極端なストレスを処理する必要があるコンポーネントを設計している場合, インパクトが高い, または重い荷重 - 航空宇宙着陸装置のような, 工業用クレーンシャフト, または高性能の自動車部品 - 例外的な強さを提供する素材が必要ですそして タフネス。アイシ 4340 合金鋼 プレミアムソリューションです: ニッケルクロミウム - モリブデンとして (in-cr-i) 合金, それはより高いものを提供します抗張力, 疲労制限, AISIのような低合金グレードよりも低温靭性 4130 またはaisi 4140. このガイドは、そのプロパティを分解します, 実世界のアプリケーション, 製造プロセス, そして、最も要求の厳しい高負荷の設計上の課題を解決するのに役立つ物質的な比較.
1. AISIの材料特性 4340 合金鋼
AISI 4340のパフォーマンスは、その4倍のアロイデザインから来ています: ニッケルは靭性を高めます, クロムは腐食抵抗と硬化性を高めます, モリブデンは高温強度を改善します, 制御された炭素バランスの強度と延性. その重要なプロパティを詳細に調べてみましょう.
1.1 化学組成
アイシ 4340 ASTM A29/A29M標準を順守します, 高強度と靭性を優先するための合金要素を正確に制御する. 以下はその典型的な構成です:
| 要素 | シンボル | コンテンツ範囲 (%) | 重要な役割 |
|---|---|---|---|
| 炭素 (c) | c | 0.38 - 0.43 | 熱処理を有効にします; ベースを届けます抗張力 |
| クロム (cr) | cr | 0.70 - 0.90 | 強化耐食性 と硬直性; 耐摩耗性を改善します |
| モリブデン (MO) | MO | 0.20 - 0.30 | 上昇疲労制限 および高温安定性; 重い負荷の下でクリープを防ぎます |
| ニッケル (で) | で | 1.65 - 2.00 | コアタフネスブースター; 維持します衝撃の靭性 低温で (-40 °C) |
| マンガン (Mn) | Mn | 0.60 - 0.80 | 穀物構造を改良します; 強化延性 強度を減らすことなく |
| シリコン (そして) | そして | 0.15 - 0.35 | エイズ脱酸化; 熱処理中の構造の安定性をサポートします |
| リン (p) | p | ≤ 0.035 | 低温または高ストレス条件での脆性骨折を避けるために最小化 |
| 硫黄 (s) | s | ≤ 0.040 | バランスをとるために制御されます加工性 とタフネス (S =より良い耐衝撃性) |
| バナジウム (v) | v | ≤ 0.03 | トレース要素; 厚いセクション全体で均一な強度のために穀物を洗練します |
| 銅 (cu) | cu | ≤ 0.30 | トレース要素; 屋外部品の軽度の大気腐食抵抗を追加します |
1.2 物理的特性
これらの特性はAisiを作ります 4340 極端な環境に適しています - ゼロの航空宇宙条件から高熱産業機械まで:
- 密度: 7.85 g/cm³ (標準鋼と同じ) - クレーンシャフトなどの重荷部品の重量計算を補充します
- 融点: 1,425 - 1,450 °C (2,597 - 2,642 °F) - 複雑な形状のための鍛造および熱処理と比較できます
- 熱伝導率: 42.0 w/(M・k) で 20 °C; 38.0 w/(M・k) で 300 °C-クエンチング中の熱分布さえも保存します (歪みを減らします)
- 熱膨張係数: 11.5 ×10⁻⁶/°C (20 - 100 °C) - 温度変動からのストレスを最小化します (例えば。, 航空宇宙の離陸/着陸サイクル)
- 磁気特性: 強磁性 - 非破壊検査を有効にします (NDT) 厚い部分の内部欠陥を検出するための超音波フェーズドアレイのように.
1.3 機械的特性
AISI 4340のメカニカルパフォーマンスは、ミッドレンジ合金鋼の間で比類のないものです, 特に熱治療後. 以下は、一般的な条件の典型的な値です:
| 財産 | 測定方法 | アニール (ソフトな状態) | クエンチ & 気性 (300 °C) | クエンチ & 気性 (600 °C) |
|---|---|---|---|---|
| 硬度 (ロックウェル) | HRC | 20 - 23 HRC | 52 - 55 HRC | 30 - 33 HRC |
| 硬度 (ビッカーズ) | HV | 190 - 220 HV | 500 - 530 HV | 290 - 320 HV |
| 抗張力 | MPA (KSI) | 700 MPA (102 KSI) | 1,800 MPA (261 KSI) | 1,050 MPA (152 KSI) |
| 降伏強度 | MPA (KSI) | 450 MPA (65 KSI) | 1,600 MPA (232 KSI) | 900 MPA (130 KSI) |
| 伸長 | % (で 50 mm) | 22 - 26% | 7 - 9% | 16 - 18% |
| 衝撃の靭性 | j (で -40 °C) | ≥ 70 j | ≥ 30 j | ≥ 55 j |
| 疲労制限 | MPA (回転ビーム) | 350 MPA | 800 MPA | 500 MPA |
1.4 その他のプロパティ
AISI 4340の特性は、高負荷の設計上の課題を解決します:
- 溶接性: 中程度 - 予熱して250〜300°Cと溶接後の熱処理を要求します (PWHT) ひび割れを避けるため, しかし、負荷をかける部品の強力なジョイントを生成します.
