A 4140 ötvözött acél egy sokoldalú Cr-Mo ötvözött acél, amely jó szilárdságot, szívósságot és edzhetőséget kínál, így megfelelő hőkezelés után közepesen zord üzemi körülmények között is használható. Fő ötvözőelemei a króm és a molibdén.
1. Alkalmazások
- Gépalkatrészek: Tengelyek (elsődleges felhasználási terület), Tengelyek, Fogaskerekek, Orsók, Kuplungok, Főtengelyek, Hajtórudak, Szelepfedelek, Tokmánytestek, Szorítóhüvelyek
- Szerszámok és szerelvények: Befogók, Szerelvények, Szerszámtartók, Fúrógyűrűk, Csavarok, Csavarok, Szállítószalag alkatrészek
- Autóipar és repülőgépipar: Tengelyek, Főtengelyek, Kormánycsuklók, Nagy szilárdságú szerkezeti alkatrészek
- Olaj- és gázipar: Fúrólyukfúró szerszámok, Szerszámcsatlakozók, Szivattyútengelyek
- Felületedzett alkatrészek: Fokozott felületi tartósságot igénylő alkatrészek
2. 4140 acélösszetétel1
| Szén (C) | Mangán (Mn) | Szilícium (Si) | Króm (Cr) | Molibdén (Mo) | Foszfor (P) | Kén (S) |
| 0,38 – 0,43 | 0,75 – 1,00 | 0,15 – 0,35 | 0,80 – 1,10 | 0,15 – 0,25 | ≤ 0,035 | ≤ 0,040 |
3. Fizikai tulajdonságok
A 4140 ötvözött acél fizikai tulajdonságai különböző hőmérsékletek alatt
| Hőmérséklet (°C) | Hőmérséklet (°F) | Hővezető képesség (W/m·K) | Átlagos fajhő (kJ/kg·K) | Átlagos lineáris hőtágulási együttható (x 10⁻⁶ K⁻¹) | Sűrűség (kg/m³) | Young-modulus (× 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 |
4. Mechanikai tulajdonságok
4140 steel properties can be significantly tailored through heat treatment. Quenching and tempering can improve the yield strength, tensile strength, and notch toughness of 4140 metal.
4.1 Edzett és megeresztett 4140 fém
Amikor a 4140-es acélt olajban edzik, majd különböző hőmérsékleteken megeresztik, mechanikai tulajdonságai kiszámíthatóan változnak. Ez lehetővé teszi az acél végső jellemzőinek pontos szabályozását, hogy megfeleljenek az adott üzemi követelményeknek. Az alábbiakban összefoglaljuk a különböző megeresztési hőmérsékleteken elért tipikus mechanikai tulajdonságokat:
| Edzési hőmérséklet | 4140 Szakítószilárdság (MPa) | 4140 Folyáshatár (MPa) | Nyúlás (%) | Területcsökkentés (%) | Keménység (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 |
4.2 A keresztmetszet méretének (tömeghatás) hatása a 4140 anyagtulajdonságaira
Fontos figyelembe venni a 4140-es acélalkatrész keresztmetszetét, vagyis tömegét a hőkezelési specifikáció során, különösen akkor, ha nagy szilárdságú szintet céloznak meg. Az AISI 4140 nem mélyedző acél, és azonos hőkezelési körülmények között a nagyobb keresztmetszetek nem biztos, hogy elérik ugyanazt az összkeménységet vagy szilárdságot, mint a kisebb keresztmetszetek.
Az alábbi táblázat a 4140-es rúdátmérő hatását szemlélteti a 845 °C-ról (1550 °F) olajban edzett és 540 °C-on (1000 °F) megeresztett 4140-es acél mechanikai tulajdonságaira:
A rúdátmérő hatása a 4140 acél mechanikai tulajdonságaira (540 °C / 1000 °F-on megeresztve)
| Rúd átmérője | Szakítószilárdság (MPa) | Folyáshatár (MPa) | Nyúlás (%) | Területcsökkentés (%) | Felületi keménység (HB) |
| 25 mm (1 hüvelyk) | 1140 | 985 | 15 | 50 | 335 |
| 50 mm (2 hüvelyk) | 920 | 750 | 18 | 55 | 202 |
| 75 mm (3 hüvelyk) | 860 | 655 | 19 | 55 | 293 |
4.3 Lágyított 4140 acél mechanikai tulajdonságai
A lágyítást is két állapotra osztják: meleghengerlésre és hideghúzásra.
