Acciaio 4340: composizione, caratteristiche e applicazioni

Cos'è l'acciaio 4340?

L'acciaio 4340, un acciaio legato ad alta resistenza e tenace, è noto per la sua temprabilità, resistenza e tenacità. È classificato come membro della famiglia degli acciai Ni-Cr-Mo e gli è stata assegnata la designazione 4340 dallo standard SAE (Society of Automotive Engineers) AISI (American Iron and Steel Institute). La quantità di nichel, cromo e molibdeno è elevata in questo acciaio, il che si traduce nelle sue eccellenti proprietà meccaniche. L'acciaio 4340 ha ampie applicazioni in parti o componenti in cui è necessaria una resistenza alla tensione extra, come componenti aerospaziali, alcune parti di automobili o ingranaggi, alberi e componenti strutturali. Può ricevere diversi livelli di durezza mediante trattamento termico e normalmente viene fornito come prodotto bonificato per aumentarne la resistenza e la tenacità. Inoltre, l'acciaio 4340 ha una buona resistenza alla fatica che gli conferisce superiorità per le applicazioni impegnative sottoposte a carico ciclico.

Quali sono gli svantaggi dell'acciaio 4340?

L'acciaio 4340 è meccanicamente resistente e possiede proprietà eccellenti, tuttavia si notano anche alcuni difetti. Innanzitutto, un contenuto più elevato di leghe, in particolare nichel, cromo e molibdeno, aumenta il costo del prodotto, che si riflette nei prezzi che influiscono sull'accessibilità economica. Inoltre, saldare l'acciaio 4340 è difficile perché è altamente temprabile e quindi necessita di essere preriscaldato e sottoposto a trattamento termico post-saldatura per limitare al minimo il rischio di fessurazioni. La lavorazione presenta anche alcuni problemi come l'usura degli utensili e le difficoltà di lavorazione, principalmente a causa degli elementi di lega che richiedono un'attenta selezione dei parametri di taglio e degli utensili. Oltre a ciò, la resistenza alla corrosione del grado 4340 non è perfetta e quindi richiede una maggiore manutenzione delle superfici adeguatamente verniciate in modo da evitare la corrosione in ambienti corrosivi. Queste sono alcune delle caratteristiche chiave da considerare quando si analizza la sua applicabilità a diverse situazioni.

Da quale specifica prende il nome l'acciaio 4340?

L'acciaio 4340 prende il nome dal sistema di specifica SAE (Society of Automotive Engineers) AISI (American Iron and Steel Institute). In questo sistema, il prefisso “43” indica un acciaio al cromo-molibdeno e i numeri “40” indicano il contenuto approssimativo di carbonio in centesimi di percentuale. Pertanto, l'acciaio 4340 indica un acciaio al cromo-molibdeno con un contenuto di carbonio di circa 0,40%. Questa convenzione di denominazione fornisce un modo standardizzato per classificare e identificare diversi tipi di acciaio in base alla loro composizione chimica e proprietà meccaniche.

Quali sono gli altri nomi per l'acciaio 4340?

Principalmente l'acciaio 4340, molto apprezzato per la sua elevata resistenza, tenacità e temprabilità, è conosciuto in pratica con nomi diversi a seconda degli standard locali o attraverso nomi di settore. Oltre alla designazione AISI 4340, gli vengono assegnati anche nomi come SAE 4340 nei settori automobilistico e dei macchinari. D'altra parte, nei paesi europei l'acciaio è simboleggiato come 1.6565 secondo la norma EN. Questi nomi alternativi vengono utilizzati per raggruppare e contrassegnare l'acciaio legato al nichel-cromo-molibdeno e viene utilizzato principalmente nei settori aerospaziale, automobilistico e dei macchinari per la creazione di parti con proprietà meccaniche eccezionali.

Composizione chimica di 4340 Acciaio

L'acciaio 4340 è classificato come acciaio a bassa lega, caratterizzato da elevata temprabilità, resistenza, tenacità, resistenza alla fatica e resistenza allo scorrimento simile a 4140 acciaio. Viene tipicamente utilizzato per componenti di macchinari di settori industriali soggetti a resistenza alla trazione maggiore rispetto all'acciaio 4140, come mandrini, ingranaggi, perni, giunti e altro.

L'influenza della composizione elementare sulle prestazioni dell'acciaio 4340

Le prestazioni dell'acciaio 4340 sono controllate dalla sua composizione elementare, in modo molto ristretto. Il cromo migliora la temprabilità e la resistenza alla corrosione mentre il molibdeno apporta forza e resistenza alle alte temperature. Il nichel funziona come un affinatore del grano e tende a migliorare la tenacità e la resistenza agli urti del materiale creando microstrutture robuste durante la tempra. Il contenuto di carbonio determina anche la durezza e la resistenza e devono essere ben gestiti allo scopo di bilanciare le proprietà. Il manganese indurisce e aiuta a produrre grani di dimensioni uniformi che a loro volta aumentano la tenacità. Il silicio favorisce la disossidazione e l'affinamento del grano ma allo stesso tempo aumenta la robustezza e la resistenza all'ossidazione. Questi elementi nel loro insieme sintonizzano le proprietà dell'acciaio 4340 a un livello di prestazioni che lo rende adatto per ampie applicazioni nel settore aerospaziale, automobilistico e della produzione di macchinari.

Proprietà meccaniche di 4340 Acciaio

Proprietà fisiche di 4340 Acciaio

Materiali equivalenti di 4340 Acciaio

Quali sono le sfide di lavorazione dell'acciaio 4340?

Lavorare sull'acciaio 4340 è difficile perché è temprabile con elementi di lega. La lavorabilità è un altro problema, soprattutto se il materiale è allo stato indurito perché gli elementi di lega aumentano l'usura degli utensili, e anche la forza di taglio. La saldatura è un'applicazione difficile a causa della possibilità di fessurazioni e pertanto sono necessari un processo di riscaldamento prima della saldatura, un trattamento termico post-saldatura e un'attenzione particolare ai parametri. L'impostazione del trattamento termico deve essere controllata accuratamente per evitare distorsioni e ottenere le proprietà adeguate. Il routing della distorsione è la norma ed è generalmente previsto durante la lavorazione, il che significa che i fornitori devono aggiungere processi di fissaggio e rilascio dello stress. Nonostante le difficoltà, molte tecniche sofisticate e un attento monitoraggio possono produrre componenti di alta qualità e ad alta resistenza con le proprietà meccaniche uniche dell'acciaio 4340.

Applicazioni dell'acciaio 4340