- 形成性: フェア - ベスト鍛造 (曲がっていません) アニール状態で; 複雑な形 (例えば。, ギアブランク) 強度を維持するために、ホット鍛造を介して作成されます.
- 加工性: アニールされた状態で良い (20–23 HRC); 熱処理された部品には、炭化物ツールが必要です (硬度が高いため) しかし、それでもきれいにカットします.
- 耐食性: 中程度 - 軽度のさびや化学物質を耐えます; 過酷な環境の場合 (例えば。, 海兵隊), クロムメッキまたはセラミックコーティングを追加します.
- タフネス: 例外的 - ニッケルコンテンツはそれを難しいものに保ちます -40 °C (航空宇宙および寒冷気候の工業部品にとって重要です), 高強度でさえ.
2. AISIのアプリケーション 4340 合金鋼
AISI 4340の高強度タフネスバランスは、極端な負荷で失敗しないコンポーネントに最適です. 主要な用途は次のとおりです:
- 航空宇宙コンポーネント: 着陸装置ストラット, エンジンクランクシャフト, ヘリコプターローターシャフト - 離陸/着陸衝撃とゼロ下の温度を処理します.
- 自動車部品: 高性能レーシングエンジンクランクシャフト, トランスミッションギア, およびディファレンシャルハウジング - 高トルクとエンジンの熱を許容します.
- 機械コンポーネント: 頑丈なシャフト (クレーン, 掘削機), 油圧プレスラム, およびタービンローター - サポートが荷重になります 100+ 曲げずにトン.
- 産業機械: マイニング機器ギア, スチールミルロール, 発電機シャフト - 耐摩耗性の耐積み 10+ 年.
- 建設装置: クレーンフック, ブルドーザー車軸, 杭のドライバーロッド - 腹部は、重い持ち上げや地上接触による影響.
- 防衛コンポーネント: タンクトレッドピン, 大砲の反動メカニズム, ミサイルランチャー部品 - 軍事グレードのストレスに十分な量.
3. AISIの製造技術 4340 合金鋼
AISIの生産 4340 精度、特に熱処理では、その完全な強度の可能性のロックを解除する必要があります. これが段階的なプロセスです:
- スチール製造:
- アイシ 4340 is made using an 電気弧炉 (EAF) (スクラップスチールをリサイクルします) または 基本的な酸素炉 (bof). ニッケル (1.65–2.00％), クロム (0.70–0.90％), とモリブデン (0.20–0.30％) 均一な合金分布を確保するために融解中に追加されます.
- 鍛造 & ローリング:
- ほとんどのaisi 4340 parts start as 熱い鍛造 blanks (1,150 - 1,250 °C) - フォーミングは粒子構造を調整します, 強度を高める. 鍛造後, blanks are ホットロール to rough shapes (バー, プレート) または、ネットシェープ部品に近い部品のために鍛造されたままになります (例えば。, クランクシャフト).
- 熱処理 (パフォーマンスにとって重要です):
- アニーリング: 815〜845°Cに加熱, 3〜4時間開催されました, ゆっくりと冷却されます 650 °C. 鋼を柔らかくします (20–23 HRC) 機械加工と鍛造用.
- 消光: 845〜870°Cに加熱 (オーステナイト化), 1〜2時間開催されました (厚い部品の場合), オイルで冷却されました (水ではなく、クラックリスクを低下させます). 58〜60 HRCに硬化します.
- 焼き戻し: 200〜650°Cに再加熱 (ニーズに基づいています):
- 300 °C: 最大強度 (1,800 MPA引張) 高負荷部品用.
- 600 °C: バランスの取れた強度の（バランスの取れた強さ (1,050 MPA引張) 衝撃が発生しやすい部分の場合.
- 機械加工:
- アニールされたアイシ 4340 ターン用のHSSまたはカーバイドツールで機械加工されています, ミリング, または掘削. 熱処理された部品 (52–55 HRC) コーティングされた炭化物ツールが必要です (例えば。, Tialn) 摩耗を減らすため. 精度のため (例えば。, ベアリングシート), 仕上げ研削が使用されます.
- 表面処理:
- メッキ: クロムメッキ (耐摩耗性) シャフト用; ニッケルメッキ (耐食性) 航空宇宙部品用.
- コーティング: セラミックコーティング (高熱抵抗) エンジン部品用; エポキシコーティング (耐薬品性) 産業機械用.
- ニトリッド: オプション - アンモニアガスで500〜550°Cに加えて表面を硬化させる (60–65 HRC) 歪みなし, ギアやベアリングに最適です.
