Legovaná ocel 4140 | 42CRMO4 | SCM440

AOBO STEEL - Důvěryhodný globální dodavatel nástrojové oceli

Legovaná ocel 4140 je Všestranná chrom-molybdenová legovaná ocel s dobrou pevností, houževnatostí a kalitelností, díky čemuž je po vhodném tepelném zpracování vhodná pro středně náročné provozní podmínky. Je klasifikována s chromem a molybdenem jako hlavními legujícími prvky.

1. Chemické složení legované oceli 4140

Uhlík (C): Pohybuje se od 0,38% do 0,43%. Vyšší obsah uhlíku ve srovnání s ocelí 4130 přispívá k její větší prokalitelnosti a pevnosti.
Mangan (Mn): Obvykle v rozmezí 0,75% až 1,00%.
Křemík (Si): Typicky mezi 0,15% a 0,35%.
Chrom (Cr): Rozsah od 0,80% do 1,10%. Některé normy mohou uvádět rozsah od 0,90% do 1,20%.
Molybden (Mo): Obecně 0,15% až 0,25%. Jiné normy mohou uvádět 0,15% až 0,30%. Molybden pomáhá po tváření za tepla a tepelném zpracování dosáhnout požadované jemné mikrostruktury.
Fosfor (P): Maximálně 0,035%.
Síra (S): Maximálně 0,040%. Některé specifické normy mohou uvádět maximálně 0,035%.

2. Fyzikální vlastnosti

Fyzikální vlastnosti legované oceli 4140 (42CrMo4) v závislosti na teplotě

Teplota (°C)	Teplota (°F)	Tepelná vodivost (W/m·K)	Průměrná měrná tepelná kapacita (kJ/kg·K)	Průměrný koeficient lineární roztažnosti (x 10⁻⁶ K⁻¹)	Hustota (kg/m³)	Youngův modul pružnosti (x 10⁵ MPa)
20	68	46.71	472.91	11.28	7848.2	211.6
100	212	46.06	486.33	11.67	7820.7	203.1
200	392	45.59	499.21	12.32	7790.2	197.5
300	572	43.47	519.18	12.85	7757.4	193.7
400	752	40.7	543.45	13.37	7722.3	188.6
500	932	37.67	570.3	13.9	7684.7	180.2
600	1112	34.63	599.31	14.42	7644.5	167.0

3. Mechanické vlastnosti

Mechanické vlastnosti legované oceli 4140 lze výrazně upravit pomocí tepelné zpracováníNejběžnější proces, kalení a popouštění, se široce používá pro strojní součásti, tlakové nádoby a konstrukční aplikace ke zvýšení meze kluzu, pevnosti v tahu a vrubové houževnatosti nad rámec toho, co je dosažitelné ve válcovaném, žíhaném nebo normalizačním stavu.

3.1 Kalená a popouštěná ocel 4140

Když je ocel 4140 kalena v oleji a poté popouštěna při různých teplotách, její mechanické vlastnosti se předvídatelně mění. To umožňuje přesnou kontrolu nad konečnými vlastnostmi oceli a splnění specifických provozních požadavků. Níže je uveden souhrn typických mechanických vlastností dosažených při různých teplotách popouštění:

Tabulka 1: Typické mechanické vlastnosti legované oceli 4140 kalené v oleji a popouštěné

Teplota temperování	Pevnost v tahu (MPa)	Mez kluzu (MPa)	Prodloužení (%)	Zmenšení plochy (%)	Tvrdost (HB)
205 °C (400 °F)	1965 – 1980	1740 – 1860	11	39 – 42	520 – 578
260 °C (500 °F)	1860	1650	11	44	534
315 °C (600 °F)	1720 – 1760	1570 – 1620	11.5 – 12	44 – 46	490 – 495
425 °C (800 °F)	1450 – 1500	1340 – 1365	14 – 15	48 – 50	429 – 440
540 °C (1000 °F)	1150 – 1240	1050 – 1160	17 – 17.5	53 – 55	341 – 360
595 °C (1100 °F)	1020	910	19	58	311
650 °C (1200 °F)	900 – 1020	790 – 860	20 – 21	60 – 61	277 – 290
705 °C (1300 °F)	810 – 860	690 – 740	23	63 – 65	235 – 250

Poznámka: Hodnoty se mohou lišit v závislosti na konkrétních postupech mlýna a drobných rozdílech ve složení. HB označuje tvrdost dle Brinella.

