A 4340 ötvözött acél egy kiemelkedő közepes széntartalmú, alacsony ötvözetű acéltípus, és ultra nagy szilárdságú acélként ismert. Gyakran tekintik annak a szabványnak, amelyhez más ultra nagy szilárdságú acélokat hasonlítanak. A 4340 ötvözött acél UNS (Unified Numbering System) jelölése G43400. Nemzetközi szinten olyan szabványoknak felel meg, mint az SNB23-1-5 vagy SNB24-1-5 Japánban, és a 34CrNiMo6 Európában. Az AMS (Aerospace Material Specification) száma is 6414.

1. Alkalmazások

Repülőgépek és űrhajózás: Repülőgép-alkatrészek. Repülőgép-futóművek. Sárkányszerkezet-alkatrészek. Hajtórudak
Gépalkatrészek: Fogaskerekek. Fogaskerekek. Tengelyek. Főtengelyek és dugattyúrudak motorokhoz. Bordás tengelyek
Rögzítőelemek: Csavarok, csavarok, szegek
Szerkezeti elemek: Nyomástartó edények. Hegyi kerékpár vázak

2. 4340 acélösszetétel¹

Szén (C)	Króm (Cr)	Nikkel (Ni)	Molibdén (Mo)	Mangán (Mn)	Szilícium (Si)	Foszfor (P)	Kén (S)
0,38 – 0,43%	0,70 – 0,90%	1,65 – 2,00%	0,20 – 0,30%	0,60 – 0,80%	0,20 – 0,35%	≤ 0,035% (maximum)	≤ 0,040% (maximum)

3. 4340 ötvözött acél tulajdonságai

3.1 Mechanikai tulajdonságok

4340 alloy steel exhibits excellent strength, good ductility, and outstanding toughness, as well as resistance to fatigue and creep. Its tempering properties after quenching are roughly equivalent to those of carbon steel. Mechanical properties are greatly influenced by the tempering temperature after oil quenching.

The following table lists the 4340 steel material properties in different oil quenching and tempering conditions.

Edzési hőmérséklet	Szakítószilárdság (MPa / ksi)	Folyáshatár (MPa / ksi)	Keménység (HB / HRC)	Ütésállóság
205°C (400°F)	~1980 / ~287	~1860 / ~270	~520HB / ~53HRC	Viszonylag alacsonyabb
425°C (800°F)	~1500 / ~217	~1365 / ~198	~440HB / ~46HRC	Mérsékelt
540°C (1000°F)	~1150 / ~167	~1050 / ~152	~360HB/~39HRC	Jelentősen magasabb
650°C (1200°F)	~1020 / ~148	~860 / ~125	~290HB / ~31HRC	Magas

Edzés és megeresztés után az AISI 4340 ötvözött acél léces martenzites mikroszerkezetet képez. Gyors hűtés során a martenzit képződését térfogat-növekedés kíséri. A hűtési sebességtől függően más mikroszerkezetek, például bainit is kialakulhatnak.

3.2 Megmunkálhatóság

Az AISI 4340 acél megmunkálhatóságát általában 55%-nek minősítik hidegen húzott anyag esetén és 45%-nek lágyított anyag esetén, a B1112 acélhoz képest (100%). Az optimális megmunkálhatóság érdekében részben gömb alakú mikroszerkezet ajánlott, amelyet normalizálással, majd megeresztéssel érnek el.

3.3 Hegeszthetőség

A 4340 acél kiváló hegeszthetőséggel rendelkezik, és gáz- vagy ívhegesztéssel is összeilleszthető. Levegőn edzhető acélként azonban bizonyos védőintézkedéseket is igényel. Az AISI 4340 acél nehezebben hegeszthető, mint a hagyományos szénacél, és a hegesztés során elő kell melegíteni az anyagot, valamint szabályozni kell a közbenső hőmérsékletet. Ezenkívül a hegesztés után a lehető leghamarabb el kell végezni a lágyítást vagy normalizálást, majd a megeresztést. 

3.4 Nitridálás

AISI 4340 can be readily nitrided, and this process often improves its fatigue life. While 4140 steel, because of its higher chromium content and nickel-free composition, generally exhibits superior nitriding characteristics, 4340 still develops a heavier nitrided case than 8640 steel during the initial 24 hours of nitriding. Typical nitriding temperatures for 4340 steel range from 510 °C to 550°C (950°F to 1020°F). Based on our customers’ applications of nitrided 4340 steel for gear manufacturing, the core hardness typically ranges from 38 to 42 HRC.

