40Cr هو فولاذ إنشائي متوسط الكربون من سبائك الكروم مخصص على نطاق واسع للأجزاء التي تتطلب توازنًا بين القوة والصلابة ومقاومة التآكل بعد التبريد والتلطيف. يعتبر عادةً مكافئًا ل DIN 41Cr4 / W. Nr. 1.7035 و AISI / SAE 5140 في العديد من سلاسل التوريد، وعندما تتم معالجته حراريًا بشكل صحيح فإنه يحقق صلابة جيدة (عادةً ما بين 28-36 HRC بعد Q + T للأقسام الشائعة) وأداء إجهاد موثوق به للأعمدة والتروس ومكونات التوصيل. استخدم 40Cr عند الحاجة إلى سبائك معتدلة بالإضافة إلى الصلابة واتبع إرشادات EN/DIN أو ASTM لمعايير القبول الميكانيكية وجداول المعالجة الحرارية.
ما هو 40Cr؟
فولاذ 40Cr عبارة عن فولاذ من سبائك الكروم متوسط الكربون من عائلة GB الصينية تم تصميمه للتبريد والتلطيف. وهو يجمع بين المحتوى المعتدل من الكربون والكروم لزيادة الصلابة ومقاومة التآكل مع الحفاظ على التكلفة وقابلية التشغيل الآلي المعقولة. تُستخدم هذه الرتبة في المكونات الهيكلية متوسطة التحمل التي تتم معالجتها حراريًا فيما بعد للحصول على توازن متحكم فيه بين القوة والمتانة، مثل الأعمدة والمحاور والوصلات والتروس والدبابيس الثقيلة. في الممارسة الدولية، عادةً ما تتم الإحالة المرجعية للدرجة إلى 41Cr4 (DIN/W. Nr. 1.7035) وإلى SAE/AISI 5140، على الرغم من أن الكيمياء والتفاوتات المسموح بها يمكن أن تختلف قليلاً بين المعايير؛ تحقق دائمًا من شهادة المطحنة الموردة للتعرف على التركيب الدقيق ونتائج الاختبارات الميكانيكية.
التركيب الكيميائي والبنية المجهرية
فيما يلي جدول مكثف وعملي للتركيب الكيميائي يوضح النطاقات النموذجية المستخدمة في 40Cr (GB) مع تخطيط مباشر ل DIN 41Cr4 / 1.7035 ونظيره الشائع SAE. هذه النطاقات هي الإرشادات العملية التي تستخدمها المصانع ودور المعالجة الحرارية. تحقق دائمًا من شهادة المطحنة (تقرير اختبار المطحنة) للدفعة الفعلية المسلمة.
الجدول 1: التركيب الكيميائي النموذجي (النسبة المئوية الكتلية)
| العنصر | 40Cr نموذجي 40Cr (GB/T) | نموذجي DIN 41Cr4 / 1.7035 | نموذجي SAE/AISI 5140 (تقريبًا) |
|---|---|---|---|
| C | 0.36 - 0.44 | 0.37 - 0.44 | 0.38 - 0.43 |
| سي | 0.17 - 0.37 | 0.20 - 0.40 | 0.15 - 0.35 |
| من | 0.50 - 0.80 | 0.60 - 0.90 | 0.60 - 0.80 |
| كر | 0.80 - 1.10 | 0.95 - 1.20 | 0.80 - 1.10 |
| ع (الحد الأقصى) | ≤ 0.035 | ≤ 0.035 | ≤ 0.035 |
| ق (كحد أقصى) | ≤ 0.035 | ≤ 0.035 | ≤ 0.040 |
| مو، ني (أثر) | غائبة عادةً أو ≤ 0.03 | غائب عادةً | مستويات التتبع في بعض المتغيرات |
ملاحظات البنية المجهرية: في الحالة الطبيعية أو المروية والمخففة، تكون البنية المجهرية المثالية للكروم 40Cr في الحالة الطبيعية أو المروية والمخففة هي المارتينسيت المقسى (أو البينيت في المقاطع السميكة)، مع كربيدات موزعة بشكل موحد. يعزز الكروم الصلابة ويحسّن توزيع الكربيدات، مما يحسّن مقاومة التآكل وعمر التعب.
الخواص الميكانيكية والأداء
تعتمد الخواص الميكانيكية بشدة على المعالجة الحرارية. يقدم الجدول أدناه أهداف الخواص النموذجية للظروف الشائعة المستخدمة في التصميم الهندسي. هذه القيم هي نطاقات نموذجية توضيحية يستخدمها المصممون والمعالجون الحراريون. بالنسبة للأعمال التعاقدية استخدم الأرقام الدقيقة من مواصفات الشراء المعمول بها وتقرير اختبار المواد.