3.2 Vliv velikosti průřezu (hmotnostní efekt) na vlastnosti oceli 4140

Při specifikaci tepelného zpracování je důležité zvážit velikost průřezu nebo hmotnost ocelového dílu 4140, zejména při snaze o dosažení vysokých úrovní pevnosti. AISI 4140 není ocel pro hluboké kalení, což znamená, že větší průřezy nemusí při stejném tepelném zpracování dosáhnout stejné tvrdosti nebo pevnosti jako menší průřezy.

Následující tabulka ilustruje vliv průměru tyče na mechanické vlastnosti oceli 4140 kalené v oleji z 845 °C (1550 °F) a popouštěné při 540 °C (1000 °F):

Tabulka 2: Vliv průměru tyče na mechanické vlastnosti oceli 4140 (popuštěné při 540 °C / 1000 °F)

Průměr tyče	Pevnost v tahu (MPa)	Mez kluzu (MPa)	Prodloužení (%)	Zmenšení plochy (%)	Tvrdost povrchu (HB)
25 mm (1 palec)	1140	985	15	50	335
50 mm (2 palce)	920	750	18	55	202
75 mm (3 palce)	860	655	19	55	293

Pochopení tohoto hmotnostního efektu je klíčové pro návrh součástí, které budou spolehlivě fungovat.

3.3 Mechanické vlastnosti oceli 4140 za jiných podmínek

Kromě kalení a popouštění lze legovanou ocel 4140 dodávat nebo zpracovávat i za jiných podmínek:

3.3.1 Žíhaná ocel 4140

Žíhání, které zahrnuje ohřev oceli na teplotu mezi 830 °C a 870 °C (1525 °F až 1600 °F) a následné pomalé ochlazování v peci, vede k měkčímu a tvárnějšímu materiálu. Tento stav je často preferován pro následné obráběcí operace.

Za tepla válcovaná, žíhaná 4140: Typicky vykazuje mez kluzu kolem 434 MPa (63 ksi) a pevnost v tahu 620 MPa (90 ksi) s prodloužením přibližně 271 TP3T.
Za studena tažená, žíhaná 4140: Obecně vykazuje vyšší pevnost s typickou mezí kluzu 620 MPa (90 ksi) a pevností v tahu 703 MPa (102 ksi) a prodloužením kolem 18%.

3.3.2 Normalizovaná ocel 4140

Normalizace zahrnuje ohřev oceli 4140 na teplotu mezi 845 °C a 925 °C (1550 °F až 1700 °F) a následné ochlazení vzduchem. Tento proces zjemňuje strukturu zrn a zlepšuje rovnoměrnost. Například výkovek víka ventilu vyrobený z oceli 4140 může po normalizaci na 870 °C (1600 °F) a následném popouštění dosáhnout tvrdosti v rozmezí 220 až 240 HB.

3.4 Kalitelnost legované oceli 4140

Klíčovou vlastností legované oceli 4140 je její dobrá prokalitelnost, která se vztahuje k její schopnosti zkalení tepelným zpracováním. Jedná se o míru hloubky, do které ocel zkalí po kalení. Pro specializované aplikace nabízejí oceli 4140H zaručené vlastnosti prokalitelnosti, často ověřené pomocí zkoušky kalení na konci dle Jominyho, s požadavky, jako je minimální tvrdost 49 HRC při specifických vzdálenostech Jominyho.

4. Tepelné zpracování

Dosažení špičkového výkonu u aplikací s legovanou ocelí 4140 závisí na přesném a vhodném tepelném zpracování. Jako všestranná chrom-molybdenová legovaná ocel 4140 nabízí při správném zpracování vynikající kombinaci pevnosti, houževnatosti a odolnosti proti opotřebení.

