Что такое сталь 1144? Свойства, состав, обрабатываемость и применение в машиностроении

У стали 1144 очень специфическая и часто неправильно понимаемая роль в повседневном производстве. Это не конструкционная углеродистая сталь общего назначения, и ее не выбирают для тяжелого производства или сварных конструкций. Вместо этого 1144, которую в торговле часто называют Stressproof®, производится с одной главной целью: для высокоточной обработки с минимальными деформациями.

С инженерной точки зрения 1144 - это среднеуглеродистая сталь, которая легко поддается обработке и имеет высокое соотношение прочности и веса. 1144 обычно поставляется в холоднотянутом состоянии с ослабленным напряжением, в отличие от низкоуглеродистых марок, таких как 1018, которые легко поддаются обработке, но могут двигаться после удаления материала. Такой контроль внутреннего напряжения очень важен для деталей с ЧПУ с жесткими допусками, где размер, округлость и прямолинейность должны оставаться неизменными после черновой и чистовой обработки.

1144 имеет другое значение, чем сталь 1045. 1045 - материал с хорошей прокаливаемостью, но для того, чтобы стать таким же стабильным, как другие материалы, ему часто требуется дополнительная обработка, например, термообработка после механической обработки. 1144, с другой стороны, изготавливается для обработки “по мере поступления”, что сокращает количество вторичных операций, время цикла и общий производственный риск.

В этом руководстве рассматривается сталь 1144 с инженерной точки зрения. В нем рассматривается химический состав стали с добавлением серы, измеряются ее преимущества при обработке и дается четкое представление о том, в каких случаях ее следует использовать.

Что такое сталь 1144? - Определение и классификация материала

Сталь 1144 - это среднеуглеродистая, серосодержащая углеродистая сталь, которая была создана специально для точной обработки.

• Стандарты: Их названия - AISI/SAE 1144 и UNS G11440.

• Фактор “стрессоустойчивости”: В деловом мире 1144 - это то же самое, что и “Stressproof”, зарегистрированная торговая марка Niagara LaSalle. Это связано с тем, что она проходит уникальный процесс жесткой холодной обработки с последующим снятием напряжения. Это обеспечивает высокую прочность (выход около 100 кси) без необходимости закалки и отпуска.

Что представляет собой 1144 по сравнению с другими углеродистыми сталями

1144 находится в середине семейства углеродистых сталей, с содержанием углерода между 1018 и 1045. Однако ведет она себя по-другому.

• 1144 намного прочнее и тверже, чем 1018.

• В сравнении с 1045, 1144 отказывается от некоторой пластичности и свариваемости в пользу лучшей обрабатываемости и меньшего остаточного напряжения.

1144 не является конструкционной сталью, которую можно использовать для многих целей. Она не годится для сварки и формовки. У нее есть четкое предназначение: быть точным материалом для валов, который лучше всего подходит для токарной обработки с ЧПУ, где очень важны чистота поверхности и прямолинейность.

Почему сера и марганец важны для химического состава

Инженерная ценность 1144 обусловлена химическим дисбалансом, который был запланирован. Он добавляет вещества, которые помогают при резке, сохраняя при этом прочность.

Таблица 1: Нормальный химический состав (wt%)

Функция включений серы и MnS

Ее отличает высокое содержание серы (около 0,30%). Сера и марганец вместе образуют включения сульфида марганца (MnS), которые распространяются по всей стальной матрице во время затвердевания.

• Разбивание чипов: Эти включения повышают напряжение внутри стружки, в результате чего она распадается на мелкие, послушные завитки, а не на длинные нити.

• Смазка: Они помогают поддерживать плавное движение между инструментом и стружкой, уменьшая нагрев и трение.

• Компромисс: Эти включения нарушают целостность стали, что делает ее гораздо менее прочной, пластичной и свариваемой по всей поверхности.

Механические свойства: Прочность без нагрева

Механический профиль 1144 показывает, что он сразу же был сделан очень прочным.

Нормальные механические свойства (холодная вытяжка и снятие напряжения)

Таблица 2: Сравнение механических свойств

Примечание: Эти значения являются нормальными для 1-дюймового прутка. Предел текучести 1144 почти в два раза выше, чем у 1018.

Что это значит для инженерии

• Термообработка не требуется; 1144 обычно используется как есть. Вам не придется отправлять детали на закалку и отпуск, что сэкономит время и деньги и убережет детали от деформации под воздействием высокой температуры.

• Износостойкость: Его твердость составляет около 25 HRC, что означает, что он может выдержать некоторый износ валов и шеек без необходимости поверхностной закалки (хотя его можно закалить индукционным методом).

Обрабатываемость стали 1144 - фаворит ЧПУ

Многие считают, что 1144 - одна из самых простых в обработке углеродистых сталей.

Почему это здорово

• Управление чипом: Благодаря включениям MnS стружка разбивается на мелкие кусочки. Это очень важно для автоматизированных токарных станков с ЧПУ и швейцарских станков, поскольку налипшая стружка может остановить производство.

• Отделка поверхности: Он режет чисто, с небольшим отрывом, оставляя очень хорошую поверхность (Ra) сразу после обработки.

• Срок службы инструмента: По сравнению с пластинами 1045, твердосплавные пластины служат гораздо дольше, поскольку имеют меньшую силу резания и внутреннюю смазку.

Правила обработки на станках с ЧПУ

• Скорость: Вы можете работать с 1144 на более высоких поверхностных скоростях (SFM), чем с обычными углеродистыми сталями.

• Корма: Он может работать с высокой скоростью подачи без потери качества обработки.

