Oțel aliat 4140 | 42CRMO4 | SCM440

AOBO STEEL - Furnizor global de încredere de oțel pentru scule

Oțelul aliat 4140 este un oțel aliat Cr-Mo versatil, care oferă o bună rezistență, tenacitate și călibilitate, fiind potrivit pentru condiții de utilizare moderat severe după un tratament termic adecvat. Este clasificat având ca elemente principale de aliere cromul și molibdenul.

1. Compoziția chimică a oțelului aliat 4140

Carbon (C): Variază de la 0,38% la 0,43%. Conținutul mai mare de carbon în comparație cu oțelul 4130 contribuie la o călibilitate și o rezistență mai mari.
Mangan (Mn): De obicei, în intervalul 0,75% - 1,00%.
Siliciu (Si): De obicei între 0,15% și 0,35%.
Crom (Cr): Interval de valori între 0,80% și 1,10%. Unele standarde pot indica un interval de valori între 0,90% și 1,20%.
Molibden (Mo): În general, între 0,15% și 0,25%. Alte standarde ar putea enumera între 0,15% și 0,30%. Molibdenul ajută la obținerea unei microstructuri fine dorite după prelucrarea la cald și tratamentul termic.
Fosfor (P): Maxim de 0,035%.
sulf (S): Maxim 0,040%. Unele standarde specifice ar putea specifica un maxim de 0,035%.

2. Proprietăți fizice

Proprietățile fizice ale oțelului aliat 4140 (42CrMo4) în funcție de temperatură

Temperatura (°C)	Temperatură (°F)	Conductivitate termică (W/m·K)	Capacitate termică specifică medie (kJ/kg·K)	Coeficient mediu de dilatare liniară (x 10⁻⁶ K⁻¹)	Densitate (kg/m³)	Modulul lui Young (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. Proprietăți mecanice

Proprietățile mecanice ale oțelului aliat 4140 pot fi adaptate semnificativ prin tratament termicCel mai comun proces, călirea și revenirea, este utilizat pe scară largă pentru piese de mașini, recipiente sub presiune și aplicații structurale pentru a îmbunătăți rezistența la curgere, rezistența la tracțiune și tenacitatea la crestare dincolo de ceea ce este realizabil în stări laminate, recoapte sau normalizate.

3.1 Oțel 4140 călit și revenit

Când oțelul 4140 este călit în ulei și apoi revenit la diferite temperaturi, proprietățile sale mecanice se schimbă previzibil. Acest lucru permite un control precis asupra caracteristicilor finale ale oțelului pentru a îndeplini cerințele operaționale specifice. Mai jos este un rezumat al proprietăților mecanice tipice obținute la diferite temperaturi de revenire:

Tabelul 1: Proprietăți mecanice tipice ale oțelului aliat 4140 călit și revenit în ulei

Temperatura de temperare	Rezistența la tracțiune (MPa)	Limita de curgere (MPa)	Alungire (%)	Reducere în suprafață (%)	Duritate (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

Notă: Valorile pot varia în funcție de practicile specifice de fabricație și de mici diferențe compoziționale. HB reprezintă duritatea Brinell.

3.2 Influența dimensiunii secțiunii (efect de masă) asupra proprietăților oțelului 4140

Este important să se ia în considerare dimensiunea secțiunii, sau masa, componentei din oțel 4140 în timpul specificațiilor tratamentului termic, în special atunci când se urmăresc niveluri ridicate de rezistență. AISI 4140 nu este un oțel cu călire profundă, ceea ce înseamnă că secțiunile mai mari pot să nu atingă aceeași duritate sau rezistență ca secțiunile mai mici atunci când sunt supuse aceluiași tratament termic.

Următorul tabel ilustrează efectul diametrului barei asupra proprietăților mecanice ale oțelului 4140 călit în ulei de la 845 °C (1550 °F) și revenit la 540 °C (1000 °F):

Tabelul 2: Efectul diametrului barei asupra proprietăților mecanice ale oțelului 4140 (revenit la 540 °C / 1000 °F)

Diametrul barei	Rezistența la tracțiune (MPa)	Limita de curgere (MPa)	Alungire (%)	Reducere în suprafață (%)	Duritatea suprafeței (HB)
25 mm (1 inch)	1140	985	15	50	335
50 mm (2 in.)	920	750	18	55	202
75 mm (3 in.)	860	655	19	55	293

Înțelegerea acestui efect de masă este crucială pentru proiectarea componentelor care vor funcționa fiabil.

