4140 alaşımlı çelik, iyi mukavemet, tokluk ve sertleştirilebilirlik sunan çok yönlü bir Cr-Mo alaşımlı çeliktir ve uygun ısıl işlemden sonra orta derecede şiddetli servis koşulları için uygundur. Birincil alaşım elementleri olarak Krom ve Molibden ile sınıflandırılır.

1. Uygulamalar

• Makine Bileşenleri: Miller (birincil kullanım), Akslar, Dişliler, Mil, Kaplinler, Krank Milleri, Bağlantı Çubukları, Vana Kapakları, Mandren Gövdeleri, Pensler
• Takımlar ve Fikstürler: Fikstürler, Fikstürler, Takım tutucular, Matkap yakaları, Cıvatalar, Saplamalar, Konveyör parçaları
• Otomotiv ve Havacılık: Akslar, Krank milleri, Direksiyon mafsalları, Yüksek mukavemetli yapısal parçalar
• Petrol ve Gaz Endüstrisi: Kuyu içi sondaj aletleri, Alet bağlantıları, Pompa milleri
• Yüzey Sertleştirilmiş Parçalar: Geliştirilmiş yüzey dayanıklılığı gerektiren bileşenler

2. 4140 Çelik Bileşimi¹

Karbon (C)	Manganez (Mn)	Silisyum (Si)	Krom (Cr)	Molibden (Mo)	Fosfor (P)	Sülfür (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. Fiziksel özellikler

Farklı Sıcaklıklarda 4140 Alaşımlı Çeliğin Fiziksel Özellikleri

Sıcaklık (°C)	Sıcaklık (°F)	Isıl İletkenlik (W/m·K)	Ortalama Özgül Isı Kapasitesi (kJ/kg·K)	Doğrusal Genleşmenin Ortalama Katsayısı (x 10⁻⁶ K⁻¹)	Yoğunluk (kg/m³)	Young Modülü (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

4. Mekanik Özellikler

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 Söndürülmüş ve Temperlenmiş 4140 Metal

4140 çeliği yağda söndürülüp daha sonra çeşitli sıcaklıklarda temperlendiğinde, mekanik özellikleri tahmin edilebilir şekilde değişir. Bu, belirli operasyonel gereklilikleri karşılamak için çeliğin son özellikleri üzerinde hassas kontrol sağlar. Aşağıda farklı temperleme sıcaklıklarında elde edilen tipik mekanik özelliklerin bir özeti verilmiştir:

Tavlama Sıcaklığı	4140 Çekme Dayanımı (MPa)	4140 Akma Dayanımı (MPa)	Uzama (%)	Alanda Azalma (%)	Sertlik (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 Kesit Boyutunun (Kütle Etkisi) 4140 Malzeme Özellikleri Üzerindeki Etkisi

Özellikle yüksek mukavemet seviyeleri hedeflendiğinde, ısıl işlem spesifikasyonu sırasında 4140 çelik bileşeninin kesit boyutunu veya kütlesini dikkate almak önemlidir. AISI 4140, derin sertleştirmeye uygun bir çelik değildir ve aynı ısıl işlem koşulları altında, daha büyük kesitler, daha küçük kesitlerle aynı genel sertlik veya mukavemete ulaşamayabilir.

Aşağıdaki tablo, 845 °C'de (1550 °F) yağda söndürülmüş ve 540 °C'de (1000 °F) temperlenmiş 4140 çeliğin mekanik özellikleri üzerinde 4140 çubuk çapının etkisini göstermektedir:

Çubuk Çapının 4140 Çelik (540 °C / 1000 °F'de Temperlenmiş) Mekanik Özellikleri Üzerindeki Etkisi

Çubuk Çapı	Çekme Dayanımı (MPa)	Akma Dayanımı (MPa)	Uzama (%)	Alanda Azalma (%)	Yüzey Sertliği (HB)
25 mm (1 inç)	1140	985	15	50	335
50 mm (2 inç)	920	750	18	55	202
75 mm (3 inç)	860	655	19	55	293

4.3 Tavlanmış 4140 Çelik Mekanik Özellikleri

Tavlama da kendi içinde sıcak haddeleme ve soğuk çekme olmak üzere ikiye ayrılır.

Durum	Akma Dayanımı	Çekme Dayanımı	Uzama
Sıcak Haddelenmiş, Tavlanmış	454 MPa (65 ksi)	620 MPa (90 ksi)	~27%
Soğuk Çekilmiş, Tavlanmış	620 MPa (90 ksi)	703 MPa (102 ksi)	~18%

4.4 4140 çeliğinin kaynaklanması²

4140 çeliği yüksek sertleştirilebilirliğe sahiptir. 4140 kaynaklandığında, ısıdan etkilenen bölge (HAZ) ve kaynak metali hızla soğuyabilir ve bu da sert, kırılgan martensit oluşumuna yol açabilir. Bu martensit, yüksek iç gerilimlere ve sünekliğin azalmasına yol açabilen hidrojen çatlamasına karşı hassastır ve kaynak işlemini daha zor hale getirir. Mümkün olduğunda 4140 tavlanmış durumda kaynak yapmanızı ve yüksek sertleştirilebilirliğiyle ilişkili riskleri azaltmak için kaynaktan sonra ısıl işlem yapmanızı öneririz.

5. Isıl İşlem

5.1 Normalizing

Normalizasyon, tane boyutunu iyileştirmek, homojen bir yapı elde etmek ve istenilen sertliği elde etmek için işlenebilirliği artırmak amacıyla kullanılan bir ısıl işlem prosesidir. 

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

Tavlama, öncelikle çeliği yumuşatmak ve gerilimleri gidermek, böylece onu daha sonraki işleme (örneğin işleme) için hazırlamak amacıyla kullanılır.

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

4140 çeliğinin sıcaklığı 100°C'ye ulaştığında hemen temperleme yapılmalıdır. 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. Eşdeğer

• Avrupa (EN/DIN): 42CrMo4 veya 1.7225
• Japonya (JIS): SCM440
• Çin (GB/T): 42CrMo
• Büyük Britanya (BS): TR19 (veya 708M40/709M40)

1. ASM Uluslararası. (1991). ASM El Kitabı, Cilt 4: Isıl İşlem (s. 496). ASM International. ↩︎
2. Jenney, CL ve O'Brien, A. (Ed.). (2000). Kaynak El Kitabı, Dokuzuncu Baskı, Cilt 1: Kaynak Bilimi ve Teknolojisi (s. 141). Amerikan Kaynak Derneği. ↩︎

SSS