• Охлаждающая жидкость: Обычные водорастворимые охлаждающие жидкости хорошо подходят для промывки стружки.

Свойства термической обработки и снятия напряжения

В 1144 достаточно углерода, чтобы подвергаться термообработке, но главная причина его ценности - это процесс снятия напряжения, который происходит на заводе.

Преимущество “стрессоустойчивости”

Процесс волочения оставляет много остаточных напряжений в стандартной холоднотянутой стали. При обработке шпоночного паза в холоднотянутом вале эти напряжения выходят наружу, что приводит к изгибу или скручиванию вала.
1144 (Stressproof) проходит специальную тяжелую вытяжку, а затем отжиг для снятия напряжения.

• Результат: Брус по-прежнему очень прочный, но остаточное напряжение в нем очень мало.

Вы можете обрабатывать детали сложной формы, тяжелые несимметричные резы или длинные шпоночные пазы, и деталь останется прямой и в пределах допусков.

Можно ли подвергать термической обработке 1144?

• Не рекомендуется: Сквозное упрочнение. Высокое содержание серы при закалке может вызвать трещины.

• Упрочнение поверхности: Очень хорошо. Индукционная закалка очень хорошо подходит для 1144. Благодаря высокому содержанию углерода поверхность становится достаточно прочной, чтобы выдерживать износ, а сердцевина остается прочной. Это идеально подходит для деталей линейного перемещения и валов двигателей.

Выбор между сталями 1144 и 1045 для машиностроения

Наиболее распространенная проблема при проектировании вала - выбор между 1144 и 1045.

Таблица 3: Матрица принятия решений для 1144 против 1045

Правило принятия решений:

• Pick 1144 если вам нужна высокая прочность и точность сразу после обработки и вы не собираетесь заниматься сваркой. Избавление от операций термообработки и правки компенсирует дополнительную стоимость материала.

• Если вам нужно сварить деталь или вы планируете самостоятельно подвергнуть ее термообработке для получения определенных свойств, выбрать 1045.

Общие области применения стали 1144

1144 - лучший материал для деталей вращающихся машин.

• Валы двигателя: Очень важно, чтобы они были прочными и прямыми.

• Линейные направляющие стержни: Для увеличения срока службы подшипников их часто закаливают методом индукции.

• Ведущие винты: Обработка профилей резьбы должна выполняться с особой тщательностью.

• Штифты и втулки: Когда грузоподъемность выше, чем у 1018.

• Валы насосов: Они не вибрируют, потому что остаются одного размера.

Ограничения, связанные с дизайном и окружающей средой

У 1144 есть жесткие ограничения, несмотря на то, что он хорошо работает.

1. Свариваемость: Самая большая проблема

Не сваривайте 1144.
Поскольку в нем много серы, он вызывает “горячую короткость” (растрескивание в сварном шве) и пористость. Механические свойства в зоне термического влияния (ЗТВ) станут намного хуже. Используйте 1045 или 1018, если вам нужна сварка.

2. Устойчивость к ржавчине

1144, как и все углеродистые стали, сама по себе не противостоит коррозии.

• Риск: Во влажных условиях он сразу же ржавеет.

• Фикс: Для защиты деталей их нужно смазать маслом, покрыть черным оксидом, оцинковать или покрасить. Имейте в виду, что включения серы иногда могут помешать высококачественному покрытию.

3. Силы при усталости

Сульфидные включения сильны, но они выступают в качестве источников напряжения, что немного снижает предел усталости по сравнению с более чистыми сталями, такими как 4140.

Резюме - важные инженерные уроки

Сталь 1144 - это особый материал, который решает проблемы изготовления вещей дешево и качественно.

Важные моменты:

• Не сваривайте, а обрабатывайте: Отлично подходит для резки, плохо - для сварки.

• Готовы к использованию: Обеспечивает предел текучести около 100 ksi без необходимости нагрева.

• Держится прямо: Ослабленное напряжение уменьшает коробление при обработке.

• Поверхностная закалка: Может быть закалена индукционным методом для поверхностей, подвергающихся износу.

Инженеры часто могут пропустить целые этапы технологического процесса (например, термообработку, правку и шлифовку), когда указывают 1144. Это снижает общую стоимость детали, даже несмотря на более дорогое сырье.

Часто задаваемые вопросы

Вопрос: Является ли сталь “Stressproof” тем же самым, что и сталь 1144?
О: Да, в некотором смысле. “Stressproof” - это торговая марка определенного вида холоднотянутого прутка 1144, защищенного товарным знаком. Вы можете купить обычный 1144, но Stressproof гарантирует определенные механические свойства, например, предел текучести 100 ksi.

Вопрос: Можно ли сварить сталь 1144?
О: Нет. Из-за высокого содержания серы он считается несвариваемым, поскольку может растрескаться. Если вам нужно соединить его, используйте шурупы, пресс-фитинги или клей.

В: Будет ли 1144 ржаветь?
О: Да. В этой углеродистой стали нет хрома. Чтобы она не ржавела, ее нужно смазывать, покрывать или красить.

Вопрос: 1144 сильнее 1018?
О: Да, очень много. Предел текучести 1144 обычно составляет около 100 000 фунтов на кв. дюйм, а 1018 - около 54 000 фунтов на кв. дюйм. Он почти в два раза прочнее.

Вопрос: Можно ли закалить 1144?
О: Да, но чаще всего вместо этого производится индукционная закалка. В ней уже содержится 0,44% углерода, так что его достаточно для самостоятельной закалки без дополнительного добавления (науглероживания).