الجدول 2: الخواص الميكانيكية النموذجية (قيم تمثيلية)
| الحالة | قوة الشد، ميجا باسكال (Rm) | مقاومة الخضوع، ميجا باسكال (Rp0.2) | الاستطالة A%, | الصلابة (HB/HRC) |
|---|---|---|---|---|
| عادي (تقريبًا) | 650 - 800 | 380 - 520 | 12 - 18 | 180 - 230 HB 180 - 230 HB |
| مروي (زيتي) ومخفف (معتدل) | 900 - 1200 | 700 - 1000 | 10 - 16 | 28 - 36 هـ ر م (≈290-350 هـ ب) |
| مروي ومخفف (مزاج أعلى) | 700 - 900 | 500 - 700 | 12 - 18 | 20 - 28 HRC |
عند مقارنته بالدرجات الغربية الشائعة مثل AISI 4140، يُظهر 40Cr أداءً مشابهًا بشكل عام بمجرد التحكم في المعالجة الحرارية. وتعني الاختلافات في تفاوتات السبائك والعناصر النزرة والمعالجة أن تحديد متطلبات الصلابة والمتانة والإجهاد المطلوبة بشكل صريح في مستندات الشراء هو أفضل ممارسة.
المعالجة الحرارية: الجداول الزمنية العملية والتأثيرات
40Cr مخصص للتبريد والتبريد. يتم التحكم في الصلابة والصلابة من خلال مزيج من درجة حرارة التصلب ووسط التبريد ودرجة حرارة/وقت التبريد.
الجدول 3 - نوافذ المعالجة الحرارية النموذجية والصلابة الناتجة (إرشادات عملية)
| العملية | درجة الحرارة (درجة مئوية) | الإرواء | الصلابة النموذجية الناتجة (تقريبًا) |
|---|---|---|---|
| التطبيع | 840 - 880 | تبريد الهواء | 190 - 230 HB 190 - 230 HB |
| أوستنيتيز (س) | 830 - 860 | يفضل التبريد بالزيت | مسحوق كما هو مسنود ~ 55 HRC (سطحي) |
| تقسية منخفضة (قوة عالية) | 150 - 250 | - | ~52-55 HRC (إذا كانت درجة حرارته منخفضة) |
| وسيط التقسية | 300 - 450 | - | ~42-50 درجة حرارة عالية الحرارة |
| صلابة عالية (صلابة جيدة) | 500 - 650 | - | ~20-35 HRC حسب درجة الحرارة |
توصيات عملية
-
بالنسبة للأعمدة والأجزاء المتوسطة والأجزاء التي تتطلب ~ 30-36 HRC، فإن الوصفة الشائعة هي التصلب عند 830-850 درجة مئوية، ثم التبريد بالزيت، ثم التبريد عند 500-550 درجة مئوية لمدة ساعة إلى ساعتين (ضبط الوقت حسب حجم الجزء).
-
بالنسبة للأجزاء التي تحتاج إلى صلابة أعلى مع قوة أقل، استخدم التقسية عند درجات حرارة أعلى (550-650 درجة مئوية) للحصول على درجة حرارة تتراوح بين 20-30 HRC تقريبًا.
-
بالنسبة للأجزاء الرقيقة أو الأشكال المعقدة، يلزم توخي الحذر لتجنب التشقق الناتج عن التبريد المتدرج والتحكم في سُمك المقطع من الوسائل الشائعة لتخفيف الآثار.
الصلابة وحجم المقطع: يزيد الكروم من الصلابة. يمكن إخماد قضبان ومطروقات 40Cr النموذجية بنجاح حتى أقطار معتدلة دون فقدان تماثل الخواص الميكانيكية. بالنسبة للمقاطع الكبيرة جدًا، ضع في اعتبارك التصلب المسبق أو التصلب بالحث أو تحديد درجات سبائك أعلى (على سبيل المثال 42CrMo4) إذا كان التصلب العابر مطلوبًا.
المعادلات والإحالة المرجعية الدولية
40Cr هي تسمية إقليمية. عادةً ما يتم ذكر المعادلات أدناه في جداول الإسناد التبادلي التي تستخدمها المصانع وموردي المواد. ضع في اعتبارك أن المعادلة تقريبية ويجب أن يعتمد القبول على الخواص الكيميائية والميكانيكية في العقد.
