AISI 4340 Acier allié: Propriétés, Utilisations & Guide haute résistance

fabrication de pièces métalliques sur mesure

Si vous concevez des composants qui doivent résister à des contraintes extrêmes, impact élevé, ou des charges lourdes, comme un train d'atterrissage aérospatial, arbres de grue industrielle, ou des pièces automobiles hautes performances : vous avez besoin d'un matériau offrant une résistance et une ténacité exceptionnelles. AISI 4340 l'acier allié est la solution premium: comme nickel-chrome-molybdène (Ni-Cr-Mo) alliage, il offre une résistance à la traction plus élevée, limite de fatigue, et une ténacité à basse température que les nuances d'alliages inférieurs comme […]

Si vous concevez des composants qui doivent résister à des contraintes extrêmes, impact élevé, ou des charges lourdes, comme un train d'atterrissage aérospatial, arbres de grue industrielle, or high-performance automotive parts—you need a material that delivers exceptional strengthet toughness.AISI 4340 acier allié is the premium solution: comme nickel-chrome-molybdène (Ni-Cr-Mo) alliage, it offers higherrésistance à la tractionlimite de fatigue, and low-temperature toughness than lower-alloy grades like AISI 4130 or AISI 4140. Ce guide détaille ses propriétés, applications du monde réel, processus de fabrication, and material comparisons to help you solve the most demanding high-load design challenges.

1. Propriétés matérielles de l'AISI 4340 Acier allié

AISI 4340’s performance comes from its quadruple-alloy design: le nickel augmente la ténacité, chromium enhances corrosion resistance and hardenability, molybdenum improves high-temperature strength, and controlled carbon balances strength and ductility. Explorons ses propriétés clés en détail.

1.1 Composition chimique

AISI 4340 adheres to ASTM A29/A29M standards, with precise control over alloy elements to prioritize high strength and toughness. Below is its typical composition:

ÉlémentSymboleGamme de contenu (%)Rôle clé
Carbone (C)C0.38 – 0.43Enables heat treatment; delivers baserésistance à la traction
Chrome (Cr)Cr0.70 – 0.90Améliorerésistance à la corrosion et trempabilité; améliore la résistance à l'usure
Molybdène (Mo)Mo0.20 – 0.30Raiseslimite de fatigue et stabilité à haute température; prevents creep under heavy loads
Nickel (Dans)Dans1.65 – 2.00Core toughness booster; maintainsrésistance aux chocs at low temperatures (-40 °C)
Manganèse (Mn)Mn0.60 – 0.80Affine la structure des grains; amélioreductilité without reducing strength
Silicium (Et)Et0.15 – 0.35Aids deoxidation; supports structural stability during heat treatment
Phosphore (P.)P.≤ 0.035Minimized to avoid brittle fracture in low-temperature or high-stress conditions
Soufre (S)S≤ 0.040Controlled to balanceusinabilité et la ténacité (lower S = better impact resistance)
Vanadium (V)V≤ 0.03Oligoélément; refines grains for uniform strength across thick sections
Cuivre (Cu)Cu≤ 0.30Oligoélément; adds mild atmospheric corrosion resistance for outdoor parts

1.2 Propriétés physiques

These traits make AISI 4340 suitable for extreme environments—from sub-zero aerospace conditions to high-heat industrial machinery:

  • Densité: 7.85 g/cm³ (same as standard steels)—simplifies weight calculations for heavy-load parts like crane shafts
  • Point de fusion: 1,425 – 1,450 °C (2,597 – 2,642 °F)—compatible with forging and heat treatment for complex shapes
  • Conductivité thermique: 42.0 Avec(m·K) à 20 °C; 38.0 Avec(m·K) à 300 °C—ensures even heat distribution during quenching (reduces distortion)
  • Coefficient de dilatation thermique: 11.5 × 10⁻⁶/°C (20 – 100 °C)—minimizes stress from temperature swings (par ex., aerospace takeoff/landing cycles)
  • Propriétés magnétiques: Ferromagnetic—enables non-destructive testing (CND) like ultrasonic phased array to detect internal defects in thick parts.