3.3 Proprietățile mecanice ale oțelului 4140 în alte condiții

Pe lângă călire și revenire, oțelul aliat 4140 poate fi furnizat sau prelucrat în alte condiții:

3.3.1 Oțel 4140 recopt

Recoacerea, care implică încălzirea oțelului la o temperatură cuprinsă între 830 °C și 870 °C (1525 °F și 1600 °F), urmată de răcirea lentă în cuptor, are ca rezultat un material mai moale și mai ductil. Această condiție este adesea preferată pentru operațiunile ulterioare de prelucrare.

Laminat la cald, recopt 4140: De obicei, prezintă o rezistență la curgere de aproximativ 434 MPa (63 ksi) și o rezistență la tracțiune de 620 MPa (90 ksi), cu o alungire de aproximativ 27%.
Trași la rece, recopți 4140: În general, prezintă o rezistență mai mare, cu o limită de curgere tipică de 620 MPa (90 ksi) și o rezistență la tracțiune de 703 MPa (102 ksi) și o alungire de aproximativ 18%.

3.3.2 Oțel 4140 normalizat

Normalizarea implică încălzirea oțelului 4140 la o temperatură cuprinsă între 845 °C și 925 °C (1550 °F și 1700 °F), urmată de răcire cu aer. Acest proces rafinează structura granulară și îmbunătățește uniformitatea. De exemplu, o piesă forjată pentru capac de supapă din oțel 4140, atunci când este normalizată la 870 °C (1600 °F) și ulterior revenită, poate atinge o duritate cuprinsă între 220 și 240 HB.

3.4 Călibilitatea oțelului aliat 4140

O caracteristică cheie a oțelului aliat 4140 este călibilitatea sa bună, care se referă la capacitatea sa de a fi călit prin tratament termic. Aceasta este o măsură a adâncimii la care oțelul se va căli după călire. Pentru aplicații specializate, clasele de oțel 4140H oferă caracteristici de călibilitate garantate, adesea verificate folosind testul de călire finală Jominy, cu cerințe precum o duritate minimă de 49 HRC la distanțe specifice Jominy.

4. Tratament termic

Obținerea performanței maxime în aplicațiile oțelului aliat 4140 depinde de un tratament termic precis și adecvat. Fiind un oțel aliat versatil cu crom-molibden, 4140 oferă o combinație excelentă de rezistență, tenacitate și rezistență la uzură atunci când este procesat corect.

4.1 Procese de tratament termic pentru oțelul aliat 4140

Oțelului aliat 4140 i se pot aplica mai multe tratamente termice standard pentru a obține o gamă largă de proprietăți mecanice. Selectarea procesului corect este crucială pentru aplicația finală.

4.1.1 Normalizarea oțelului 4140

Normalizarea este adesea utilizată ca tratament de condiționare înainte de tratamentul termic final sau pentru a rafina structura granulară a componentelor care au suferit o răcire neuniformă la temperaturi ridicate. Acest proces îmbunătățește omogenitatea și proprietățile mecanice ale oțelului 4140.

Temperatură de încălzire: 845°C - 925°C (1550°F - 1700°F). Un interval specific comun este 870°C - 900°C (1600°F - 1650°F).
Timp de menținere: Minim 1 oră sau 15-20 de minute pentru fiecare 25 mm (1 inch) de grosime maximă a secțiunii.
Răcire: Răcire cu aer.

4.1.2 Recoacerea oțelului 4140

Recoacerea este utilizată în principal pentru a înmuia oțelul aliat 4140, îmbunătățindu-i prelucrabilitatea și ameliorând tensiunile interne. Acest tratament are ca rezultat un material mai ductil.

Temperatură de încălzire: De obicei 830°C până la 870°C (1525°F până la 1600°F). Un interval alternativ pentru atingerea unei durități maxime de 197 HB este 790°C până la 845°C (1450°F până la 1550°F).
Timp de menținere: Depinde de grosimea secțiunii sau de sarcina cuptorului.
Răcire: Răcirea cuptorului se face la o rată controlată de aproximativ 15°C/h (30°F/h) până la 480°C (900°F), urmată de răcire cu aer.
Duritate așteptată: Aproximativ 150-200 HB în stare recoaptă.

4.1.3 Sferoidizarea oțelului 4140 pentru o prelucrabilitate îmbunătățită

Sferoidizarea creează o microstructură de carburi globulare într-o matrice feritică, ceea ce este optim pentru prelucrabilitatea oțelului 4140.

Temperatură de încălzire: 760°C - 775°C (1400°F - 1425°F).
Timp de menținere: 4 până la 12 ore.
Răcire: Răcire lentă. Notă: Sferoidizarea completă poate implica austenitizant la temperaturi puțin peste Ac1 sau la jumătatea distanței dintre Ac1 și Ac3, urmată de răcire sau menținere foarte lentă.

