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AccueilQu'est-ce que le matériau AISI 4140 ? Avantages et propriétés
Publié le : 11 octobre 2024 
L'acier 4140 a une teneur moyenne en carbone. C'est un acier populaire dans différentes industries en raison de sa polyvalence et de ses propriétés uniques. Il contient une combinaison d'éléments comme le chrome et le molybdène qui améliorent ses propriétés mécaniques. Il est généralement disponible en barres. L'acier 4140 présente de nombreuses autres caractéristiques importantes qui sont abordées dans cet article.
Qu'est-ce que l'acier 4140 ?
L'acier 4140 PH est un matériau faiblement allié. Une combinaison d'éléments d'alliage tels que Cr, Mo et Mn augmente ses propriétés mécaniques telles que la ténacité, la résistance, la résistance à l'abrasion et aux chocs et une bonne ductilité. Toutes les nuances d'acier n'ont pas autant de polyvalence et d'unicité que le 4140.
L'acier 4140 est-il magnétique ?
Oui, l'acier 4140 PH est magnétique et possède de bonnes propriétés magnétiques. Il peut attirer l'aimant et s'y coller.
Le 4140 est-il un acier au carbone ou un acier allié ?
Le 4140 est un acier au carbone. Il a une teneur en carbone de 0.38 à 0.43 %, ce qui le classe comme un alliage à teneur moyenne en carbone. En fait, c'est pourquoi il a une bonne ductilité et d'autres propriétés mécaniques.
Acier à haute teneur en carbone 4140
Non, il est classé comme acier à teneur moyenne en carbone, car sa teneur en carbone est de 0.38 à 0.43 %.
Est-ce de l'acier à outils 4140 ?
Oui, il présente les caractéristiques de l’acier à outils. Il offre une combinaison unique de résistance, de ténacité, de résistance à l’abrasion et à la corrosion.
L’acier 4140 rouillera-t-il ?
Le n° 4140 a une bonne résistance à la corrosion. Il peut survivre dans des conditions difficiles sans rouiller.
Quelles sont les formes courantes du matériau 4140 ?
- 4140 tiges d'acier
Ces tiges sont étirées à froid dans des conditions de recuit. Ces tiges ont une trempabilité élevée, une bonne pénétration de la dureté et une résistance élevée.
- Barre de 4140 barres
Les barres 4140 sont des barres de forme ronde, trempées à l'huile, de dimensions 6 à 120 mm. Ces barres ont une résistance élevée, une résistance à l'usure, une ténacité et une bonne ductilité.
- Tubes 4140
Les tubes 4140 sont utilisés dans des applications générales à haute ténacité et résistance à la traction.
- Feuilles 4140
Les tôles ou plaques laminées à froid 4140 d'une épaisseur de 1 à 10 mm présentent une dureté et une ténacité élevées.
À quoi sert l'acier allié 4140 ?
L'acier 4140 PH a de multiples utilisations en raison de son caractère unique et de sa polyvalence. En voici quelques-unes :
- L'acier 4140 PH est utilisé dans diverses pièces et composants des industries automobile, pétrolière et gazière et aérospatiale. Ces pièces sont notamment des engrenages, des systèmes de suspension, des essieux, des vilebrequins et des lames de bulldozer.
- L'acier 4140 est également réputé pour sa résistance aux contraintes élevées et à l'usure. Il est particulièrement adapté aux applications soumises à de fortes contraintes, comme les équipements et machines de construction et les pièces de moteur comme les trains d'atterrissage et les fixations.
- L'acier d'artillerie 4140 est utilisé dans la production de biens de consommation tels que des articles de sport, des outils à main et d'autres biens nécessitant une résistance à l'usure et à la traction élevée.
À quoi correspond l'acier 4140 ?
L'acier d'artillerie 4140 est équivalent aux normes suivantes :
|
Pays |
Notes |
Normes |
|
États-Unis |
4140 |
ASTM-A29 |
|
Allemand |
1.7225/42CrMo4 |
DIN-17200 |
|
Britannique |
42CrMo4 |
BS-970 |
|
Japon |
SCM440 |
JIS-G4105 |
|
Chine |
42CrMo |
GB / T-3077 |
|
Australie |
4140 |
AS1444 |
Avantages et inconvénients de l'acier 4140 ?