3.5 Potential Issues and Processing Precautions

Users of material 4340 should be aware of potential challenges:

• Reccsenés: A vízzel való oltás jelentősen növeli a repedések kockázatát.
• Hidrogén okozta ridegedés: Ez aggodalomra adhat okot, ha az acélt nagyon nagy szakítószilárdságúra hőkezeljük (kb. 1400 MPa / 200 ksi felett). A pácolás vagy galvanizálás után javasoljuk a hőkezelést.
• Feszültségkorróziós repedés: AISI 4340 acél exhibits poor resistance to stress-corrosion cracking, particularly when tempered to high tensile strengths (1,500 to 1,950 MPa / 220 to 280 ksi).
• Intergranuláris törés: Az érzékenységet a szennyeződések és a hidrogén jelenléte befolyásolja.
• Indulatridegedés: Ez egy ismert jelenség ennél az ötvözetnél.

4. Hőkezelés

A 4340 acél hőkezelése számos kulcsfontosságú folyamatot foglal magában, amelyek mindegyike befolyásolja a végső mikroszerkezetét és mechanikai tulajdonságait:

4.1 Kovácsolás

A kovácsolási hőmérséklet 1065–1230 °C (1950–2250 °F). A kovácsolási folyamat után az alkatrészeket száraz környezetben, levegőn vagy előnyösen kemencében lehet hűteni. A 4340-es acél folyási feszültsége körülbelül 15%-vel növekedhet a melegkovácsolási hőmérséklet 55 °C-os (100 °F) csökkenésével. 

4.2 Normalizing

A normalizálás javíthatja a 4340 acél mikroszerkezetét magas hőmérsékleten történő egyenetlen hűtés után. Ez az eljárás ötvözött acél kovácsolásokra, hengerelt termékekre és öntvényekre is alkalmazható.

Heat 4340 steel to a temperature 55 to 85°C (100 to 150°F) above its phase transformation temperature (845 to 900°C, or 1550 to 1650°F), at which the original microstructure is completely dissolved into austenite. The material is then cooled to room temperature in air.

4.3 Annealing

A 4340-es acél lágyítási hőmérséklete 790-845 °C (1450-1550 °F), a maximális keménység a lágyítás után 223 HB.

4.4 Kioltás

Heat 4340 steel to its austenitic transformation temperature, which ranges from 800 to 845°C (1475 to 1550°F). We usually select an austenitizing temperature of 845°C (1550°F). Soak for approximately 15 minutes per 25 mm (1 inch) of section size, with a minimum hold time of 150 minutes, followed by annealing. For thin-section 4340 steel, annealing is performed by air annealing. For circular sections with a diameter not exceeding 75 mm (3 inches), oil quenching may be used.

 4340 acél izotermikus átalakulási diagramja, amely 0,42% C-t, 0,78% Mn-t, 1,79% Ni-t, 0,80% Cr-t és 0,33% Mo-t tartalmaz. [Forrás: The Making, Shaping and Treating of Steels, 9. kiadás, uo.]

4.5 Tempering

Tempering effectively reduces the brittleness of untempered martensite. Tempering temperatures range from 200 to 650°C (400 to 1200°F) to achieve the required strength levels, and can even reach as high as 705°C (1300°F).

For AISI 4340 steel oil-quenched at 845°C (1550°F), we strongly recommend a tempering temperature of 425°C (800°F). For water-quenched 4340 steel, we recommend a tempering temperature of 650°C (1200°F).

Variation in hardness with tempering temperature of 4340 steel. All specimens were oil quenched from 845 °C (1550 °F) and tempered for 2 h at the temperature. AQ, as-quenched².

4.6 Stress Relieving

Ez a lépés a kiegyenesítés, alakítás vagy megmunkálás során keletkező maradékfeszültség csökkentésére szolgál. A 4340-es acél feszültségmentesítését az edzés előtt, 650–675 °C (1200–1250 °F) hőmérsékleten végzik. Edzett 4340-es anyag esetén a feszültségmentesítési hőmérséklet nem haladhatja meg az előző megeresztési hőmérsékletet. 

4.7 Spheroidizing

A szferoidizációs kezelés célja egy gömb alakú keményfém mikroszerkezet kialakítása a ferrites mátrixban, amely lágyítja az acélt. A 4340-es acél szferoidizációs kezelésének maximális hőmérséklete 760-775°C (1400-1425°F). A félig szferoidizált szerkezetet normalizálással, majd 650°C-on (1200°F) történő megeresztéssel kapjuk.

5. 4340 acél egyenértékű minőségek

Ország/Régió	Egyenértékű osztályzat
Amerika	AISI/SAE 4340
Japán	JIS SNCM439
Kína	GB 40CrNiMoA
EU	HU 34CrNiMo6 (1,6582)

1. ASM Nemzetközi. (1991). ASM kézikönyv, 4. kötet: Hőkezelés (496. o.). ASM International. ↩︎
2. ASM Nemzetközi. (1991). ASM kézikönyv, 4. kötet: Hőkezelés (p. 506). ASM International. ↩︎

GYIK