemicznego. | 41Cr4 |
| DINStarsze oznaczenie niemieckie, wciąż spotykane w dokumentacji. | 41Cr4 |
| PNOznaczenie polskie — to zwykle jest na rysunku i w rozmowie na hali. | 40H |
| AISIOznaczenie amerykańskie, częste w katalogach narzędzi i literaturze. | 5140≈ odpowiednik przybliżony |
| Nazwa handlowaJak stal nazywa się w praktyce warsztatowej i w sklepie. | 41Cr4 40H |
≈ Zbliżony gatunek, nie ten sam. Do zamiany w produkcji wymaga sprawdzenia w karcie materiałowej.
Właściwości
| Właściwość | Symbol | Wartość | Źródło |
|---|---|---|---|
| Gęstość | ρ | 7850 kg/m³ | 10083-3 |
| Granica plastyczności | Re | 800 MPa | 10083-3 |
| Wytrzymałość na rozciąganie | Rm | 800 MPa | 10083-3 |
| Moduł Younga | E | 210 GPa | 10083-3 |
| Liczba Poissona | ν | 0,3 | 10083-3 |
| Twardość Brinella | HB | 180–240 HB | 10083-3 |
| Rozszerzalność cieplna | α | 11,1–11,3 10⁻⁶/K | 10083-3 |
| Przewodność cieplna | λ | 40–46 W/(m·K) | 10083-3 |
| Ciepło właściwe | c | 460–480 J/(kg·K) | 10083-3 |
| Temperatura topnienia | Tm | 1420–1460 °C | 10083-3 |
| Rezystywność | ϱ | 0,171 µΩ·m | 10083-3 |
Wartości nominalne z podanych norm. Do obliczeń wytrzymałościowych używaj atestu materiałowego od dostawcy.
Skład chemiczny
Zakresy dopuszczone przez normę, w procentach masowych. Rzeczywisty skład wytopu podaje atest hutniczy.
- Pierwiastek — Zawartość
- C
- 0,38–0,45 %
- Si
- 0,10–0,40 %
- Mn
- 0,60–0,90 %
- P
- maks. 0,035 %
- S
- maks. 0,035 %
- Cr
- 0,90–1,20 %
- Fe
- 69,21–97,94 %
Obróbka cieplna
Temperatury podane w stopniach Celsjusza. Ośrodek chłodzący i twardość po zabiegu tak, jak podaje karta materiałowa. Ten sam zabieg może wystąpić kilka razy — np. hartowanie w wodzie i w oleju dają różną twardość.
| Zabieg | Temperatura | Ośrodek | Twardość |
|---|---|---|---|
| WalcowanieZakres temperatur walcowania na gorąco. Poniżej dolnej granicy stal przestaje płynąć i zaczyna pękać. | 850–1100 °C | kontrolowane chłodzenie | — |
| KucieZakres temperatur kucia — zwykle najszerszy z wszystkich. Kucie poniżej dolnej granicy rozrywa materiał, powyżej górnej przepala go. | 850–1100 °C | powolne/kontrolowane | — |
| NormalizowaniePo kuciu albo walcowaniu: rozdrabnia ziarno, które obróbka na gorąco pozostawiła, i ujednolica strukturę przed hartowaniem. | 840–880 °C | powietrze | 190–220 HB |
| Wyżarzanie zmiękczająceStan dostawy i stan, w którym stal się obrabia. Twardość podana jako górna granica. | 680–720 °C | piec / powolne chłodzenie | — |
| Wyżarzanie odprężającePo obróbce zgrubnej, przed wykańczającą — zdejmuje naprężenia, które inaczej wyjdą przy hartowaniu. | 550–650 °C | piec / powietrze | — |
| HartowanieTemperatura austenityzowania i ośrodek chłodzący. | 820–860 °C | olej lub woda | 55–60 HRC |
| Odpuszczanie niskieOkoło 150–250 °C. Zdejmuje naprężenia hartownicze i kruchość, zostawiając twardość prawie nietkniętą — stan narzędzi skrawających. | 150–300 °C | powietrze | 51–55 HRC |
| Odpuszczanie wysokieOkoło 500–650 °C. Oddaje twardość za udarność — ulepszanie cieplne części maszyn, nie narzędzi skrawających. | 540–680 °C | powietrze | 22–40 HRC |
| Twardość roboczaTwardość gotowego narzędzia — to ona decyduje, jak długo trzyma krawędź. | — | — | 25–40 HRC |
Wartości nominalne z podanych norm. Do obliczeń wytrzymałościowych używaj atestu materiałowego od dostawcy.
Kalkulatory dla tego materiału
Gęstość tego materiału zostanie wczytana automatycznie po przejściu do kalkulatora.
Zastosowania
Wały i osie
wały napędowe, wały przekładni, osie, czopy, wałki, wrzeciona, wały pomp, wały maszyn przemysłowych
Przekładnie
koła zębate, wałki zębate, elementy przekładni, piasty, wielowypusty, elementy sprzęgieł
Elementy mechanizmów
sworznie, trzpienie, tuleje, rolki, krzywki, dźwignie, elementy mechanizmów przenoszenia ruchu
Motoryzacja
elementy układów napędowych, osie, wały, elementy przekładni, sworznie, części mechanizmów zawieszenia
Maszyny przemysłowe
części przekładni, wały, wrzeciona, elementy pomp, części maszyn pracujące pod obciążeniem zmiennym, elementy wymagające podwyższonej odporności na zużycie
Spawalność
41Cr4 ma ograniczoną spawalność.