4.1.4 Călirea oțelului aliat 4140: Călire și revenire

Cea mai comună metodă de a obține o rezistență și o tenacitate ridicate în oțelul aliat 4140 este prin stingere şi temperareAcest tratament termic în două etape al oțelului aliat 4140 este esențial pentru aplicațiile solicitante.

a. Austenitizare (încălzire pentru călire).

Temperatura de încălzire a cuptorului: 830°C până la 855°C (1525°F până la 1575°F).
Temperatura de încălzire prin inducție: Pentru călirea prin inducție se recomandă o temperatură între 870°C și 900°C (1600°F și 1650°F).
Interval general de călire: 860°C până la 885°C (1575°F până la 1625°F).
Timp de înmuiere: O regulă generală este de 5 minute per inch (25 mm) din cea mai mică secțiune transversală odată ce piesa atinge temperatura.

b. Stingere.

Mediu de călire: Uleiul este mediul preferat pentru oțelul 4140. Călirea cu apă este posibilă, dar crește riscul de fisurare și distorsiune din cauza conținutului de carbon al oțelului; dacă este utilizată, este necesară o precauție extremă.
Etapa critică post-călire: Revenirea trebuie inițiată imediat ce piesele se răcesc la 52°C până la 65°C (125°F până la 150°F) pentru a preveni fisurarea.
Controlul distorsiunii: Pentru secțiunile plate sau tubulare, imersia verticală în timpul călirii poate ajuta la minimizarea stresului și a distorsiunii.

c. Revenirea oțelului 4140.

Proces: Încălziți piesa călită la o temperatură specifică sub punctul critic (Ac1), mențineți-o o durată suficientă de timp, apoi răciți.
Timp de menținere: De obicei 2 ore pe inch (25 mm) de secțiune transversală.
Intervalul de „fragilitate albastră”: Evitați revenirea oțelului 4140 între 230°C și 370°C (450°F și 700°F), deoarece acest lucru poate duce la o tenacitate redusă.

4.2 Călibilitatea în oțelul 4140

Călibilitatea se referă la adâncimea la care oțelul poate fi călit în timpul călirii. Cromul și molibdenul oțelului aliat 4140 contribuie semnificativ la călibilitatea sa. Este esențial să se recunoască faptul că proprietățile mecanice, în special în secțiuni transversale mai mari, pot varia de la suprafață la miez din cauza diferențelor de viteze de răcire.

4.3 Tratamente termice specializate pentru oțelul aliat 4140

Dincolo de procesele primare, oțelului 4140 i se pot aplica și alte tratamente pentru cerințe specifice:

a. Ameliorarea stresului:

Scop: Reducerea tensiunilor interne induse de prelucrare, formare sau îndreptare, în special înainte de călire.
Temperatură: 650°C până la 675°C (1200°F până la 1250°F). Dacă se aplică pe material întărit, temperatura de detensionare nu trebuie să depășească temperatura anterioară de revenire.

b. Călire prin inducție:

Scop: O tehnică de călire a suprafeței pentru a îmbunătăți semnificativ rezistența la uzură și limita de curgere a suprafeței, creând o carcasă dură peste un miez mai dur. Adesea utilizată pentru știfturi, arbori și alte componente cu sarcini mari după o călire și revenire primară.
Temperatura de austenitizare (inducție): 870°C până la 900°C (1600°F până la 1650°F).
Revenire (inducție): Implică cicluri foarte scurte; timpul și temperatura sunt critice.

c. Nitrurare:

Scop: Un proces de călire a suprafeței care introduce azot în suprafața oțelului, sporind rezistența la uzură și adesea îmbunătățind durata de viață la oboseală. Oțelul 4140 este ușor nitrurabil.
Temperatură: De obicei, între 520°C și 550°C (970°F și 1020°F) pentru perioade lungi de timp într-o atmosferă bogată în azot.

5. Aplicații ale oțelului aliat 4140

Aplicațiile oțelului aliat 4140 beneficiază din plin de tratamentul termic. Procese precum călirea și revenirea dezvoltă o gamă largă de proprietăți mecanice.