4.1 Procesy tepelného zpracování legované oceli 4140

Na legovanou ocel 4140 lze aplikovat několik standardních tepelných zpracování pro dosažení široké škály mechanických vlastností. Výběr správného procesu je pro konečné použití zásadní.

4.1.1 Normalizace oceli 4140

Normalizace se často používá jako kondicionační úprava před konečným tepelným zpracováním nebo ke zjemnění struktury zrna u součástí, které prošly nerovnoměrným ochlazením z vysokých teplot. Tento proces zlepšuje homogenitu a mechanické vlastnosti oceli 4140.

Teplota ohřevu: 845 °C až 925 °C (1550 °F až 1700 °F). Běžný specifický rozsah je 870 °C až 900 °C (1600 °F až 1650 °F).
Doba působení: Minimálně 1 hodina nebo 15–20 minut na každých 25 mm (1 palec) maximální tloušťky řezu.
Chlazení: Vzduchové chlazení.

4.1.2 Žíhání oceli 4140

Žíhání se používá především ke změkčení legované oceli 4140, ke zlepšení její obrobitelnosti a uvolnění vnitřního pnutí. Toto ošetření vede k tvárnějšímu materiálu.

Teplota ohřevu: Typicky 830 °C až 870 °C (1525 °F až 1600 °F). Alternativní rozsah pro dosažení maximální tvrdosti 197 HB je 790 °C až 845 °C (1450 °F až 1550 °F).
Doba výdrže: Závisí na tloušťce profilu nebo zatížení pece.
Chlazení: Pec se ochlazuje kontrolovanou rychlostí přibližně 15 °C/h (30 °F/h) až na 480 °C (900 °F), následuje ochlazení vzduchem.
Očekávaná tvrdost: Přibližně 150-200 HB v žíhaném stavu.

4.1.3 Sféroidizace oceli 4140 pro lepší obrobitelnost

Sferoidizace vytváří mikrostrukturu globulárních karbidů uvnitř feritické matrice, která je optimální pro obrobitelnost oceli 4140.

Teplota ohřevu: 760 °C až 775 °C (1400 °F až 1425 °F).
Doba výdrže: 4 až 12 hodin.
Chlazení: Pomalé chlazení. Poznámka: Úplná sferoidizace může zahrnovat austenitizující při teplotách mírně nad Ac1 nebo uprostřed mezi Ac1 a Ac3, následované velmi pomalým ochlazováním nebo udržováním.

4.1.4 Kalení legované oceli 4140: Kalení a popouštění

Nejběžnější metodou pro dosažení vysoké pevnosti a houževnatosti legované oceli 4140 je... kalení a temperováníToto dvoustupňové tepelné zpracování legované oceli 4140 je klíčové pro náročné aplikace.

a. Austenitizace (zahřívání pro kalení).

Teplota ohřevu v peci: 830 °C až 855 °C (1525 °F až 1575 °F).
Teplota indukčního ohřevu: Pro indukční kalení se doporučuje 870 °C až 900 °C (1600 °F až 1650 °F).
Obecný rozsah kalení: 860 °C až 885 °C (1575 °F až 1625 °F).
Doba namáčení: Obecně se doporučuje 5 minut na palec (25 mm) nejmenšího průřezu, jakmile součást dosáhne požadované teploty.

b. Kalení.

Kalící médium: Olej je preferovaným médiem pro ocel 4140. Kalení vodou je možné, ale zvyšuje riziko praskání a deformace v důsledku obsahu uhlíku v oceli; pokud se používá, je nutná mimořádná opatrnost.
Kritický krok po kalení: Popouštění musí být zahájeno, jakmile díly vychladnou na 52 °C až 65 °C (125 °F až 150 °F), aby se zabránilo praskání.
Kontrola zkreslení: U plochých nebo trubkových profilů může vertikální ponoření během kalení pomoci minimalizovat napětí a zkreslení.

c. Popouštění oceli 4140.

