Wszystko o stali 440 (właściwości, wytrzymałość i zastosowania)

Poradniki

Christian Cavallo

Podziel się:
Właściwości fizyczne stali 440
Corrosion resistance & temperature effects
Właściwości mechaniczne
Table 1: Summary of mechanical properties for 440 steel.
Zastosowania stali 440
Summary
Sources:
Other Steel Articles

Podziel się:

Metale, które są charakteryzowane jako stal, to zróżnicowana klasa materiałów, które są integralną częścią nowoczesnego społeczeństwa. Stal jest stopem, który powstaje poprzez połączenie żelaza z węglem, a także innymi elementami, które zapewniają jej niezrównaną wytrzymałość. Od swoich początków na początku XX wieku, stal rozrosła się do setek rodzajów, z których każdy posiada swój własny, unikalny profil materiałowy. Aby pomóc w organizacji tych stali, American Iron & Steel Institute (AISI) i Society of Automotive Engineers (SAE) wyróżniły pewne rodzaje stali, a ten artykuł będzie badał klasę stali od stali nierdzewnych lub tych, które są bardziej odporne na plamy, korozję i rdzę. Ta klasa stali nierdzewnej jest znana jako stal 440 i jest to bardzo popularny materiał dzięki swojej twardości i odporności na zużycie. Ten artykuł będzie badał charakterystykę, właściwości materiałowe i zastosowania stali 440, aby czytelnicy mogli zrozumieć, gdzie może być ona używana i jak najlepiej zastosować ten metal.

Właściwości fizyczne stali 440

Stala 440 jest częścią stali nierdzewnych lub tych stali stopowych, które zawierają minimum 10% chromu, nadając tym stopom zwiększoną odporność na korozję. AISI stworzył trzycyfrowy indeks nazewnictwa dla stali nierdzewnych (w przeciwieństwie do typowych czterocyfrowych nazw podanych do innych, nie nierdzewnych stali; zobacz nasz artykuł o rodzajach stali, aby uzyskać więcej informacji), gdzie pierwsza cyfra reprezentuje rodzaj stali i elementów stopowych. Stale nierdzewne zostały również oznaczone na podstawie ich struktury molekularnej, gdzie stale nierdzewne mogą być austenityczne, ferrytyczne, martenzytyczne, lub duplex typów. Różnice między tymi typami leżą w ich struktury sieci krystalicznej, które dają stali nierdzewnych pewne korzystne cechy robocze, takie jak zwiększona twardość, ciągliwość, lub odporność na złamania. Aby uzyskać więcej informacji na temat stali nierdzewnej, zapoznaj się z naszym powiązanym artykułem, który opisuje rodzaje i gatunki tych metali.

Klasa 4xx stali nierdzewnych jest stopowa z chromem i ma strukturę ferrytyczną lub martenzytyczną. Stal 440 faktycznie odnosi się do czterech rodzajów stali: 440A, 440B, 440C i 440F, które różnią się jedynie poziomem węgla w ich składzie. Wszystkie rodzaje stali 440 są popularnymi wyborami, ale stal 440C jest najbardziej popularna z tych czterech, ponieważ ma najwyższą twardość. Poniżej przedstawiono skład chemiczny każdego typu:

Wspólne elementy we wszystkich stalach 440:

16-18% chromu
1% manganu
1% krzemu
0.75% Molybdenum
0.04% Phosphorus
0.03% sulfur
Some percentage of Carbon

440A steel

0.6-0.75% Carbon

440B steel

0.75-0.95% Carbon

440C and 440F steels

0.95-1.20% Carbon

All 440 steels are hardenable, meaning they gain additional strength via heat treatment, and they are considered a high carbon alloy steel. When strengthened using this process, 440 steels are the hardest of all the stainless steels, making them both abrasion-resistant as well as corrosion-resistant. When in its soft „annealed” state, 440 steel is easily worked, machined, and manipulated into shape, where it can then be hardened and gain the increased strength for which it is known.

Corrosion resistance & temperature effects

While most stainless steels are resistant to rusting, 440 steels are slightly less corrosion resistant. Jest to wynikiem jej martenzytycznej struktury, która zwiększa jej twardość, ale pozostawia ją bardziej otwartą na korozję niż austenityczne i ferrytyczne stale nierdzewne. Nie oznacza to, że stal 440 rdzewieje łatwo, ponieważ jest bardziej odporna na korozję niż większość stali, ale zrozum, że nie powinna być wybierana wyłącznie ze względu na odporność na rdzę.

Jest to również ważne, aby wiedzieć, że stal 440 nie działa dobrze w skrajnych temperaturach. Tracą one swoją wytrzymałość w wysokich temperaturach, ponieważ nadmiernie się odpuszczają i stają się bardziej miękkie, a w temperaturze poniżej 0o Celsjusza tracą swoją plastyczność. Fakt ten jest ważny dla każdego projektanta, który chce zastosować tę stal w szczególnie trudnych warunkach, ponieważ stal 440 prawdopodobnie nie byłaby najlepszym wyborem.

