Allt om 440 stål (egenskaper, styrka och användning)

Guider

Christian Cavallo

Dela:
Fysiska egenskaper hos 440-stål
Corrosion resistance & temperature effects
Mekaniska egenskaper
Table 1: Summary of mechanical properties for 440 steel.
Användningsområden för 440-stål
Summary
Sources:
Other Steel Articles

Dela:

De metaller som karakteriseras som stål är en mångsidig klass av material som är en integrerad del av det moderna samhället. Stål är en legering som tillverkas genom att kombinera järn med kol samt andra element som ger det oöverträffad styrka. Sedan dess begynnelse i början av 1900-talet har stålet förökat sig till hundratals typer, var och en med sina egna unika materialprofiler. För att hjälpa till att organisera dessa stål har The American Iron & Steel Institute (AISI) och Society of Automotive Engineers (SAE) särskiljt vissa ståltyper, och den här artikeln kommer att utforska en stålklass från de rostfria stålen eller de som är mer motståndskraftiga mot fläckar, korrosioner och rost. Denna klass av rostfritt stål är känd som 440-stål, och det är ett mycket populärt material tack vare dess hårdhet och slitstyrka. Den här artikeln kommer att undersöka egenskaper, materialegenskaper och användningsområden för 440-stål så att läsarna kan förstå var det kan användas och hur man bäst tillämpar denna metall.

Fysiska egenskaper hos 440-stål

440-stål är en del av de rostfria stålen eller de legeringsstål som innehåller minst 10 % krom, vilket genomsyrar dessa legeringar med ökad motståndskraft mot korrosion. AISI har skapat ett tresiffrigt namnindex för de rostfria stålen (i motsats till de typiska fyrsiffriga namnen som ges till andra, icke rostfria stål, se vår artikel om ståltyper för mer information), där den första siffran representerar typen av stål och legeringselement. De rostfria stålen har också betecknats utifrån deras molekylära struktur, där rostfria stål kan vara austenitiska, ferritiska, martensitiska eller duplexa typer. Skillnaderna mellan dessa typer ligger i deras kristallgitterstrukturer, som ger de rostfria stålen vissa fördelaktiga bearbetningsegenskaper som ökad hårdhet, formbarhet eller motståndskraft mot brott. För mer information om rostfritt stål, se vår relaterade artikel som beskriver typer och kvaliteter av dessa metaller.

De rostfria stålen i 4xx-klassen är legerade med krom och har en ferritisk eller martensitisk struktur. 440-stål avser egentligen fyra typer av stål: 440A-, 440B-, 440C- och 440F-stål, som endast skiljer sig åt baserat på kolhalten i deras sammansättning. Alla typer av 440-stål är populära val, men 440C-stål är det mest populära av de fyra eftersom det har den högsta hårdheten. Nedan följer de kemiska sammansättningarna för varje typ:

Gemensamma element i alla 440-stål:

16-18 % krom
1 % mangan
1 % kisel
1 % kisel
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. Detta beror på dess martensitiska struktur, som ökar dess hårdhet men gör den mer öppen för korrosion än austenitiska och ferritiska rostfria stål. Detta betyder inte att 440-stål rostar lätt, eftersom de är mer korrosionsbeständiga än de flesta stål, men förstå att det inte bör väljas enbart för sin rostbeständighet.

Det är också viktigt att veta att 440-stål inte fungerar bra vid extrema temperaturer. De förlorar sin styrka vid höga temperaturer eftersom de överhärdas och blir mjukare, och de förlorar sin duktilitet vid en temperatur under 0o Celsius. Detta faktum är viktigt för en konstruktör som vill implementera detta stål i särskilt tuffa miljöer, eftersom 440-stål förmodligen inte skulle vara det bästa valet.

Mekaniska egenskaper

Tabell 1, nedan, visar några viktiga mekaniska egenskaper hos 440-stål. Det är viktigt att notera att varje legeringsblandning har sina egna unika värden och att dessa värden fluktuerar beroende på förstärkningsbehandlingen. 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. Dessa mått kommer från experimentella stresstester, där ett prov av 440-stål dras isär axiellt och dess töjning i förhållande till spänningen plottas på en kurva. Sträckspänningen är den maximala spänningen som ett prov kan utsättas för innan det deformeras plastiskt (eller permanent), och brottgränsen är den maximala spänningen som provkroppen utsätts för innan den spricker. Dessa mått är användbara i strukturella tillämpningar, där ett material inte får deformeras permanent under stark belastning, och i tillämpningar med hög belastning där brott inte får inträffa.

Materialhårdhet är ett jämförande mått på hur svårt det är att skrapa, etsa eller skada ytan på ett material. Det finns många skalor, till exempel de populära Brinell-, Vickers- och Mohs-hårdhetsskalorna, men stål klassificeras oftast utifrån Rockwell-hårdhetsskalan. Stål 440 har en Rockwellhårdhet på 58, vilket anses vara ganska hårt. Som jämförelse kan nämnas att hårda stål som används för bladkanter har en hårdhet på 60, så det är tydligt att 440 stål är ganska motståndskraftigt mot ytdeformation.

Elasticitetsmodulen är ett mått på hur ett material reagerar när det är elastiskt, eller icke-permanent deformerat. En hög elasticitetsmodul innebär att det krävs en hög spänningsnivå för att sträcka ut ett material, vilket kan ses som en ökad styvhet. Stål 440 har en hög elasticitetsmodul, vilket innebär att det inte lätt ger efter vid påfrestningar, vilket gör det till ett styvt material överlag.

Med hjälp av hårdkroppsprovning kan man fastställa hur mycket energi som absorberas av ett material när det utsätts för extrema förhållanden, det vill säga vid brott eller hög belastning. En tung pendel svingas in i en skårad provkropp av stål, där en mätare visar hur mycket energi, i joule, som absorberas av materialet. I allmänhet absorberar material med hög hållfasthet inte lätt mycket energi, eftersom de i stället helt enkelt kommer att brista (kom ihåg att sprödheten ökar med hållfastheten). Som ett resultat av detta har de flesta stål ett relativt lågt Charpyslagresultat, och 440-stål är inte annorlunda. Det är ännu en illustration av styvheten och styrkan hos 440-stål, eftersom de endast absorberar mindre än 20 joule energi när de träffas av Charpy-testpendeln.

Användningsområden för 440-stål

440-stål kan hittas i de flesta maskinverkstäder, eftersom det är en lättbearbetad metall när den är glödgad och ändå är stark och fjädrande när den värmebehandlas. Detta material är exceptionellt bra för komponenter som måste motstå korrosion relativt bra och ändå inte slitas vid upprepad användning. Det är ett utmärkt stål för knivkanter, eftersom dess hårdhet men ändå formbarhet utmärker sig när det används till köksbestick. 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