Si vous concevez des composants qui ont besoin de gérer un stress extrême, impact, ou des charges lourdes - comme le train d'atterrissage aérospatial, arbres de grue industrielle, ou des pièces automobiles haute performance - vous avez besoin d'un matériau qui offre une résistance exceptionnelleet dureté.AISI 4340 acier en alliage est la solution premium: comme nickel-chrome-molybdène (In-cr-i) alliage, il offre plusrésistance à la traction, limite de fatigue, et la ténacité à basse température que les grades à faible alliage comme AISI 4130 ou AISI 4140. Ce guide décompose ses propriétés, Applications du monde réel, processus de fabrication, et des comparaisons de matériel pour vous aider à résoudre les défis de conception les plus exigeants à haute charge.
1. Propriétés matérielles de l'AISI 4340 Acier en alliage
Les performances de l'AISI 4340 proviennent de sa conception quadruple alliage: Le nickel stimule la ténacité, Le chrome améliore la résistance à la corrosion et la durabilité, Le molybdène améliore la résistance à haute température, et les équilibres en carbone contrôlés et la ductilité. Explorons ses principales propriétés en détail.
1.1 Composition chimique
AISI 4340 adhère aux normes ASTM A29 / A29m, avec un contrôle précis sur les éléments d'alliage pour hiérarchiser la forte résistance et la ténacité. Ci-dessous est sa composition typique:
| Élément | Symbole | Plage de contenu (%) | Rôle clé |
|---|---|---|---|
| Carbone (C) | C | 0.38 – 0.43 | Active le traitement thermique; Livre la baserésistance à la traction |
| Chrome (Croisement) | Croisement | 0.70 – 0.90 | Renforcerrésistance à la corrosion et durabilité; améliore la résistance à l'usure |
| Molybdène (MO) | MO | 0.20 – 0.30 | Augmentationlimite de fatigue et stabilité à haute température; empêche le fluage sous des charges lourdes |
| Nickel (Dans) | Dans | 1.65 – 2.00 | Booster de ténacité de base; maintientrésistance à l'impact à basse température (-40 ° C) |
| Manganèse (MN) | MN | 0.60 – 0.80 | Affine la structure des grains; renforcerductilité sans réduire la force |
| Silicium (Et) | Et | 0.15 – 0.35 | Désoxydation du sida; soutient la stabilité structurelle pendant le traitement thermique |
| Phosphore (P.) | P. | ≤ 0.035 | Minimisé pour éviter une fracture fragile dans les conditions à basse température ou à forte stress |
| Soufre (S) | S | ≤ 0.040 | Contrôlé à l'équilibremachinabilité et la ténacité (inférieur S = meilleure résistance à l'impact) |
| Vanadium (V) | V | ≤ 0.03 | Élément trace; affine les grains pour une résistance uniforme à travers les sections épaisses |
| Cuivre (Cu) | Cu | ≤ 0.30 | Élément trace; ajoute une légère résistance à la corrosion atmosphérique pour les pièces extérieures |
1.2 Propriétés physiques
Ces traits font de l'AISI 4340 Convient pour des environnements extrêmes - des conditions aérospatiales inférieures à zéro aux machines industrielles à haute chaleur:
- Densité: 7.85 g / cm³ (Identique aux aciers standard)—Simplifie les calculs de poids pour les pièces à charge lourde comme les arbres de grue
- Point de fusion: 1,425 – 1,450 ° C (2,597 – 2,642 ° F)- Compatible avec le forgeage et le traitement thermique pour des formes complexes
- Conductivité thermique: 42.0 Avec(m · k) à 20 ° C; 38.0 Avec(m · k) à 300 ° C - Insure même la distribution de la chaleur pendant la trempe (réduit la distorsion)
- Coefficient de dilatation thermique: 11.5 × 10⁻⁶ / ° C (20 – 100 ° C)—Minime le stress des balançoires de température (Par exemple, Cycles de décollage / d'atterrissage aérospatial)
- Propriétés magnétiques: Ferromagnétique - Entre des tests non destructeurs (CND) comme un réseau en phase ultrasonique pour détecter les défauts internes en parties épaisses.