L'acier d'artillerie 4140 présente des avantages illimités. Quelques-uns d'entre eux sont décrits ci-dessous :
- L'acier 4140 PH présente une résistance élevée à la torsion et à la fatigue.
- Il possède des propriétés mécaniques remarquables comme la résistance à la traction et une bonne ductilité.
- La résistance à la corrosion, à l'usure et à l'abrasion est exceptionnelle. C'est un alliage exigeant lorsqu'une résistance élevée à l'usure est requise
- La teneur moyenne en carbone augmente sa dureté dans des conditions de recuit.
- Il peut être facilement durci par traitement thermique, ce qui est une caractéristique préférée dans de nombreuses applications industrielles.
L'acier 4140 PH présente également certains inconvénients, notamment :
- La soudabilité de l'acier d'artillerie 4140 est faible et il est difficile à souder. Il nécessite un traitement thermique après soudage pour éviter les fissures. Sa soudabilité n'est recommandée que dans des conditions de recuit.
- Un préchauffage est nécessaire avant le soudage. Un refroidissement et un réchauffage lents sont nécessaires, ce qui augmente le temps et le coût de production.
4140 Composition chimique de l'acier
La composition chimique de l'acier 4140 est la suivante :
|
Éléments |
Pourcentage |
|
Fer |
Solde c |
|
Carbon |
0.38 to 0.43 % |
|
Cr |
1.10 % |
|
Mo |
0.25 % |
|
Mn |
1% |
|
Si |
0.3 % |
|
S |
0.04 % |
|
P |
0.035 % |
4140 Propriétés des matériaux en acier
Densité
La densité de l'acier 4140 Ph est de 7.85 g/cm3
Gamme de dureté
La dureté Brinell de l'acier 197 est de 4140, la dureté Knoop est de 219 et la dureté Vicker est de 207.
Dureté Rockwell
La dureté Rockwell B est de 92HRB et Rockwell C de 13HRC pour l'acier 4140.
Solidité
L'acier 4140 possède des propriétés mécaniques élevées telles que la ténacité, la limite d'élasticité, la résistance à la traction et la résistance à la fatigue.
Résistance au rendement
La limite d'élasticité de l'acier 4140 est de 415 MPa
Contrainte de rendement
La limite d'élasticité de l'acier 4140 est de 140 GPa.
Résistance à la traction
L'AISI 4140 a une résistance à la traction de 95,000 XNUMX psi. Il est utilisé pour les applications qui nécessitent une intégrité structurelle élevée.
La conductivité thermique
La conductivité thermique de l'acier 4140 est de 42.6 W/mK à 100°C.
Conductivité électrique
La conductivité électrique de l'acier 4140 est de 7.84 % IACS.
Dilatation thermique
La dilatation thermique de l'acier 4140 est de 12.2 µm/m°C à 0-100°C.
Indice d'usinabilité
L'indice d'usinabilité de l'acier 4140 est de 65 %.
Le 4140 peut-il être soudé à de l'acier doux ?
La soudabilité de l'acier d'artillerie 4140 est faible. Il est difficile à souder en raison de sa dureté élevée. Cette dureté est due à la teneur élevée en carbone, Cr et Mo dans la composition. Cela le rend sujet aux fissures pendant le soudage. Les traitements thermiques après soudage sont nécessaires pour éviter les fissures dans les soudures
Soudage TIG acier 4140
Le soudage TIG peut être effectué sur de l'acier 4140 mais il n'est pas recommandé dans des conditions de trempe et de revenu.
Soudure à la baguette en acier 4140
Les électrodes à hydrogène sont recommandées pour l'acier 4140, suivies d'un traitement thermique post-soudage avec une vitesse de refroidissement lente pour éviter les fissures de soudure.
Traitement thermique
L'acier 4140 PH est traité thermiquement à 845°C puis trempé à l'huile. S'il doit être durci, il est normalisé à 913°C pendant une longue période de maintien puis refroidi à l'air.
Recuit, trempe, revenu et leurs effets sur les propriétés
Pour obtenir de bons résultats de recuit, de revenu et d’autres traitements thermiques, la pratique suivante doit être suivie.
Recuit
L'acier 4140 peut être recuit à 872 °C, puis refroidi au four à vitesse de refroidissement lente pour obtenir une dureté et une résistance optimisées.