Postup: Zahřejte kalený díl na specifickou teplotu pod kritickým bodem (Ac1), udržujte jej dostatečně dlouho a poté ochlaďte.
Doba výdrže: Typicky 2 hodiny na palec (25 mm) průřezu.
Rozsah „modré křehkosti“: Nepopouštějte ocel 4140 v rozmezí teplot 230 °C až 370 °C (450 °F až 700 °F), protože to může vést ke snížení houževnatosti.

4.2 Prokalitelnost oceli 4140

Prokalitelnost se vztahuje k hloubce, do které lze ocel prokalit během kalení. Chrom a molybden legované oceli 4140 významně přispívají k její prokalitelnosti. Je důležité si uvědomit, že mechanické vlastnosti, zejména u větších průřezů, se mohou lišit od povrchu k jádru v důsledku rozdílů v rychlostech ochlazování.

4.3 Specializované tepelné zpracování pro legovanou ocel 4140

Kromě primárních procesů lze na ocel 4140 pro specifické požadavky aplikovat i další úpravy:

a. Zmírnění stresu:

Účel: Snížení vnitřního napětí vyvolaného obráběním, tvářením nebo rovnáním, zejména před kalením.
Teplota: 650 °C až 675 °C (1200 °F až 1250 °F). Pokud se aplikuje na kalený materiál, teplota pro uvolnění pnutí nesmí překročit předchozí teplotu popouštění.

b. Indukční kalení:

Účel: Technika povrchového kalení pro výrazné zlepšení odolnosti proti opotřebení a meze kluzu povrchu, čímž se vytvoří tvrdý plášť přes houževnatější jádro. Často se používá pro čepy, hřídele a další vysoce namáhané součásti po primárním kalení a popouštění.
Austenitizační teplota (indukční): 870 °C až 900 °C (1600 °F až 1650 °F).
Popouštění (indukční): Zahrnuje velmi krátké cykly; čas a teplota jsou kritické.

c. Nitridace:

Účel: Proces povrchového kalení, který zavádí dusík do povrchu oceli, čímž zvyšuje odolnost proti opotřebení a často i únavovou životnost. Ocel 4140 je snadno nitridovatelná.
Teplota: Typicky kolem 520 °C až 550 °C (970 °F až 1020 °F) po delší dobu v atmosféře bohaté na dusík.

5. Použití legované oceli 4140

Aplikace legované oceli 4140 plně těží z tepelného zpracování. Procesy jako kalení a popouštění vyvíjejí širokou škálu mechanických vlastností.

5.1 Průmyslové využití legované oceli 4140

Díky svým inherentním vlastnostem je ocel 4140 mimořádně vhodná pro širokou škálu součástí v různých průmyslových odvětvích. Zde je rozpis typických aplikací legované oceli 4140:

Kategorie aplikace	Konkrétní příklady	Využité klíčové vlastnosti 4140
Strojní součásti	Hřídele (primární použití), nápravy, ozubená kola, vřetena, spojky, klikové hřídele, ojnice, víka ventilů, tělesa sklíčidel, kleštiny	Vysoká mez kluzu a pevnost v tahu, dobrá houževnatost, odolnost proti opotřebení, střední prokalitelnost
Nástroje a přípravky	Přípravky, upínací přípravky, držáky nástrojů, vrtací límce, šrouby, svorníky, díly dopravníků	Dobrá pevnost, trvanlivost, obrobitelnost (zejména předkalené nebo modifikované jakosti)
Automobilový a letecký průmysl	Nápravy, klikové hřídele, řídicí čepy, vysoce pevné konstrukční díly	Poměr pevnosti k hmotnosti, Odolnost proti únavě, Houževnatost
Ropný a plynárenský průmysl	Nástroje pro vrtání do hlubin, Klouby nástrojů, Hřídele čerpadel	Pevnost při namáhání, odolnost proti opotřebení a mírné korozi
Povrchově kalené díly	Součásti vyžadující zvýšenou odolnost povrchu	Vynikající pro nitridaci (lepší než 4337, 4340, 8640), vhodné pro indukční a plamenné kalení

5.2 Úpravy oceli 4140 pro specifické aplikace

Tepelné zpracování a kalitelnost:

Dobrá prokalitelnost je zásadní pro mnoho aplikací legované oceli 4140, která zajišťuje dostatečnou tvrdost v celém průřezu součásti. I když se nekalí do hloubky jako slitiny jako 4340, nabízí vynikající rovnováhu pro mnoho velikostí součástí. Předkalená ocel 4140 (obvykle 262-321 HB) je oblíbená pro strojní díly a nástroje díky svým vysokým mezím kluzu a pevnosti v tahu ihned po použití, což často eliminuje další tepelné zpracování ze strany koncového uživatele.