| Állapot | folyáshatár | Szakítószilárdság | Nyúlás |
| Melegen hengerelt, lágyított | 454 MPa (65 ksi) | 620 MPa (90 ksi) | ~27% |
| Hidegen húzott, lágyított | 620 MPa (90 ksi) | 703 MPa (102 ksi) | ~18% |
4.4 4140 acél hegesztése2
A 4140-es acél nagy edzhetőségű. A 4140-es acél hegesztésekor a hőhatásövezet (HAZ) és a hegesztési varrat gyorsan lehűlhet, ami kemény, rideg martenzit kialakulásához vezethet. Ez a martenzit hidrogénrepedésre hajlamos, ami nagy belső feszültségekhez és csökkent képlékenységhez vezethet, megnehezítve a hegesztési folyamatot. Javasoljuk, hogy lehetőség szerint a 4140-es acél lágyított állapotában hegesszen, és a hegesztés után hőkezelést végezzen a nagy edzhetőségével járó kockázatok csökkentése érdekében.
Érdekli a 4140 ötvözött acél? Kérjük, töltse ki az alábbi űrlapot, hogy még ma kapcsolatba léphessen velünk!
5. Hőkezelés
5.1 Normalizing
A normalizálás egy hőkezelési eljárás, amelynek célja a szemcseméret finomítása, az egyenletes szerkezet elérése és a megmunkálhatóság javítása a kívánt keménység elérése érdekében.
The normalizing temperature range is 870-900°C (1600-1650°F). Hold at this temperature for at least 1 hour, or 15 to 20 minutes per 25 mm (1 inch) of maximum section thickness. After holding, cool the material to room temperature in the air. 4140 hardness after normalizing is 150-200 HB.
5.2 Annealing
Annealing is primarily used to soften the steel and relieve stresses, thereby preparing it for subsequent processing, such as machining.
The annealing temperature ranges from 830 to 870 °C (1525 to 1600 °F). The holding time depends on the section thickness or furnace load. Based on Aobo Steel’s more than 20 years of industry experience, the holding time is: 1 hour for each 25 mm (1 inch) of section thickness, with an additional 0.5 hours added for each additional 25 mm (1 inch) of thickness. After holding, the material is furnace-cooled at a rate of approximately 15 °C/h (30 °F/h) down to 480 °C (900 °F) and then air-cooled. The hardness of 4140 after annealing is 150-200 HB.
5.3 Quenching
Hardening involves heating the steel to form austenite, followed by rapid cooling to transform it into martensite, thereby increasing 4140’s hardness and strength.
The austenitizing temperature ranges from 860 to 885 °C (1550 to 1660 °F). Based on our experience, we recommend a temperature of 855 °C (1575 °F). Avoid using excessively high temperatures, as this may result in excessive austenite grain size and martensite brittleness. The soaking time is 5 minutes per inch of the smallest cross-section, or until the part is thoroughly soaked. The quenching medium is oil.
5.4 Tempering
A megeresztést azonnal el kell végezni, amikor a 4140 acél hőmérséklete eléri a 52–65 °C (125–150 °F).
The tempering temperature range is 200-700°C (400-1300°F). The temperature we commonly use is 175°C (350°F). The holding time determines the steel 4140 hardness. Our standard holding time is 2 hours per inch (25 mm) of cross-section. It is important to avoid under-tempering.
4140 steel typically does not require secondary tempering; however, multiple tempering cycles can refine the grain structure to further enhance toughness. The temperature for the second tempering should be 14°C (25°F) lower than the first tempering temperature to maintain the original 4140 material hardness.
We do NOT suggest tempering within the temperature range of 230–370°C (450–700°F), as this temperature range can cause “blue brittleness.” The microstructure of quenched and tempered 4140 steel is typically tempered martensite.