الجدول 4 - المعادلات التقريبية
| الصين GB | DIN / W. Nr. | EN | معيار AISI/SAE/STM | JIS |
|---|---|---|---|---|
| 40Cr | 41Cr4 | 1.7035 (عائلة EN 10083) | 5140 (تقريباً) | SCR440 |
الملاحظات: يدرج العديد من الموردين 40Cr = 41Cr4 = 5140 في كتالوجاتهم. قد يظهر متغير EN كـ 41Cr4 أو تحت شروط التسليم الفنية EN 10083-3. تحقق من التفاوتات المسموح بها لـ C، والكروم والمنغنيز - تؤثر الاختلافات الصغيرة على استجابة المعالجة الحرارية.
مقارنة: 40Cr 40 مقابل 4140 مقابل 42CrMo4
-
40Cr مقابل AISI/SAE 5140 / 4140: إن 40Cr و5140/4140 متقاربان في محتوى الكربون والكروم؛ وعادةً ما يحتوي 4140 على الموليبدينوم ومستويات مختلفة قليلاً من Mn/Si حسب المواصفات مما يزيد من الصلابة والقوة في درجات الحرارة العالية. بالنسبة للكثير من الأجزاء الميكانيكية يمكن استبدال 40Cr و5140 إذا وافق المشتري على الكيمياء والضمانات الميكانيكية. إذا كان الاستخدام ينطوي على إجهاد عالٍ أو تعرض لدرجات حرارة مرتفعة، يفضل استخدام 4140 أو 42CrMo4 للحصول على توازن أفضل للسبائك.
-
40Cr 40 مقابل 42CrMo4: يحتوي 42CrMo4 على الموليبدينوم وتوازن سبيكة مختلف قليلاً؛ فهو يوفر صلابة وصلابة فائقة في المقاطع الكبيرة ومقاومة أعلى للتقسية. استخدم 42CrMo4 عندما تكون هناك حاجة إلى قوة أساسية أعلى في المقاطع السميكة أو مقاومة أفضل للصدمات.
نصيحة تصميم: حدد الصلابة/الصلابة المطلوبة بعد المعالجة الحرارية والحدود الميكانيكية المطلوبة في طلب الشراء بدلاً من تسمية درجة مكافئة فقط. وهذا يقلل من المخاطر عند استخدام الموردين لمواد كيميائية مختلفة قليلاً.
قابلية التصنيع واللحام والمعالجات السطحية
قابلية التشغيل الآلي:
في حالة التطبيع، يتم تصنيع 40Cr بشكل جيد بالنسبة لسبيكة متوسطة الكربون. تقل قابلية التصنيع بعد التبريد والتلطيف إلى صلابة أعلى. للتشغيل الآلي الثقيل، قم بالتطبيع أو استخدم التلدين الوسيط قبل القطع بكميات كبيرة. تساعد إدخالات الكربيد والتركيبات الصلبة عند القطع في ظروف قوة أعلى.
اللحام:
يتطلب لحام 40Cr 40 التسخين المسبق والمعالجة الحرارية بعد اللحام في كثير من الحالات بسبب محتوى الكربون والصلابة. بالنسبة للتركيبات الصغيرة غير الحرجة، قم بالتسخين المسبق 150-250 درجة مئوية واستخدم درجات حرارة بينية مضبوطة. بالنسبة للتركيبات الملحومة الحرجة للسلامة أو التركيبات الملحومة الكبيرة، قم بتخفيف الإجهاد أو إجراء المعالجة الحرارية البينية PWHT وفقًا لكود اللحام المعمول به. تجنب اللحام عندما يتوقع التصميم خصائص مروية ومخففة موحدة من خلال المنطقة الملحومة ما لم يتم تحديد إجراء اللحام وPWHT.
معالجات السطح:
تشمل التشطيبات الشائعة الكربنة لأسطح التآكل (عند الحاجة إلى علبة صلبة وقلب مطيل)، والتصلب التحريضي للمناطق المحلية، والنترة لتحسين إجهاد السطح ومقاومة التآكل، والتشطيبات الفوسفاتية أو المطلية بالكهرباء للحماية من التآكل أثناء التخزين والتجميع.
الفحص والاختبار ومراقبة الجودة
بالنسبة للمكونات الحرجة، حدد:
-
تقرير اختبار المطحنة (MTR) الذي يوضح كيمياء الدفعة وسجل المعالجة الحرارية.
-
نتائج الاختبارات الميكانيكية في حالة التسليم (الشد، والإخضاع، والاستطالة، والصلابة).