1.3 Propriétés mécaniques

AISI 4340’s mechanical performance is unmatched among mid-range alloy steels, especially after heat treatment. Below are typical values for common conditions:

PropriétéMéthode de mesureRecuit (Soft Condition)Trempé & Tempéré (300 °C)Trempé & Tempéré (600 °C)
Dureté (Rockwell)CRH20 – 23 CRH52 – 55 CRH30 – 33 CRH
Dureté (Vickers)HT190 – 220 HT500 – 530 HT290 – 320 HT
Résistance à la tractionMPa (ksi)700 MPa (102 ksi)1,800 MPa (261 ksi)1,050 MPa (152 ksi)
Limite d'élasticitéMPa (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 aux chocsJ. (à -40 °C)≥ 70 J.≥ 30 J.≥ 55 J.
Limite de fatigueMPa (faisceau rotatif)350 MPa800 MPa500 MPa

1.4 Autres propriétés

AISI 4340’s traits solve high-load design challenges:

  • Soudabilité: Moderate—requires preheating to 250–300 °C and post-weld heat treatment (Pwht) pour éviter de craquer, but produces strong joints for load-bearing parts.
  • Formabilité: Fair—best forged (not bent) in the annealed condition; formes complexes (par ex., ébauches d'engrenages) are created via hot forging to maintain strength.
  • Usinabilité: Good in the annealed condition (20–23 HRC); heat-treated parts need carbide tools (due to high hardness) but still cut cleanly.
  • Résistance à la corrosion: Moderate—resists mild rust and chemicals; pour environnements difficiles (par ex., marin), add chrome plating or ceramic coating.
  • Dureté: Exceptional—nickel content keeps it tough at -40 °C (critical for aerospace and cold-climate industrial parts), even at high strength.

2. Applications de l’AISI 4340 Acier allié

AISI 4340’s high strength-toughness balance makes it ideal for components that can’t fail under extreme loads. Voici ses principales utilisations:

  • Composants aérospatiaux: Landing gear struts, engine crankshafts, and helicopter rotor shafts—handles takeoff/landing impacts and sub-zero temperatures.
  • Pièces automobiles: High-performance racing engine crankshafts, engrenages de transmission, and differential housings—tolerates high torque and engine heat.
  • Composants mécaniques: Heavy-duty shafts (grue, excavatrice), hydraulic press rams, and turbine rotors—supports loads up to 100+ tons without bending.
  • Machines industrielles: Engrenages pour équipements miniers, steel mill rolls, and power generator shafts—resists wear and cyclic loading for 10+ années.
  • Matériel de construction: Crane hooks, bulldozer axles, and pile driver rods—absorbs impact from heavy lifting and ground contact.
  • Defense Components: Tank tread pins, artillery recoil mechanisms, and missile launcher parts—tough enough for military-grade stress.

3. Techniques de fabrication pour l’AISI 4340 Acier allié

Production AISI 4340 requires precision—especially in heat treatment—to unlock its full strength-toughness potential. Voici le processus étape par étape:

  1. Sidérurgie:
    • AISI 4340 est réalisé à l'aide d'un Four à arc électrique (AEP) (recycles scrap steel) ou Four à oxygène de base (BOF). Nickel (1.65–2,00%), chrome (0.70–0,90%), et molybdène (0.20–0,30%) are added during melting to ensure uniform alloy distribution.
  2. Forgeage & Roulement:
    • Most AISI 4340 parts start as Hot Forged blanks (1,150 – 1,250 °C)—forging aligns grain structure, renforcer la force. Après avoir forgé, blanks are Laminé à chaud to rough shapes (barres, assiettes) or left as-forged for near-net-shape parts (par ex., vilebrequins).
  3. Traitement thermique (Critique pour les performances):
    • Recuit: Heated to 815–845 °C, held 3–4 hours, slow-cooled to 650 °C. Adoucit l'acier (20–23 HRC) for machining and forging.
    • Trempe: Heated to 845–870 °C (austénitisant), held 1–2 hours (plus long pour les pièces épaisses), cooled in oil (not water—reduces cracking risk). Hardens to 58–60 HRC.
    • Trempe: Reheated to 200–650 °C (based on needs):
      • 300 °C: Max strength (1,800 traction MPa) pour pièces soumises à de fortes charges.
      • 600 °C: Balanced strength-toughness (1,050 traction MPa) for impact-prone parts.
  4. Usinage:
    • Annealed AISI 4340 is machined with HSS or carbide tools for turning, fraisage, ou perçage. Heat-treated parts (52–55 HRC) need coated carbide tools (par ex., TiAlN) to reduce wear. For precision (par ex., bearing seats), finish grinding is used.
  5. Traitement de surface:
    • Placage: Chromage (résistance à l'usure) pour arbres; nickelage (résistance à la corrosion) pour pièces aérospatiales.
    • Revêtement: Ceramic coating (high-heat resistance) pour pièces de moteur; revêtement époxy (résistance chimique) pour machines industrielles.
    • Nitruration: Optional—heats to 500–550 °C in ammonia gas to harden the surface (60–65 HRC) without distortion, idéal pour les engrenages et les roulements.
  6. Contrôle de qualité:
    • Analyse chimique: Mass spectrometry verifies nickel, chrome, and molybdenum levels (per ASTM A29/A29M).
    • Tests mécaniques: Traction, impact (-40 °C), and hardness tests confirm performance.
    • CND: Ultrasonic testing checks for internal defects; magnetic particle inspection finds surface cracks.
    • Microstructural Analysis: Optical microscopy ensures uniform grain structure (no large grains that cause weakness).