5.1 Utilizări industriale ale oțelului aliat 4140

Proprietățile inerente ale oțelului 4140 îl fac excepțional de potrivit pentru o gamă diversă de componente din diverse industrii. Iată o defalcare a aplicațiilor tipice ale oțelului aliat 4140:

Categoria aplicației	Exemple specifice	Proprietăți cheie 4140 utilizate
Componente pentru mașini	Arbori (utilizare principală), Axe, Angrenaje, Fuse, Cuplaje, Arbori cotiți, Biele, Capace de supape, Corpuri de mandrină, Pinioane	Rezistență mare la tracțiune și la curgere, Tenacitate bună, Rezistență la uzură, Călibilitate moderată
Scule și accesorii	Dispozitive de fixare, Suporturi pentru scule, Coliere de găurit, Șuruburi, Știfturi, Piese pentru benzi transportoare	Rezistență bună, Durabilitate, Prelucrabilitate (în special clasele precălite sau modificate)
Auto și aerospațial	Axe, Arbori cotiți, Fuzete, Piese structurale de înaltă rezistență	Raportul rezistență-greutate, Rezistență la oboseală, Tenacitate
Industria petrolului și gazelor	Unelte de foraj în gaură, Îmbinări de scule, Arbore de pompă	Rezistență la stres, Rezistență la uzură și coroziune moderată
Piese călite la suprafață	Componente care necesită o durabilitate sporită a suprafeței	Excelent pentru nitrurare (mai bun decât 4337, 4340, 8640), Potrivit pentru inducție și călire la flacără

5.2 Adaptarea oțelului 4140 pentru aplicații specifice

Tratament termic și călibilitate:

O bună călibilitate este esențială pentru multe aplicații ale oțelului aliat 4140, asigurând o duritate suficientă pe toată secțiunea transversală a piesei. Deși nu se călește la fel de profund ca aliajele precum 4340, oferă un echilibru excelent pentru multe dimensiuni de componente. Oțelul precălit 4140 (de obicei 262-321 HB) este popular pentru piese de mașini și scule datorită rezistenței sale ridicate la tracțiune și la curgere, gata de utilizare, eliminând adesea un tratament termic suplimentar de către utilizatorul final.

Capacități de călire a suprafeței:

Pentru o rezistență superioară la uzură, oțelul aliat 4140 oferă caracteristici excelente pentru călirea suprafeței. Este deosebit de potrivit pentru nitrurare, depășind adesea alte oțeluri care conțin crom datorită conținutului mai mare de crom și compoziției fără nichel. Călirea prin inducție și prin flacără sunt, de asemenea, metode comune pentru îmbunătățirea suprafețelor componentelor 4140.

Considerații privind prelucrabilitatea:

Deși standardul 4140 are o prelucrabilitate rezonabilă, pentru aplicațiile care prioritizează ușurința prelucrării, sunt disponibile clase modificate. Versiunile resulfurate (de exemplu, 4140+S) și variantele cu plumb (de exemplu, 41L40) sunt oțeluri slab aliate, ușor de prelucrat, oferind o prelucrare îmbunătățită pentru producția de volum mare.

Sudabilitate:

Oțelul aliat 4140 este sudabil, dar natura sa de călire la aer și echivalentul mai mare în carbon necesită proceduri specifice, cum ar fi preîncălzirea, detensionarea post-sudură (de exemplu, recoacere sau normalizare și revenire) și materiale de adaos adecvate pentru a preveni fisurarea și a asigura suduri solide. Designul său s-a concentrat pe rezistență ridicată prin tratament termic, nu pe sudabilitate optimă.

Forme și specificații disponibile:

Pentru a servi diverselor aplicații ale oțelului aliat 4140, această calitate este disponibilă în diferite forme:

Țagle
Bare (rotunde, pătrate, plate)
Tije
Forjate
Foaie
Tubing
Placă de lumină

Specificațiile specifice ale materialelor aerospațiale (AMS) includ:

AMS 6349B: Bare normalizate
AMS 6381E, AMS 6390C: Tuburi mecanice
AMS 6382K: Bare, piese forjate și inele

6. Clase echivalente pentru oțelul aliat 4140

Europa (EN/DIN): 42CrMo4 sau 1.7225
Japonia (JIS): SCM440
China (GB/T): 42CrMo
Marea Britanie (BS): EN19 (sau 708M40/709M40)

Deblocați performanța superioară cu oțelul premium 4140 din aliaj

În calitate de partener al dumneavoastră de încredere, Aobo Steel valorifică peste 20 de ani de expertiză în forjare pentru a livra oțel aliat 4140 de cea mai bună calitate, proiectat cu precizie conform specificațiilor dumneavoastră exacte. Asigurați rezistența, durabilitatea și fiabilitatea de care au nevoie aplicațiile dumneavoastră critice.

Ești gata să-ți îmbunătățești proiectul? Completați formularul de mai jos pentru a primi o ofertă personalizată sau o consultație de specialitate de la specialiștii noștri.

Produsele noastre

Explorați celelalte produse ale noastre

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

otel inoxidabil 422

52100 oțel pentru rulmenți

Oțel inoxidabil 440C

4140/42CrMo4/SCM440

4340/34CrNiMo6/1.6582

4130

5140/42Cr4/SCR440

SCM415