Właściwości mechaniczne

Tabela 1 poniżej przedstawia niektóre ważne właściwości mechaniczne stali 440. Należy zauważyć, że każda mieszanka stopów posiada swoje własne, unikalne wartości, które zmieniają się w zależności od obróbki wzmacniającej. Table 1 shows values for AISI 440 stainless steel, which is closest to 440C steel:

Table 1: Summary of mechanical properties for 440 steel.

Mechanical Properties	Metric	English
Ultimate Tensile Strength	1750 MPa	254000 psi
Tensile Yield Strength	1230 MPa	186000 psi
Hardness (Rockwell)
Modulus of Elasticity	200 GPa	29000 ksi
Charpy Impact	19.0 J	14.0 ft-lb

440 steel has impressively high strengths, as can be seen through its ultimate and tensile yield strengths. Te miary pochodzą z eksperymentalnych testów naprężeniowych, w których próbka stali 440 jest rozciągana osiowo, a jej odkształcenie w zależności od naprężenia jest wykreślane na krzywej. Granica plastyczności to maksymalne naprężenie, jakie może wystąpić na próbce przed jej plastycznym (lub trwałym) odkształceniem, a wytrzymałość na rozciąganie to maksymalne naprężenie, jakie może wystąpić na próbce przed jej pęknięciem. Te miary są przydatne w zastosowaniach strukturalnych, gdzie materiał nie może ulec trwałemu odkształceniu pod dużym ciężarem, oraz w zastosowaniach przy dużych obciążeniach, gdzie nie może nastąpić awaria.

Twardość materiału jest miarą porównawczą tego, jak trudno jest zarysować, wytrawić lub uszkodzić powierzchnię materiału. Istnieje wiele skal, takich jak popularne skale twardości Brinella, Vickersa i Mohsa, ale stal jest najczęściej klasyfikowana w oparciu o skalę twardości Rockwella. Stal 440 ma twardość 58 w skali Rockwella, która jest uważana za dość twardą. Dla porównania, twarde stale stosowane na krawędzie ostrzy mają twardość 60, więc jasne jest, że stal 440 jest dość odporna na odkształcenia powierzchni.

Moduł sprężystości jest miarą reakcji materiału na odkształcenia elastyczne lub nietrwałe. Wysoki moduł sprężystości oznacza, że do rozciągnięcia materiału potrzebny jest wysoki poziom naprężenia, co można uznać za zwiększoną sztywność. Stal 440 ma wysoki moduł sprężystości, co oznacza, że nie poddaje się łatwo naprężeniom, co czyni ją ogólnie sztywnym materiałem.

W próbie udarności karpia określa się ilość energii pochłoniętej przez materiał w warunkach ekstremalnych, tj. w warunkach pękania lub wysokiego odkształcenia. Ciężkie wahadło uderza w stalową próbkę z nacięciami, a miernik pokazuje ilość energii pochłoniętej przez materiał w dżulach. Ogólnie rzecz biorąc, materiały o wysokiej wytrzymałości nie są w stanie łatwo zaabsorbować dużej ilości energii, ponieważ zamiast tego po prostu pękają (należy pamiętać, że kruchość rośnie wraz z wytrzymałością). W rezultacie, większość stali ma stosunkowo niski wynik Charpy’ego dla udarności, a stal 440 nie jest inna. Jest to kolejna ilustracja sztywności i wytrzymałości stali 440, ponieważ pochłaniają one tylko mniej niż 20 dżuli energii, gdy uderza w nie wahadło testu Charpy’ego.

Zastosowania stali 440

Stal 440 można znaleźć w większości sklepów z maszynami, ponieważ jest to metal łatwy w obróbce, gdy jest wyżarzony, a jednocześnie mocny i sprężysty, gdy jest poddawany obróbce cieplnej. Materiał ten jest wyjątkowo dobry do elementów, które muszą być stosunkowo dobrze odporne na korozję, a jednocześnie nie mogą się zużywać przy wielokrotnym użyciu. Jest to świetna stal na krawędzie noży, ponieważ jej twardość, a jednocześnie formowalność, doskonale sprawdza się w przypadku sztućców kuchennych. There are some other notable applications of 440 steel, listed below:

Mold and dies
Valve components
Instruments/measurement devices
Textile components
Ball bearings

to name but a few.

Summary

This article presented a brief summary of the properties, strength, and applications of 440 steel. For information on other products, consult our additional guides or visit the Thomas Supplier Discovery Platform to locate potential sources of supply or view details on specific products.

Sources:

https://www.academia.edu
http://web.mit.edu/1.51/www/pdf/chemical.pdf
http://www.astmsteel.com/product/440c-stainless-steel-aisi/
https://continentalsteel.com/stainless-steel/grades/alloy-440/
http://www.matweb.com/search/datasheet.aspx?matguid=704ebd5797b944898f5cf39260fecce0
https://www.yorksaw.com/rockwell-hardness/
http://www.materials.unsw.edu.au/tutorials/online-tutorials/1-charpy-impact-test