4340 강철 특성
4340은 중탄소 니켈-크롬-몰리브덴 합금강(AISI/SAE 4340)입니다. 초고강도 구조용강에 속하며, 심경화성, 고강도에서의 높은 인성, 그리고 우수한 피로 성능이 특징입니다. 대표적인 용도로는 항공기 착륙장치, 고하중 축 및 차축, 기어, 크랭크축, 그리고 두꺼운 단면에서 높은 응력을 받는 기타 부품들이 있습니다.
미리 기대치를 설정하는 것이 중요합니다. 4340은 공구강이 아닙니다. 구조용 합금강으로, 금형 및 절삭 작업에 필요한 내마모성이나 고온 경도를 위해 설계된 강종이 아닙니다. 금형, 펀치 또는 고온 가공 공구용 재료를 선택하는 경우, 아래의 공구강과의 비교 내용을 참조하십시오.
국제적 등가물
| 기준 | 지정 |
| AISI/SAE(미국) | 4340 |
| GB(중국) | 40CrNiMoA |
| JIS(일본) | SNCM439 |
| DIN/EN (독일어) | 1.6565 (40NiCrMo6) |
| BS(영국) | 817M40 (EN24) |
이 두 재질은 정확히 일치하는 것은 아니지만 유사한 재질입니다. SNCM439는 니켈 함량 면에서 AISI 4340과 가장 유사합니다. GB 40CrNiMoA는 니켈 함량이 1.25~1.65%로 AISI 4340(1.65~2.00%)보다 낮으며, 817M40은 크롬 함량이 더 높습니다. 재질을 서로 대체할 때는 정확한 사양을 확인해야 합니다.
화학적 조성
| 요소 | AISI 4340 | GB 40CrNiMoA |
| 탄소 © | 0.38에서 0.43까지 | 0.37에서 0.44까지 |
| 망간(Mn) | 0.60에서 0.80까지 | 0.50에서 0.80까지 |
| 실리콘(Si) | 0.15에서 0.35까지 | 0.17에서 0.37까지 |
| 니켈(Ni) | 1.65에서 2.00까지 | 1.25에서 1.65까지 |
| 크롬(Cr) | 0.70에서 0.90까지 | 0.60에서 0.90까지 |
| 몰리브덴(Mo) | 0.20에서 0.30까지 | 0.15에서 0.25까지 |
| 인(P) | 최대 0.035 | 최대 0.035 |
| 황(S) | 최대 0.040 | 최대 0.035 |
수치는 백분율로 표시됩니다. 니켈, 크롬, 몰리브덴의 조합이 4340강의 특성을 결정합니다. 니켈은 특히 저온에서 인성을 높이고 크롬 및 몰리브덴과 함께 작용하여 경화성을 단면 깊숙이까지 향상시킵니다. 또한 몰리브덴은 템퍼링 취성에 대한 민감도를 감소시키고 템퍼링 과정에서 강재의 강도를 유지하는 데 도움을 줍니다.
기계적 특성 및 열처리 반응
4340강은 매우 높은 강도를 가지면서도 적절한 인성을 유지하는데, 이러한 균형이 4340강의 핵심적인 특성입니다. 아래 수치는 오일 담금질 후 템퍼링 처리 시의 일반적인 범위입니다. 실제 값은 단면 크기, 정확한 템퍼링 온도 및 시험 기준에 따라 달라집니다.
| 상태 | 인장력 | 생산하다 | 연장 | 경도 |
| 어닐링된 | 약 745 MPa | 약 470 MPa | ~22% | ~217 HB |
| Q&T, 저온(~200°C) | 1800~2000 MPa | 1500~1700 MPa | 8~12% | 50~54 HRC |
| Q&T, 중간 온도(~400°C) | 1300~1500 MPa | 1150~1350 MPa | 10에서 14%까지 | 40~45 HRC |
| Q&T, 고온(~600°C) | 1000~1200 MPa | 850~1000 MPa | 14에서 20%까지 | 32~38 HRC |
담금질 직후의 경도는 템퍼링 전 약 55~57 HRC입니다. 템퍼링은 경도와 강도를 희생하여 인성과 연성을 향상시키는 과정이므로, 템퍼링 온도는 하중 조건에 맞춰 선택됩니다.