-
قيم صدمة Charpy V-notch عند درجات حرارة محددة عندما تكون الصلابة حرجة.
-
الاختبارات غير المدمرة (الجسيمات المغناطيسية، ويوتا، والتصوير الإشعاعي) للمطروقات أو الأجزاء الحرجة.
-
القبول المعدني للبنية المجهرية وتصنيف التضمين (عند الاقتضاء).
تحدد معايير مثل EN 10083 (الفولاذ للتبريد والتبريد) أو معايير شراء ASTM المحددة معايير القبول للعديد من التطبيقات. استخدمها لتحديد نقاط تعليق الفحص وحدود القبول.
التطبيقات النموذجية والاعتبارات الهندسية
الأجزاء الشائعة المصنعة من 40Cr:
-
أعمدة المحرك، وتروس ناقل الحركة، والوصلات، والمحاور.
-
أجزاء أدوات الماكينات مثل المغازل، والدبابيس، والمسامير، والمغازل.
-
قطع غيار ماكينات البناء - المسامير، والبطانات، والوصلات عالية التآكل.
-
المكونات الميكانيكية العامة التي تتطلب مزيجًا من القوة والصلابة بعد Q+T.
الاعتبارات الهندسية:
-
الإرهاق: إذا كانت الأجزاء عرضة للتحميل الدوري العالي، فحدد حدود الكلال أو اطلب التقشير بالخردق والتحكم في تشطيب السطح لتعزيز العمر الافتراضي.
-
ارتدِ الملابس: بالنسبة للأسطح المنزلقة/المتآكلة، ضع في اعتبارك نهج تقسية السطح الموضعي بدلاً من تقسية المكون بأكمله.
-
تأثيرات الحجم: تتطلب أحجام المقاطع الكبيرة دورات معالجة حرارية معدّلة وربما درجات مختلفة للتصلب الشامل.
-
التآكل: إن 40Cr ليس مقاومًا للصدأ؛ قم بحمايته حيث سيؤدي التآكل إلى تدهور الأداء.
القائمة المرجعية العملية للمشتريات
-
حدد الحالة النهائية المطلوبة: نطاق الصلابة (HRC أو HB)، الشد/المردود، طاقة تشاربي (إذا لزم الأمر).
-
الإصرار على تقرير اختبار المطحنة مع سجلات الكيمياء والمعالجة الحرارية الفعلية.
-
تحديد المعادلات المسموح بها وتحديد ما إذا كانت الانحرافات الصغيرة في الكيمياء مقبولة.
-
تتطلب معايير قبول الفحص غير القابل للكشف عن المعادن (إذا لزم الأمر).
-
تشمل متطلبات التشطيب والمعالجة السطحية والتعبئة.
-
إذا كان اللحام مطلوبًا، حدد إجراء اللحام والمعالجة الحرارية الفائقة PWHT.
مثال على الحالة
يقدم أحد الموردين مجموعة من أعمدة عمود 40Cr للمعدات الزراعية. يتطلب الرسم أن تكون درجة صلابتها 32-36 HRC وشاربي V-notch ≥ 27 J في درجة حرارة الغرفة. يجب أن يطلب المشتري ما يلي: اختبار MTR كامل، وتقارير عينة تشاربي، وخريطة صلابة لعدة أعمدة، وفحص شاهد أو فحص مختبر طرف ثالث لعينة من العينة الأولى. إذا أظهرت البيانات صلابة غير كافية، اطلب التقسية عند درجة حرارة أعلى لتحسين طاقة الصدم على حساب بعض الصلابة.
يتم التعامل مع 40Cr وما يعادله في العديد من المواصفات القياسية الدولية. عند تحديد المواصفات، يرجى الرجوع إلى المواصفة القياسية المطبقة والإصدار/التاريخ.
تشمل المعايير والوثائق المرجعية الرئيسية ما يلي:
-
عائلة EN 10083 (فولاذ التبريد والتبريد) والمتغيرات الوطنية.
-
صحائف بيانات DIN 17200 / 41Cr4 (W. Nr. 1.7035) للإرشاد الميكانيكي والمعالجة الحرارية.
-
أوراق البيانات المنشورة من قبل الموردين مثل MatWeb والمختبرات المعتمدة للبيانات الميكانيكية المقارنة.
-
جداول التكافؤ المنشورة من قبل موردين ومختبرات معادن مرموقة.
بالنسبة للمشتريات أو التصميم النهائي، اذكر دائمًا المعيار الدقيق والمراجعة المستخدمة في العقد.