4. Études de cas: AISI 4340 en action

Real projects highlight AISI 4340’s ability to handle extreme loads.

Étude de cas 1: Aerospace Landing Gear (ROYAUME-UNI.)

An aircraft manufacturer needed landing gear struts that could handle 120 kN impact loads and -40 Températures en °C. They chose AISI 4340, traité thermiquement pour 300 °C (52 CRH) pour la force. Après 10,000 landing cycles, the struts showed no fatigue cracks—outperforming AISI 4140 struts (which failed at 6,000 cycles). This extended the landing gear’s lifespan by 67%, économie $200,000 per aircraft in maintenance.

Étude de cas 2: Industrial Crane Shaft (Allemagne)

A steel mill needed a crane shaft to lift 150-ton steel coils. They replaced the AISI 4140 shaft with AISI 4340 (traité thermiquement pour 450 °C for toughness). The new shaft lasted 8 years—double the lifespan of the old one—because its nickel content prevented fatigue from repeated lifting cycles. The mill saved $150,000 in replacement costs and avoided 3 production shutdowns.

5. AISI 4340 contre. Autres matériaux

Comment l’AISI 4340 compare to lower-alloy steels and premium materials?

MatérielSimilitudes avec l’AISI 4340Différences clésIdéal pour
AISI 4140Cr-Mo alloy steelPas de nickel; ténacité inférieure (-40 °C impact: ≥20 J vs. 30 J.); 25% moins cherMedium-load parts (par ex., arbres de pompe)
AISI 4130Low-alloy steelLower carbon/nickel; weaker (1,450 MPa max tensile); better weldability; 40% moins cherWelded, low-to-medium load parts
304 Acier inoxydableRésistant à la corrosionExcellent rust resistance; weaker (515 traction MPa); 3× pricierEnvironnements corrosifs, pièces à faible charge
Alliage de titane (Ti-6Al-4V)Haute résistance/poidsPlus léger (4.5 g/cm³); similar strength; 8× pricierAerospace parts where weight is critical
Fibre de carboneHaute résistance/poidsPlus léger; pas de corrosion; poor impact toughness; 10× pricierNon-load-bearing high-performance parts

Le point de vue de Yigu Technology sur l’AISI 4340 Acier allié

Chez Yigu Technologie, AISI 4340 is our top pick for high-load, high-toughness components. Its Ni-Cr-Mo composition solves the biggest pain point for clients: getting strength without sacrificing toughness—critical for aerospace, industriel, and defense projects. We supply AISI 4340 in forged blanks, barres, ou des assiettes, with custom heat treatment (300–650 °C) to match project needs. For clients upgrading from AISI 4140 ou titane, AISI 4340 offers unbeatable value: 2x the toughness of 4140 et 1/8 the cost of titanium, with enough strength for 90% of extreme-load applications.

FAQ sur l’AISI 4340 Acier allié

  1. L'AISI peut-elle 4340 be welded for load-bearing parts?
    Yes—but it requires careful preheating (250–300 °C) et traitement thermique post-soudage (600–650 °C) to reduce residual stress. Utilisez des électrodes à faible teneur en hydrogène (par ex., E9018-B3) pour éviter de craquer, and test welds with ultrasonic inspection to ensure strength.
  2. Is AISI 4340 suitable for low-temperature applications?
    Absolutely—its nickel content maintains résistance aux chocs à -40 °C (even when heat-treated to 52 CRH). For temperatures below -40 °C (par ex., arctic machinery), choose a nickel-enriched variant (AISI 4340Ni) for extra toughness.
  3. What’s the maximum thickness for AISI 4340 parties?
    AISI 4340 can be used for parts up to 200 mm thick—its high hardenability ensures uniform heat treatment across thick sections. For parts thicker than 200 mm, extend quenching hold time (2–3 heures) and use oil cooling to avoid core softening.
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