ASTM5140是最常用的合金結構鋼，抗拉強度、屈服強度及淬透性均比40號鋼高，但焊接性有限，有形成裂紋的傾向。ASTM5140用於較重要的調質零件，如交變負荷下工作的零件、中等轉速和中等負荷的零件。
基本介紹
- 中文名：ASTM5140
- 合金結構鋼：5140
- 執行標準：ASTM A29/A29M-04
- 碳 C：0.38～0.43
適用範圍：,化學成份：,力學性能：,特性,套用,焊接工藝,
適用範圍：
ASTM5140表面淬火後可作負荷和及耐磨性較高、而無很大衝擊的零件，如齒輪、套筒、軸、曲軸、銷子。
化學成份：
矽 Si：0.17～0.37
錳 Mn：0.70～0.90
硫 S ：允許殘餘含量≤0.040
磷 P ：允許殘餘含量≤0.035
鉻 Cr：0.70～0.90
鎳 Ni：允許殘餘含量≤0.030
銅 Cu：允許殘餘含量≤0.030
力學性能：
抗拉強度 σb (MPa)：≥980(100)
屈服強度 σs (MPa)：≥785(80)
伸長率 δ5 (%)：≥9
斷面收縮率 ψ (%)：≥45
衝擊功 Akv (J)：≥47
衝擊韌性值 αkv (J/cm2)：≥59(6)
硬度 ：≤207HB
試樣尺寸：試樣毛坯尺寸為25mm
●熱處理規範及金相組織：
熱處理規範：淬火850℃,油冷；回火520℃,水冷、油冷。
●交貨狀態：以熱處理（正火、退火或高溫回火）或不熱處理狀態交貨，交貨狀態應在契約中註明。
特性
5140鋼材是中碳調製鋼，冷鐓模具鋼。該鋼價格適中，加工容易，經適當的熱處理以後可獲得一定的韌性、塑性和耐磨性。正火可促進組織球化，改進硬度小於160HBS毛坯的切削性能。在溫度550~570℃進行回火，該鋼具有最佳的綜合力學性能。該鋼的淬透性高，適合於高頻淬火，火焰淬火等表面硬化處理等。
套用
經調質後用於製造承受中等負荷及中等速度工作
的機械零件，如汽車的轉向節、後半軸以及工具機上的齒輪、軸、蝸桿、花鍵軸、頂尖套等；經淬火及中溫回火後用於製造承受高負荷、衝擊及中等速度工作的零件，如齒輪、主軸、油泵轉子、滑塊、套環等；經淬火及低溫回火後用於製造承受重負荷、低衝擊及具有耐磨性、截面上實體厚度在25mm以下的零件，如蝸桿、主軸、軸、套環等；經調質並高頻表面淬火後用於製造具有高的表面硬度及耐磨性而無很大衝擊的零件，如齒輪、套筒、軸、主軸、曲軸、心軸、銷子、連桿、螺釘、螺帽、進氣閥等。此外，這種鋼又適於製造進行碳氮共滲處理的各種傳動零件，如直徑較大和低溫韌性好的齒輪和軸。
彈性模
彈性模量E(20℃) /MPa 200000～211700 ，切變模量G(20℃) 80800
熱處理
淬火850℃,油冷；回火520℃,水冷、油冷。40Cr表面淬火硬度為HRC52-60，火焰淬火能達到HRC48-55。
氮化處理
5140鋼材屬於可氮化鋼，其所含元素有利於氮化。
5140經氮化處理後可獲得較高的表面硬度。
5140調質後氮化處理硬度最高能達到HRA72~78，即HRC43~55。
氮化工件工藝路線：鍛造－退火－粗加工－調質－精加工－除應力－粗磨－氮化－精磨或研磨。由於氮化層薄，並且較脆，因此要求有較高強度的心部組織，所以要先進行調質熱處理，獲得回火索氏體，提高心部機械性能和氮化層質量。軟氮化是活性氮化,現在比較常用的是氣體氮化.焊接
5140，以防止因基體散熱，造成焊縫內部激冷淬裂。焊接後調質前最好加一遍正火。 結晶時易偏析，對結晶裂紋（一種熱裂紋）比較敏感，焊接時容易在弧坑和焊縫中凹下的部分開裂。含碳量較高，快冷時易得到對冷裂紋很敏感的淬硬組織（馬氏體組織）。過熱區在冷速較大時，很容易形成硬脆的高碳馬氏體而使過熱區脆化。
焊接工藝
1、一般在退火（正火）狀態下進行焊接。
2、焊接方法不受限制
3、用較大線能量，適當提高預熱溫度，一般預熱溫度及層間溫度可控制在250～300℃之間。
4、焊接材料應保證熔敷金屬的成分與母材基本相同，如J107－Cr
5、焊後應及時進行調質熱處理。若及時進行調質處理有困難，可進行中間退火或在高於預熱的溫度下保溫一段時間，以排除擴散氫並軟化組織。對結構複雜、焊縫較多的產品，可在焊完一定數量的焊縫後，進行一次中間退火。