1.3 Propriétés mécaniques
Les performances mécaniques de l'AISI 4340 sont inégalées parmi les aciers en alliage de milieu de gamme, Surtout après le traitement thermique. Vous trouverez ci-dessous des valeurs typiques pour les conditions courantes:
| Propriété | Méthode de mesure | Recuit (Condition douce) | Éteint & Tempéré (300 ° C) | Éteint & Tempéré (600 ° C) |
|---|---|---|---|---|
| Dureté (Rockwell) | CRH | 20 – 23 CRH | 52 – 55 CRH | 30 – 33 CRH |
| Dureté (Vickers) | HT | 190 – 220 HT | 500 – 530 HT | 290 – 320 HT |
| Résistance à la traction | MPA (ksi) | 700 MPA (102 ksi) | 1,800 MPA (261 ksi) | 1,050 MPA (152 ksi) |
| Limite d'élasticité | MPA (ksi) | 450 MPA (65 ksi) | 1,600 MPA (232 ksi) | 900 MPA (130 ksi) |
| Élongation | % (dans 50 MM) | 22 – 26% | 7 – 9% | 16 – 18% |
| Résistance à l'impact | J. (à -40 ° C) | ≥ 70 J. | ≥ 30 J. | ≥ 55 J. |
| Limite de fatigue | MPA (faisceau rotatif) | 350 MPA | 800 MPA | 500 MPA |
1.4 Autres propriétés
Les traits de l'AISI 4340 résolvent des défis de conception à haute charge:
- Soudabilité: Modéré - Require préchauffant à 250–300 ° C et traitement thermique post-affaire (Pwht) Pour éviter de craquer, mais produit des joints forts pour les pièces porteuses.
- Formabilité: Fair - Best forgé (pas plié) Dans l'état recuit; formes complexes (Par exemple, Gear Blanks) sont créés par forge à chaud pour maintenir la force.
- Machinabilité: Bon dans l'état recuit (20–23 HRC); Les pièces traitées à la chaleur ont besoin d'outils en carbure (En raison de la dureté élevée) mais toujours coupé proprement.
- Résistance à la corrosion: Modéré - Résistants rouille légère et produits chimiques; pour des environnements durs (Par exemple, marin), Ajouter le placage chromé ou le revêtement en céramique.
- Dureté: Le contenu exceptionnel - Nickel maintient les choses -40 ° C (Critique pour les pièces industrielles aérospatiales et froides), Même à haute résistance.
2. Applications de l'AISI 4340 Acier en alliage
L'équilibre à haute résistance de l'AISI 4340 le rend idéal pour les composants qui ne peuvent pas échouer sous des charges extrêmes. Voici ses utilisations clés:
- Composants aérospatiaux: Pêche à l'atterrissage, chariot moteur, et arbres de rotor d'hélicoptère - Prise des effets de décollage / d'atterrissage et de températures inférieures à zéro.
- Pièces automobiles: Chantingharts de moteur de course haute performance, engins de transmission, et boîtiers différentiels - tolérations à chaleur élevée et à chaleur moteur.
- Composants mécaniques: Arbres lourds (grue, fouille), Rams de presse hydrauliques, et les rotors de la turbine - les charges se chargent jusqu'à 100+ des tonnes sans se pencher.
- Machines industrielles: GRANDES DE MINUATION DE L'ÉQUIPE, rouleaux de l'accusant en acier, et les arbres de générateur d'alimentation - les résistances à l'usure et le chargement cyclique pour 10+ années.
- Équipement de construction: Grue, essieux au bulldozer, et pile les cannes du conducteur - Absorbe l'impact du levage de lourds et du contact au sol.
- Composants de défense: Épingles de bande de roulement, mécanismes de recul d'artillerie, et parties de lanceur de missiles - assez pour un stress de qualité militaire.