Główną przyczyną jest stosunkowo wysoka zawartość węgla oraz obecność chromu. Podczas szybkiego chłodzenia po spawaniu może powstawać twarda struktura martenzytyczna w strefie wpływu ciepła.
Może to prowadzić do:
pęknięć zimnych, wzrostu twardości SWC, powstawania naprężeń własnych, lokalnego spadku ciągliwości, pogorszenia właściwości zmęczeniowych.
W przypadku spawania większych elementów należy stosować odpowiednio opracowaną technologię spawania, w tym w razie potrzeby podgrzewanie wstępne i kontrolę temperatury międzyściegowej.
Elementy wcześniej ulepszone cieplnie są szczególnie trudne do spawania, ponieważ cykl cieplny może lokalnie zmienić ich strukturę i właściwości.
Obróbka skrawaniem
W stanie zmiękczonym lub wyżarzonym 41Cr4 ma dobrą skrawalność.
Możliwe są typowe operacje:
toczenie, frezowanie, wiercenie, rozwiercanie, gwintowanie, wytaczanie, szlifowanie.
W stanie ulepszonym cieplnie skrawalność zależy przede wszystkim od uzyskanej twardości.
Przy większych twardościach stosuje się:
węgliki spiekane, odpowiednie płytki do obróbki stali ulepszonych cieplnie, szlifowanie, przy bardzo wysokiej twardości – narzędzia CBN.
Podczas obróbki istotne jest ograniczenie drgań i zapewnienie sztywnego zamocowania, szczególnie przy obróbce wałów, pierścieni i elementów o dużej smukłości.
Obróbka cieplna
41Cr4 jest przeznaczona przede wszystkim do hartowania i odpuszczania.
Hartowanie
Typowa temperatura austenityzowania:
około 820–860°C
Po wygrzaniu element najczęściej chłodzi się w:
oleju, w określonych przypadkach w innym odpowiednio dobranym medium.
Po hartowaniu uzyskuje się strukturę martenzytyczną o wysokiej twardości.
Szybkość chłodzenia należy dobrać do przekroju elementu, ponieważ zbyt gwałtowne chłodzenie może zwiększać ryzyko odkształceń i pęknięć.
Odpuszczanie
Po hartowaniu należy przeprowadzić odpuszczanie.
W zależności od wymaganych właściwości stosuje się różne temperatury. Dla ulepszania cieplnego często stosuje się wysokie odpuszczanie w zakresie około 500–650°C.
Niższa temperatura odpuszczania:
zapewnia większą twardość, zwiększa odporność na zużycie, zmniejsza ciągliwość.
Wyższa temperatura odpuszczania:
zmniejsza twardość, zwiększa ciągliwość, poprawia udarność, zmniejsza naprężenia własne. Hartowanie powierzchniowe
41Cr4 bardzo dobrze nadaje się do hartowania powierzchniowego.
Możliwe jest stosowanie m.in.:
hartowania indukcyjnego, hartowania płomieniowego.
Pozwala to uzyskać twardą warstwę powierzchniową przy zachowaniu bardziej ciągliwego rdzenia.
Jest to szczególnie korzystne dla:
wałów, czopów, kół zębatych, rolek, krzywek, elementów prowadzących.
W przypadku hartowania indukcyjnego temperatura nagrzewania jest dobierana zależnie od zastosowanej technologii, częstotliwości oraz wymaganej głębokości warstwy.
Obróbka plastyczna
41Cr4 może być obrabiana plastycznie przede wszystkim na gorąco.
Typowe procesy:
kucie, walcowanie, prasowanie, spęczanie.
Orientacyjny zakres temperatur obróbki plastycznej na gorąco:
około 850–1150°C
Dokładny zakres należy dostosować do procesu technologicznego i wymiarów materiału.
Należy unikać:
przegrzewania, zbyt intensywnego odkształcania w zbyt niskiej temperaturze, pozostawienia materiału w niekorzystnym zakresie temperatur przez zbyt długi czas.
Obróbka plastyczna na zimno jest ograniczona ze względu na stosunkowo wysoką zawartość węgla.
Azotowanie
41Cr4 może być azotowana, ale nie jest stalą specjalnie przeznaczoną do azotowania.
Azotowanie może zwiększyć:
twardość powierzchni, odporność na zużycie, odporność na zacieranie.
Jednak w porównaniu ze stalami zawierającymi specjalne dodatki azotkotwórcze, np. Al, V, Cr w odpowiednich ilościach, uzyskanie bardzo wysokiej twardości i korzystnej warstwy azotowanej może być mniej efektywne.
Jeżeli azotowanie jest głównym wymaganiem konstrukcyjnym, warto rozważyć stal specjalnie przeznaczoną do tego procesu, np. 31CrMoV9.
Typowy zakres temperatur procesu:
około 500–550°C
Przed azotowaniem materiał powinien być odpowiednio przygotowany, zazwyczaj poprzez wcześniejsze ulepszanie cieplne.
Nawęglanie
41Cr4 nie jest typową stalą do nawęglania.
Zawartość węgla około 0,4% jest zbyt wysoka, aby materiał był optymalnym wyborem dla klasycznego procesu cementowania, którego celem jest uzyskanie:
bardzo twardej warstwy powierzchniowej + ciągliwego rdzenia.
Do takich zastosowań lepiej wykorzystać stale przeznaczone specjalnie do nawęglania, np.:
16MnCr5, 20MnCr5, 18CrNiMo7-6.
41Cr4 jest znacznie częściej stosowana jako stal do ulepszania cieplnego lub hartowania powierzchniowego.