الأسئلة الشائعة
-
هل 40Cr 40 هو نفسه 5140 أو 4140؟
إنهما متقاربان ولكنهما ليسا متطابقين. 40Cr 40 (GB) عادةً ما تتطابق مع 41Cr4 (DIN 1.7035) وغالباً ما يتم التعامل معها على أنها مماثلة لـ SAE 5140 أو AISI 4140. إن الاختلافات في العناصر النزرة والنطاقات المسموح بها تجعل من الضروري التحقق من MTR والخصائص الميكانيكية قبل التبادل. -
ما الصلابة التي يمكنني توقعها بعد التسقية والتبريد؟
الصلابة النموذجية المروية والمخففة للعديد من أجزاء 40Cr هي 28-36 HRC عند استخدام الوصفات الشائعة. وتعتمد الصلابة النهائية على درجة حرارة الأوستنيت ووسط التسقية وجدول التسقية والتلطيف. -
هل يمكن كربنة 40Cr 40Cr؟
نعم. يستجيب 40Cr بشكل جيد للكربنة الهيكلية متبوعة بالتبريد والتلطيف، مما ينتج سطحًا صلبًا مقاومًا للتآكل مع قلب صلب. يجب اختيار معلمات العملية لتجنب التشويه المفرط. -
هل اللحام جيد على 40Cr؟
يتطلب اللحام عناية. يوصى بالتسخين المسبق والتحكم في درجات الحرارة البينية وقد يكون من الضروري استخدام المعالجة الحرارية البينية PWHT للمكونات الحرجة بسبب الصلابة ومحتوى الكربون. -
متى يجب أن أفضل 42CrMo4 على 40Cr؟
اختر 42CrMo4 عندما تكون هناك حاجة إلى درجة تصلب أعلى في المقاطع الكبيرة، أو صلابة أفضل، أو درجات حرارة خدمة أعلى بسبب محتواه من المونيوم وتوازن السبيكة المحسّن. -
ما الاختبار الذي يجب أن أطلبه عند التسليم؟
يتطلب كحد أدنى إجراء اختبار الشد المتوسط واختبار الشد وقياسات الصلابة وأي اختبار NDT أو اختبار الصدمات المحدد في طلب الشراء. بالنسبة للأجزاء الحرجة يضاف فحص المعادن وأخذ عينات ميكانيكية إضافية. -
كيف يؤثر حجم المقطع على المعالجة الحرارية؟
تحتاج المقاطع الأكبر حجمًا إلى أوقات نقع أطول وقد تتطلب استراتيجيات تبريد مختلفة لتجنب النوى اللينة أو الأوستينيت المحتجزة؛ ضع في اعتبارك التصلب السطحي بالحث إذا كان التصلب السطحي المنتظم مستحيلًا. -
هل 40Cr 40 مناسب للتطبيقات ذات درجات الحرارة العالية؟
رقم 40Cr ليس سبيكة مقاومة للحرارة. بالنسبة للقوة في درجات الحرارة المرتفعة ضع في اعتبارك سبائك الفولاذ المصممة خصيصًا للخدمة في درجات الحرارة. -
ما هي التشطيبات التي يتم تطبيقها عادةً على 40Cr؟
الكربنة، والنترة، والتصلب بالحث، والطلاء بالفوسفات للحماية من التآكل أثناء التخزين، والطلاء حيثما تكون الحماية من التآكل ضرورية. -
كيف نضمن اتساق جودة الموردين؟
استخدم موردين معتمدين، وحدد المعايير والاختبارات، واشترط إجراء اختبارات متوسطة الأجل قابلة للتتبع، وفكر في إجراء عمليات تدقيق دورية من طرف ثالث لعمليات المعالجة الحرارية.
ملخص سريع وقائمة الاختيار النهائي
40Cr عبارة عن سبيكة كروم متوسطة الكربون متعددة الاستخدامات ومناسبة للعديد من الأجزاء الميكانيكية بعد التبريد والتلطيف. استخدمها حيثما تكون السبائك المعتدلة والصلابة المضبوطة وفعالية التكلفة من الأولويات. بالنسبة للأجزاء الكبيرة المتصلبة من خلال المقاطع الكبيرة، أو متطلبات الإجهاد العالية أو متطلبات درجات الحرارة المرتفعة، قم بتقييم بدائل السبائك الأعلى. قم دائمًا بتثبيت الأهداف الميكانيكية وشروط المعالجة الحرارية ومتطلبات الفحص في مستندات الشراء.
AR 
EN 
JA 
KO 
DE 
IT 
ES