3. Techniques de fabrication pour AISI 4340 Acier en alliage
Produisant AISI 4340 nécessite une précision, en particulier dans le traitement thermique - pour débloquer son potentiel de tassement de résistance complet. Voici le processus étape par étape:
- Acier:
- AISI 4340 est fabriqué en utilisant un Fournaise à arc électrique (AEP) (recycle l'acier de ferraille) ou Fournaise de base à l'oxygène (BOF). Nickel (1.65–2,00%), chrome (0.70–0,90%), et molybdène (0.20–0,30%) sont ajoutés lors de la fusion pour assurer une distribution d'alliage uniforme.
- Forgeage & Roulement:
- La plupart des AISI 4340 parts start as Forgée chaude blanks (1,150 – 1,250 ° C)—Orger aligne la structure des grains, Alimentation de la force. Après avoir forgé, blanks are Chaud roulé to rough shapes (barres, assiettes) ou laissé à fond pour des pièces de forme quasi (Par exemple, vilebrequin).
- Traitement thermique (Critique pour la performance):
- Recuit: Chauffé à 815–845 ° C, tenu 3 à 4 heures, refroidi au ralenti 650 ° C. Adoucire l'acier (20–23 HRC) pour l'usinage et le forge.
- Éteinte: Chauffé à 845–870 ° C (austénidation), tenu 1 à 2 heures (plus longtemps pour les pièces épaisses), refroidi dans l'huile (pas de l'eau - réduit le risque de fissuration). Durci à 58–60 hrc.
- Tremper: Réchauffé à 200–650 ° C (en fonction des besoins):
- 300 ° C: Force maximale (1,800 Tensile MPA) pour les pièces de haute charge.
- 600 ° C: Balanced Forcedoughness (1,050 Tensile MPA) Pour les pièces sujettes à l'impact.
- Usinage:
- AISI recuit 4340 est usiné avec des outils HSS ou en carbure pour tourner, fraisage, ou forage. Pièces traitées à la chaleur (52–55 HRC) Besoin d'outils en carbure revêtu (Par exemple, Tialn) Pour réduire l'usure. Pour précision (Par exemple, sièges de roulement), Le broyage de finition est utilisé.
- Traitement de surface:
- Placage: Placage chromé (se résistance à l'usure) pour les arbres; placage nickel (résistance à la corrosion) pour les pièces aérospatiales.
- Revêtement: Revêtement en céramique (résistance à la solution élevée) pour les pièces du moteur; revêtement époxy (résistance chimique) pour les machines industrielles.
- Nitrative: Facultatif - CHÉRES À 500–550 ° C dans l'ammoniac de gaz pour durcir la surface (60–65 HRC) sans distorsion, Idéal pour les engrenages et les roulements.
- Contrôle de qualité:
- Analyse chimique: La spectrométrie de masse vérifie le nickel, chrome, et les niveaux de molybdène (par ASTM A29 / A29M).
- Tests mécaniques: Traction, impact (-40 ° C), et les tests de dureté confirment les performances.
- CND: Vérification des tests à ultrasons pour les défauts internes; L'inspection des particules magnétiques trouve des fissures de surface.
- Analyse microstructurale: La microscopie optique assure une structure de grains uniformes (Pas de gros grains qui provoquent une faiblesse).
4. Études de cas: AISI 4340 en action
Les vrais projets mettent en évidence la capacité de l'AISI 4340 à gérer des charges extrêmes.
Étude de cas 1: Engin d'atterrissage aérospatial (ROYAUME-UNI.)
Un fabricant d'avion avait besoin de entretoises d'atterrissage qui pourraient gérer 120 kn impact charges et -40 ° C Températures. Ils ont choisi AISI 4340, traité à la chaleur à 300 ° C (52 CRH) pour la force. Après 10,000 cycles d'atterrissage, Les entretoises n'ont montré aucune fissure de fatigue - en passant par AISI 4140 se pavaner (qui a échoué à 6,000 cycles). Cela a prolongé la durée de vie de l'équipement d'atterrissage par 67%, économie $200,000 par avion en entretien.