- 品質管理:
- 化学分析: 質量分析はニッケルを検証します, クロム, モリブデンレベル (ASTM A29/A29Mごと).
- 機械的テスト: 引張, インパクト (-40 °C), 硬度テストではパフォーマンスが確認されます.
- NDT: 内部欠陥の超音波検査チェック; 磁気粒子検査では、表面亀裂が見つかります.
- 微細構造分析: 光学顕微鏡により、均一な粒構造が保証されます (衰弱を引き起こす大きな穀物はありません).
4. ケーススタディ: アイシ 4340 活動中
実際のプロジェクトは、AISI 4340の極端な負荷を処理する能力を強調しています.
ケーススタディ 1: 航空宇宙着陸装置 (英国)
航空機の製造業者は、取り扱い可能な着陸装置ストラットを必要としています 120 kn衝突負荷と -40 °C温度. 彼らはアイシを選びました 4340, 熱処理されています 300 °C (52 HRC) 強さのために. 後 10,000 着陸サイクル, ストラットは疲労亀裂を見せませんでした 4140 ストラット (失敗しました 6,000 サイクル). これにより、着陸装置の寿命が延長されました 67%, 節約 $200,000 メンテナンス中の航空機ごと.
ケーススタディ 2: 工業用クレーンシャフト (ドイツ)
鉄鋼工場は、150トンのスチールコイルを持ち上げるためにクレーンシャフトを必要としていました. 彼らはAISIを交換しました 4140 AISI付きシャフト 4340 (熱処理されています 450 タフネスの°C). 新しいシャフトが続きました 8 年 - 古いものの寿命を捨てる - そのニッケル含有量が疲労が繰り返されることを妨げていたため. ミルが節約されました $150,000 交換費用と回避 3 生産シャットダウン.
5. アイシ 4340 vs. その他の材料
Aisiはどうですか 4340 低合金の鋼とプレミアム材料と比較してください?
| 材料 | AISIとの類似点 4340 | 重要な違い | に最適です |
|---|---|---|---|
| アイシ 4140 | CR-MO合金鋼 | ニッケルはありません; 靭性が低い (-40 °Cの衝撃: ≥20j対. 30 j); 25% 安く | 中荷重部品 (例えば。, ポンプシャフト) |
| アイシ 4130 | 低合金鋼 | 低炭素/ニッケル; 弱い (1,450 MPA最大引張); より良い溶接性; 40% 安く | 溶接, 低から中程度の負荷部品 |
| 304 ステンレス鋼 | 耐性耐性 | 優れた錆耐性; 弱い (515 MPA引張); 3×援助 | 腐食性環境, 低負荷部品 |
| チタン合金 (TI-6AL-4V) | 高強度から重み | ライター (4.5 g/cm³); 同様の強さ; 8×援助 | 重量が重要な航空宇宙部品 |
| 炭素繊維 | 高強度から重み | ライター; 腐食はありません; 影響不良のタフネス; 10×援助 | 負荷をかけていない高性能部品 |
Yigu TechnologyのAISIに関する視点 4340 合金鋼
Yiguテクノロジーで, アイシ 4340 ハイロードのトップピックです, 高タフネスコンポーネント. そのni-cr-mo構成は、クライアントにとって最大の問題点を解決します: タフネスを犠牲にすることなく強さを得る - 航空宇宙のために重要, 産業, 防衛プロジェクト. Aisiを供給します 4340 偽造空白で, バー, またはプレート, カスタム熱処理で (300–650°C) プロジェクトのニーズに合わせます. AISIからアップグレードするクライアント用 4140 またはチタン, アイシ 4340 無敵の価値を提供します: 2xのタフネス 4140 そして 1/8 チタンのコスト, 十分な強度があります 90% 極端なロードアプリケーションの.
AISIについてのFAQ 4340 合金鋼
- aisiできます 4340 負荷をかける部品に溶接してください?
はい - しかし、慎重に予熱する必要があります (250–300°C) 溶けた熱処理 (600–650°C) 残留応力を減らすため. 低水素電極を使用します (例えば。, E9018-B3) ひび割れを避けるため, 強度を確保するために、超音波検査で溶接をテストします. - Aisiです 4340 低温アプリケーションに適しています?
Absolutely—its nickel content maintains 衝撃の靭性 で -40 °C (熱処理された場合でも 52 HRC). 以下の温度について -40 °C (例えば。, 北極の機械), ニッケル濃縮バリアントを選択します (aisi 4340ni) 余分なタフネスのために. - AISIの最大厚さは何ですか 4340 部品?
アイシ 4340 までの部品に使用できます 200 mm厚 - 硬化性が高くなると、厚いセクション全体で均一な熱処理が保証されます. より厚い部分の場合 200 mm, クエンチングホールド時間を延長します (2–3時間) コアの軟化を避けるために、オイル冷却を使用してください.