Možnosti povrchového kalení:

Pro vynikající odolnost povrchu proti opotřebení nabízí legovaná ocel 4140 vynikající vlastnosti pro povrchové kalení. Je obzvláště vhodná pro nitridaci a často překonává jiné oceli obsahující chrom díky vyššímu obsahu chromu a bezniklovému složení. Indukční a plamenné povrchové kalení jsou také běžné metody pro vylepšení povrchů součástí z oceli 4140.

Úvahy o obrobitelnosti:

Zatímco standardní ocel 4140 má rozumnou obrobitelnost, pro aplikace, které upřednostňují snadnou obrobitelnost, jsou k dispozici modifikované jakosti. Resulfurované verze (např. 4140+S) a olovnaté varianty (např. 41L40) jsou automatové nízkolegované oceli, které nabízejí vylepšené obrobitelnost pro velkoobjemovou výrobu.

Svařitelnost:

Ocel s legovanou ocelí 4140 je svařitelná, ale její schopnost kalení na vzduchu a vyšší uhlíkový ekvivalent vyžadují specifické postupy, jako je předehřev, odlehčení pnutí po svařování (např. žíhání nebo normalizace a popouštění) a vhodné přídavné materiály, aby se zabránilo praskání a zajistily se pevné svary. Její konstrukce se zaměřovala na vysokou pevnost pomocí tepelného zpracování, nikoli na optimální svařitelnost.

Dostupné formuláře a specifikace:

Pro různé aplikace s legovanou ocelí 4140 je tato jakost k dispozici v různých formách:

Předvalky
Tyče (kulaté, čtvercové, ploché)
Tyče
Výkovky
List
Hadice
Světelná deska

Mezi specifické AMS (Specifikace leteckých materiálů) patří:

AMS 6349B: Normalizované tyče
AMS 6381E, AMS 6390C: Mechanické trubky
AMS 6382K: Tyče, výkovky a kroužky

6. Ekvivalentní jakosti pro legovanou ocel 4140

Evropa (EN/DIN): 42CrMo4 nebo 1.7225
Japonsko (JIS): SCM440
Čína (VB/T): 42CrMo
Velká Británie (BS): EN19 (nebo 708M40/709M40)

Odhalte vynikající výkon s prémiovou legovanou ocelí 4140

Jako váš důvěryhodný partner využívá Aobo Steel více než 20 let zkušeností s kováním dodat vysoce kvalitní legovanou ocel 4140, precizně vyrobenou dle vašich specifikací. Zajistit pevnost, odolnost a spolehlivost, kterou vaše kritické aplikace vyžadují.

Jste připraveni vylepšit svůj projekt? Vyplňte níže uvedený formulář a získejte personalizovanou cenovou nabídku nebo odbornou konzultaci od našich specialistů.

Naše produkty

Prozkoumejte naše další produkty

D2/1.2379/SKD11

D3/1.2080/SKD1

D6/1,2436/SKD2

A2/1.23663/SKD12

O1/1.2510/SKS3

O2/1,2842

S1/1,2550

S7/1,2355

DC53

H13/1.2344/SKD61

H11/1.2343/SKD6

H21/1,2581/SKD7

L6/1.2714/SKT4

M2/1.3343/SKH51

M35/1.3243/SKH55

M42/1.3247/SKH59

P20/1,2311

P20+Ni/1,2738

420/1.2083/2Cr13

422 z nerezové oceli

Ložisková ocel 52100

Nerezová ocel 440C

4140/42CrMo4/SCM440

4340/34CrNiMo6/1,6582

4130

5140/42Cr4/SCR440

SCM415