4140合金钢的一般特性

AISI 或 SAE 4130 牌号是一种低合金钢，含有铬和钼作为强化剂。其化学成分如下:

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C％ 0.38 – 0.43、Mn% 0.75 – 1.00 最大值、P% 0.035 max、S%0.040 max、Si%0.20 – 0.35、Cr% 0.80 – 1.10、Mo% 0.15 – 0.25

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AISI/SAE 4140 级是一种多功能合金，具有良好的耐大气腐蚀性和合理的强度。它显示了强度、韧性、耐磨性和疲劳强度的良好整体组合。

应用

这种合金在航空航天和石油和天然气工业中用作锻件的许多应用，以及在汽车、农业和国防工业中的无数用途，典型用途是锻造齿轮和轴、主轴、夹具、夹具和轴环。

锻造

这种钢的锻造应在 2200至1650oF（1200至 900oC）之间进行。锻造结束温度越低，晶粒尺寸越细。理想情况下，这种合金不应在 1650oF (900oC) 以下锻造，锻造后应缓慢冷却。

热处理

在热加工后进行热处理以使钢适合机械加工，并满足为钢的特定应用指定的机械性能范围。

退火

4140 级锻件可以通过将部件直接从锻造操作转移到保持在 1450和1550oF（790 和 840oC）之间的合适温度的炉中进行退火，保持合适的时间，然后在炉中冷却，形成一个适合机械加工的结构。这种处理最适用于形状简单的零件。如果锻件的某些区域比其他区域冷得多，则不会获得均匀的结构，在这种情况下，可以使用 1380oF (750oC) 左右的球化退火。可以肯定地说，仅凭经验将决定在加工前使用的最佳退火处理类型。

规范化

该过程定义为将钢加热到高于铁素体到奥氏体转变范围的温度，然后在空气中冷却到远低于该转变范围的温度。这种处理可以在锻造产品上进行，作为最终热处理之前的调节处理。正火还用于细化锻件的结构，这些锻件可能在锻造操作中冷却不均匀。4140 等级的标称正火温度为 1600oF (870oC)，但生产经验可能需要高于或低于此数字 50oF (10oC) 的温度。事实上，当锻件在渗碳或淬火和回火之前进行正火处理时，会使用正火温度的上限。当正火是最终热处理时，使用较低的温度范围。

硬化

这种热处理导致淬火后形成马氏体，因此硬度和抗拉强度大大增加，同时延展性有所损失。钢应在 1500 至 1550oF（815至 845oC）下进行奥氏体化，实际温度是允许范围内的化学成分、截面尺寸和冷却方法的函数。奥氏体化应确保钢中的所有微量成分都转化为奥氏体。4140的较小部分可能在油中淬火，较重部分在水中淬火。

进行回火是为了减轻硬化过程中的应力，但主要是为了获得所需的机械性能。将选择实际回火温度以满足所需的性能，并且在许多情况下将是反复试验的问题。

可加工性

该合金易于加工。简单的形状可以在正火处理后加工，而更复杂的形状则需要退火。. 在该等级的碳水平上，粗层状珠光体到粗球状体的结构通常最适合切削加工性

可焊性

该等级具有良好的可焊性，可以使用任何商业方法进行焊接。焊接前零件应在 1100oF (590oC) 左右预热，之后应消除应力。不应焊接处于硬化和回火状态的零件，因为机械性能会受到不利影响。零件应仅在退火状态下进行焊接。

冷成型性

这种合金的任何冷成型都应在具有球化结构的材料上进行。在适用的情况下，对最终成型的零件进行进一步的热处理、淬火和回火。

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