Trempe
Pour augmenter la dureté à différents niveaux de l'alliage 4140, la trempe est effectuée entre 205 et 649°C. Une basse température entraîne une dureté plus élevée.
Trempe
La trempe de l'acier 4140 est généralement effectuée pour augmenter la dureté. Le travail à froid donne également des résultats efficaces en termes de dureté.
Liste de contrôle des commandes d'usinage de l'acier 4140
L'acier 4140 est souvent choisi pour sa résistance, sa ténacité et sa résistance à l'usure, mais la qualité finale de la pièce dépend de bien plus que de la seule appellation du matériau. Avant de passer une commande d'usinage , les acheteurs doivent s'assurer de l'état du matériau, du traitement thermique, de la dureté, des dimensions critiques, de la protection de surface et des exigences d'inspection. Ces détails permettent de limiter les modifications de devis, les problèmes de déformation liés au traitement thermique, les risques de corrosion et les difficultés d'assemblage après livraison.
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Que confirmer |
Pourquoi c'est important pour les pièces en acier 4140 |
Ce que les acheteurs doivent spécifier |
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État matériel |
Les aciers 4140 recuits, normalisés, pré-trempés et trempés-revenus présentent des caractéristiques d'usinabilité et de résistance finale différentes. |
Indiquez si la pièce doit être usinée à partir d'acier 4140 recuit, d'acier 4140 pré-durci ou traitée thermiquement après usinage. |
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Dureté finale |
L'acier 4140 est souvent choisi pour sa résistance et sa résistance à l'usure, mais sa dureté doit correspondre à la fonction de la pièce. |
Spécifiez la plage de dureté requise, telle que la valeur HRC ou l'exigence de résistance à la traction. |
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Durée du traitement thermique |
Le traitement thermique peut modifier la taille, la rectitude, la planéité ou la rondeur. |
Indiquez si un usinage ou une rectification finale est nécessaire après le traitement thermique. |
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Zones d'ajustement critique |
Les arbres, alésages, sièges de paliers, filetages et rainures de clavette peuvent présenter des défaillances lors de l'assemblage si la tolérance n'est pas maîtrisée. |
Indiquez les dimensions critiques séparément des tolérances générales. |
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État de surface |
Les surfaces d'usure, les faces d'étanchéité et les zones de glissement peuvent nécessiter un contrôle plus strict de la rugosité. |
Spécifiez la valeur Ra uniquement lorsque cela est fonctionnellement nécessaire. |
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Protection contre la rouille |
L'acier 4140 n'est pas de l'acier inoxydable et peut rouiller pendant le stockage ou le transport maritime. |
Vérifier la présence d'huile, d'oxyde noir, de revêtement phosphaté, de placage ou d'emballage scellé. |
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Rapport d'inspection |
Les pièces liées à la résistance nécessitent souvent plus qu'un simple contrôle dimensionnel. |
Demander un test de dureté, un rapport dimensionnel, un certificat de matériau ou un rapport de traitement thermique sur demande. |
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Exigences d'emballage |
Les filetages, les surfaces polies et les ajustements de précision peuvent être endommagés pendant le transport. |
Demandez une protection des fils, un emballage antirouille, un emballage séparé ou un emballage renforcé pour l'exportation. |
Matériau AISI 4140 VS Autre
Quel est l’acier le plus résistant : l’acier 4130 ou l’acier 4140 ?
Le 4140 est plus résistant que le 4130, ce qui convient aux applications à fortes contraintes.
Aluminium billette 7075 vs acier 4140
L'acier 4140 présente une résistance, une ténacité et une résistance à l'usure supérieures à celles de l'aluminium 7075.
Acier 1045 contre 4140
L'acier 4140 a une résistance et une dureté supérieures tandis que le 1045 a une meilleure soudabilité et usinabilité.
Acier 1018 contre 4140
L'acier 4140 présente une résistance aux chocs et à la traction plus élevée que l'acier 1018.
Acier à outils S7 contre 4140
L'acier à outils S7 présente une meilleure résistance aux chocs tandis que le 4140 présente une dureté, une résistance et une ténacité supérieures et est abordable.
Acier 8620 contre 4140
Le 4140 est meilleur en termes de ténacité et de résistance que le 8620
Acier au chrome-molybdène 4140 contre acier inoxydable 416
L'acier 416 est très cher que l'acier 4140. Cependant, les deux ont d'excellentes propriétés mécaniques.
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