Étude de cas 2: Arbre de grue industrielle (Allemagne)
Un aciérique avait besoin d'un arbre de grue pour soulever des bobines en acier de 150 tonnes. Ils ont remplacé l'aisi 4140 Arbre avec AISI 4340 (traité à la chaleur à 450 ° C pour la ténacité). Le nouvel arbre a duré 8 années - la durée de vie de l'ancienne - parce que sa teneur en nickel a empêché la fatigue des cycles de levage répétés. Le moulin sauvé $150,000 en coûts de remplacement et évité 3 Arrêt de production.
5. AISI 4340 contre. Autres matériaux
Comment AISI 4340 Comparez aux aciers à bas alliage et aux matériaux premium?
| Matériel | Similitudes avec AISI 4340 | Différences clés | Mieux pour |
|---|---|---|---|
| AISI 4140 | Acier en alliage CR-MO | Pas de nickel; ténacité inférieure (-40 ° C Impact: ≥20 J VS. 30 J.); 25% moins cher | Pièces à charge moyenne (Par exemple, arbres de pompe) |
| AISI 4130 | Acier à faible alliage | Carbone / nickel inférieur; plus faible (1,450 MPA Max Tensile); meilleure soudabilité; 40% moins cher | Soudé, Pièces de chargement faible à médiation |
| 304 Acier inoxydable | Résistant à la corrosion | Excellente résistance à la rouille; plus faible (515 Tensile MPA); 3× pricier | Environnements corrosifs, pièces à faible charge |
| Alliage en titane (TI-6AL-4V) | Haute force à poids | Plus léger (4.5 g / cm³); Force similaire; 8× pricier | Pièces aérospatiales où le poids est critique |
| Fibre de carbone | Haute force à poids | Plus léger; pas de corrosion; Mauvais impact de la ténacité; 10× pricier | Parties à haute performance sans charge |
Perspective de la technologie Yigu sur AISI 4340 Acier en alliage
À la technologie Yigu, AISI 4340 est notre premier choix pour le chargeur élevé, composants à haute taille. Sa composition Ni-Cr-Mo résout le plus grand point de douleur pour les clients: Obtenir de la force sans sacrifier la ténacité - critique pour l'aérospatiale, industriel, et projets de défense. Nous fournissons AISI 4340 dans des blancs forgés, barres, ou assiettes, avec un traitement thermique personnalisé (300–650 ° C) Pour faire correspondre les besoins du projet. Pour les clients, la mise à niveau de l'AISI 4140 ou titane, AISI 4340 offre une valeur imbattable: 2x La ténacité de 4140 et 1/8 Le coût du titane, avec suffisamment de force pour 90% d'applications à chargement extrême.
FAQ sur AISI 4340 Acier en alliage
- Peut-on aisi 4340 être soudé pour les pièces porteuses?
Oui, mais cela nécessite une préchauffage minutieux (250–300 ° C) et traitement thermique post-soudé (600–650 ° C) Pour réduire le stress résiduel. Utiliser des électrodes à faible hydrogène (Par exemple, E9018-B3) Pour éviter de craquer, et tester les soudures avec inspection à ultrasons pour assurer la force. - Est aisi 4340 Convient aux applications à basse température?
Absolutely—its nickel content maintains résistance à l'impact à -40 ° C (même lorsqu'il est traité à la chaleur à 52 CRH). Pour les températures ci-dessous -40 ° C (Par exemple, machinerie arctique), Choisissez une variante enrichie en nickel (AISI 4340ni) pour une ténacité supplémentaire. - Quelle est l'épaisseur maximale pour AISI 4340 parties?
AISI 4340 peut être utilisé pour les pièces jusqu'à 200 mm d'épaisseur - sa durabilité élevée assure un traitement thermique uniforme à travers les sections épaisses. Pour les pièces plus épais que 200 MM, prolonger le temps de maintien de la trempe (2–3 heures) et utiliser le refroidissement de l'huile pour éviter le ramollissement du noyau.