주의 깊게 살펴봐야 할 담금질 범위
4340강을 템퍼링할 때 중요한 두 가지 형태의 취성 현상이 있습니다. 230°C에서 370°C 범위에서 템퍼링하면 템퍼링된 마르텐사이트가 취성화되어 경도는 높게 유지되더라도 충격 인성이 저하될 수 있습니다. 또한, 약 375°C에서 575°C 사이의 온도에서 서서히 냉각하면 이전 오스테나이트 결정립계에 인이 편석되어 가역적인 템퍼링 취성이 발생할 수 있습니다. 충격 하중을 받는 부품의 경우, 제조업체는 일반적으로 템퍼링 온도를 약 230°C 이하 또는 약 425°C 이상으로 유지하고 고온 범위에서 급속 냉각합니다. 4340강에 함유된 몰리브덴은 이러한 민감성을 감소시키지만 완전히 제거하지는 못합니다.
강화성: 주요 장점
엔지니어들이 4340강을 선호하는 이유는 바로 뛰어난 경화성 때문입니다. 니켈-크롬-몰리브덴 합금계 덕분에 4340강은 오일 담금질 시 두꺼운 단면 전체에 걸쳐 마르텐사이트 변태를 일으키므로, 대형 축이나 랜딩 기어 부품은 표면에서 중심부까지 거의 균일한 경도를 얻을 수 있습니다. 4140과 같은 저합금강은 가는 봉에서는 경화가 잘 되지만, 두꺼운 단면에서는 중심부가 연화되어 강도가 약해지는 경향이 있습니다. 약 75~100mm 이상의 단면에서 모든 특성이 요구될 경우, 4340강이 실용적인 선택이 되는 경우가 많습니다.
4340 대 4140
4140 4140과 4340은 크롬-몰리브덴을 기본 원소로 사용합니다. 차이점은 니켈 함량입니다. 4140에는 니켈이 거의 없지만, 4340에는 1.65~2.00%가 함유되어 있으며, 이 니켈 함량이 실제 사용에서 두 금속을 구분하는 주요 요인입니다.
| 재산 | 4340 | 4140 |
| 심층 경화성 | 험준한 지형에서 탁월한 성능을 발휘합니다. | 보통의 |
| 고강도에서의 인성 | 훌륭한 | 좋은 |
| 피로도 | 더 높은 | 좋은 |
| 저온 인성 | 좋은 | 적절한 |
| 상대적 비용 | 더 높은 (니켈 함량) | 낮추다 |
4140강으로는 경화가 불가능한 두꺼운 단면에서 완전한 경도가 필요할 때, 높은 강도에서 최대 인성이 요구될 때, 항공기 부품이나 고하중 샤프트와 같이 피로 하중을 받는 부품일 때, 또는 저온 인성이 중요한 경우에는 4340강을 선택하는 것이 좋습니다. 중간 강도의 얇은 단면에는 일반적으로 4140강이 더 경제적인 선택입니다.
4340 vs 공구강
많은 구매자들이 이 페이지를 찾는 이유가 바로 이 점 때문이므로, 명확하게 설명하는 것이 중요합니다. 4340강은 금형 및 절삭 가공 작업에서 공구강을 대체할 수 없습니다.
| 요구 사항 | 4340 | 공구강(D2/H13) |
| 내마모성 | 낮은 | 탄화물 부피로 인해 높음 |
| 고온 경도 | 가난한 | 좋음(H13) |
| 엣지 유지 | 가난한 | 좋은 |
| 최대 실제 경도 | 경도 50~55 HRC | 58~64 HRC |
| 구조적 강도와 인성 | 훌륭한 | 보통의 |
4340강은 부품이 구조적이며 상온 또는 적당한 온도에서 극한의 강도와 인성이 요구되는 경우에 적합합니다. 공구강은 부품이 마모에 강해야 하고, 절삭날을 유지해야 하며, 고온에서도 경도를 유지해야 하는 경우에 적합합니다. 냉간 가공 금형에는 다음과 같은 재질이 필요합니다. 디2 또는 A2. 고온 작업용 금형 또는 압출 공구에는 다음이 필요합니다. H13 또는 H11. 이러한 용도로 4340을 사용하면 조기 마모 및 변형이 발생합니다.
일반적인 응용 분야
4340강은 항공기 착륙 장치 및 구조 부품, 헬리콥터 및 동력 전달 장치 축, 중하중 차축 및 구동축, 기어, 크랭크축, 고강도 볼트, 총열 등에 사용됩니다. 피로에 민감한 항공우주 부품은 개재물을 줄이고 피로 수명을 연장하기 위해 진공 재용융(VAR 또는 ESR) 4340강으로 제작되는 경우가 많습니다. 깨끗한 강재는 반복 하중 하에서 균열 발생을 억제하기 때문입니다.