Acier 4340 : composition, caractéristiques et applications

Qu'est-ce que l'acier 4340 ?

L'acier 4340, un acier allié à haute résistance et robuste, est réputé pour sa trempabilité, sa résistance et sa ténacité. Il est classé comme membre de la famille des aciers Ni-Cr-Mo et reçoit la désignation 4340 par la norme AISI (American Iron and Steel Institute) SAE (Society of Automotive Engineers). La quantité de nickel, de chrome et de molybdène est importante dans cet acier, ce qui lui confère d'excellentes propriétés mécaniques. L'acier 4340 a de nombreuses applications dans les pièces ou composants pour lesquels une résistance à la tension supplémentaire est indispensable, tels que les composants aérospatiaux, certaines pièces automobiles ou les engrenages, arbres et composants structurels. Il peut recevoir différents niveaux de dureté par traitement thermique et il est normalement fourni sous forme de produit trempé et revenu pour augmenter sa résistance et sa ténacité. De plus, l'acier 4340 présente une bonne résistance à la fatigue qui lui confère une supériorité pour les applications difficiles soumises à des charges cycliques.

Quels sont les inconvénients de l’acier 4340 ?

L'acier 4340 est mécaniquement résistant et possède d'excellentes propriétés, mais certains défauts sont également perceptibles. Avant tout, des teneurs plus élevées en alliages, notamment en nickel, en chrome et en molybdène, augmentent le coût du produit, ce qui se reflète dans les prix, ce qui affecte son accessibilité. De plus, le soudage de l'acier 4340 est difficile car il est très trempable et doit donc être préchauffé et soumis à un traitement thermique post-soudage pour limiter au minimum le risque de fissuration. L'usinage présente également quelques problèmes tels que l'usure des outils et des difficultés d'usinage principalement dues aux éléments d'alliage qui nécessitent une sélection minutieuse des paramètres de coupe ainsi que des outils. De plus, la résistance à la corrosion du grade 4340 n’est pas parfaite et nécessite donc plus d’entretien des surfaces correctement peintes afin d’éviter la corrosion dans des environnements corrosifs. Ce sont quelques-unes des caractéristiques clés à prendre en compte lors de l’analyse de son applicabilité à différentes situations.

De quelle spécification l'acier 4340 porte-t-il le nom ?

L'acier 4340 doit son nom au système de spécifications SAE (Society of Automotive Engineers) AISI (American Iron and Steel Institute). Dans ce système, le préfixe « 43 » désigne un acier au chrome-molybdène et les chiffres « 40 » indiquent la teneur approximative en carbone en centièmes de pour cent. Par conséquent, l’acier 4340 signifie un acier au chrome-molybdène avec une teneur en carbone d’environ 0,401 TP3T. Cette convention de dénomination fournit un moyen standardisé de classer et d'identifier différents types d'acier en fonction de leur composition chimique et de leurs propriétés mécaniques.

Quels sont les autres noms de l’acier 4340 ?

La plupart du temps, l'acier 4340, très apprécié pour sa haute résistance, sa ténacité et sa trempabilité, est connu dans la pratique sous différents noms en fonction des normes locales ou des noms de l'industrie. Outre sa désignation AISI 4340, il reçoit également des noms tels que SAE 4340 dans les secteurs de l'automobile et des machines. En revanche, dans les pays européens, l'acier est symbolisé par 1.6565 selon la norme EN. Ces noms alternatifs sont utilisés pour regrouper et marquer l'acier allié nickel-chrome-molybdène et il est utilisé principalement dans les secteurs de l'aérospatiale, de l'automobile et des machines pour créer des pièces ayant des propriétés mécaniques exceptionnelles.

Composition chimique de 4340 Acier

L'acier 4340 est classé comme acier faiblement allié, caractérisé par une trempabilité, une résistance, une ténacité, une résistance à la fatigue et une résistance au fluage élevées similaires à Acier 4140. Il est généralement utilisé pour les composants de machines des secteurs industriels soumis à une résistance à la traction plus élevée que l'acier 4140, tels que les broches, les engrenages, les broches, les accouplements, etc.

L'influence de la composition élémentaire sur les performances de l'acier 4340

Les performances de l’acier 4340 sont contrôlées par sa composition élémentaire, de manière très étroite. Le chrome améliore la trempabilité et la résistance à la corrosion tandis que le molybdène apporte solidité et résistance aux températures élevées. Le nickel fonctionne comme un raffineur de grain et tend à améliorer la ténacité et la résistance aux chocs du matériau en créant des microstructures puissantes pendant la trempe. La teneur en carbone détermine également la dureté et la résistance et elles doivent être bien gérées afin d'équilibrer les propriétés. Le manganèse durcit et aide à produire des grains de tailles uniformes, ce qui augmente la ténacité. Le silicium héberge la désoxydation et le raffinement du grain mais augmente en même temps la résistance et la résistance à l'oxydation. Ces éléments dans leur ensemble ajustent les propriétés de l'acier 4340 à un niveau de performance qui le rend adapté à de nombreuses applications dans les domaines de l'aérospatiale, de l'automobile et de la fabrication de machines.

Propriétés mécaniques de 4340 Acier

Propriétés physiques de 4340 Acier

Matériaux équivalents de 4340 Acier

Quels sont les défis de traitement de l’acier 4340 ?

Travailler sur l'acier 4340 est difficile car il peut être durci avec des éléments d'alliage. L'usinabilité est un autre problème, surtout si le matériau est à l'état durci car les éléments d'alliage augmentent l'usure des outils, ainsi que la force de coupe. Le soudage est une application difficile en raison des risques de fissuration et par conséquent, un processus de chauffage avant le soudage, un traitement thermique après le soudage, ainsi qu'une attention particulière aux paramètres sont nécessaires. Le réglage du traitement thermique doit être contrôlé avec précision afin d'éviter toute distorsion et d'obtenir les propriétés appropriées. Le routage des distorsions est la norme et généralement attendu lors du traitement, ce qui signifie que les fournisseurs doivent ajouter des processus de fixation et de libération des contraintes. Malgré les difficultés, de nombreuses techniques sophistiquées et une surveillance minutieuse peuvent produire des composants de haute qualité et de haute condition physique dotés des propriétés mécaniques uniques de l'acier 4340.

Applications de l'acier 4340