5.5 Spheroidizing
Spheroidizing produces a microstructure of globular carbides in a ferritic matrix, which improves machinability. Spheroidizing temperature is 760-775°C (1400-1425°F), with a hold time of 4 to 12 hours, followed by slow cooling.
Spheroidization can also be achieved by prolonged holding just below the Ae1 temperature, by heating and cooling alternately between temperatures just above Ac1 and just below Ar1, or by heating just above Ac1 followed by very slow furnace cooling or holding at a temperature just below Ar1. For full spheroidizing, austenitizing temperatures are slightly above the Ac1 temperature, or about midway between Ac1 and Ac3.
6. Egyenértékű
- Európa (EN/DIN): 42CrMo4 vagy 1.7225
- Japán (JIS): SCM440
- Kína (GB/T): 42CrMo
- Nagy-Britannia (BS): EN19 (vagy 708M40/709M40)
- ASM Nemzetközi. (1991). ASM kézikönyv, 4. kötet: Hőkezelés (496. o.). ASM International. ↩︎
- Jenney, CL és O'Brien, A. (szerk.). (2000). Hegesztési kézikönyv, kilencedik kiadás, 1. kötet: Hegesztéstudomány és -technológia (141. o.). Amerikai Hegesztő Társaság. ↩︎
GYIK
Nem, a 4140 acél nem minősül rozsdamentes acélnak.
A 4140 acélt széles körben használják mechanikailag igénybe vett alkatrészekhez, különösen azokhoz, amelyek hőkezeléssel vagy felületi edzéssel készülnek. Konkrét felhasználási területei a következők:
Gépalkatrészek: Különböző gépalkatrészek, gépek, nyomástartó edények és szerkezeti alkalmazások.
Tengelyek és tengelyek: Főtengelyek, kardántengelyek, vezérműtengelyek, csigatengelyek, vasúti tengelyek és gépészeti tengelyek.
Gépalkatrészek és szerszámok: Orsók, fogaskerekek, csavarok, hengerek, hengerperselyek, bütykök, főtengelyek, reteszek, puskacsövek és golyósmalom golyók.
Felületedzett alkatrészek: Lánggal felületedzett, indukciós felületedzett alkatrészek (pl. tengelyek, kritikus üzemanyag-befecskendező alkatrészek), valamint fogaskerekek kemény fogfelületei.
Rögzítőelemek: Csavarok, csavarok és egyéb rögzítőelemek.
Kopóalkatrészek: Nagy magszilárdságot és jó szívósságot igénylő, jó kopásállóságot mutató alkatrészek.
Autóipari és ipari alkalmazások: Autóipari főtengelyek, motorok dugattyúrudai, cellulóz- és papíripari alkatrészek, valamint 400 ℃ alatt működő sütőalkatrészek.
A 4140-et kifejezetten ötvözött acélként osztályozzák specifikus kémiai összetétele miatt, beleértve a krómot és a molibdént, amelyeket a sima szénacélokon túlmutató kívánt tulajdonságok elérése érdekében adnak hozzá.
Az AISI/SAE 4140 acél kínai megfelelője a 42CrMo.
Igen, a 4140 valóban egy olyan acél, amelyet általában kovácsolnak, és kovácsolt formában is megtalálható.
A késekhez ajánlott acél a martenzites rozsdamentes acél vagy a speciális, magas széntartalmú szerszámacél. A 4140-es acél NEM alkalmas.
Igen, a 4140 acél hajlítható, és hőkezelése, valamint mechanikai tulajdonságai befolyásolják ezt a képességét.
Igen, a 4140 acél rozsdásodhat. Mivel a 4140 egy vasalapú ötvözet, hajlamos a rozsdásodásra, különösen nedvesség és oxigén jelenlétében, és hosszú távú kültéri használat esetén jellemzően védőintézkedéseket igényel.
Igen, a 4140-es acél alacsony ötvözetűnek minősül.
Are you looking for 4140 Alloy Steel?
As your trusted partner, Aobo Steel leverages over 20 years of forging expertise to deliver top-grade 4140 alloy steel, precision-engineered to your exact specifications. Ensure the strength, durability, and reliability your critical applications demand.
Ready to enhance your project? Please fill out the form below to receive a personalized quote or expert consultation from our specialists.