Acciaio 4140: composizione, caratteristiche, metodi di lavorazione e campi di applicazione

Walter
8 settembre 2022

Benvenuti in HDC, il fedele alleato nella fabbricazione su misura di componenti metallici, che vanta un bagaglio di esperienza nel settore che dura da oltre un decennio. Immerso nelle nostre strutture all'avanguardia, dotate di apparecchiature all'avanguardia come centri di lavoro a 4 e 5 assi, insieme a meticolosi strumenti di ispezione come macchine di misura a coordinate, HDC rivendica con orgoglio la sua statura di fornitore preminente di servizi personalizzati risoluzioni sui metalli.

Il perno della nostra abilità risiede nella lavorazione dell'acciaio 4140. Armata di una coorte competente e di abilità avanzate nella lavorazione CNC, HDC promette il massimo della qualità e della precisione in ogni sforzo. Che si tratti di componenti intricati o frammenti robusti, l'incrollabile fedeltà di HDC all'eccellenza assicura un apogeo di risultati quando si interfaccia con l'acciaio 4140.

Intraprendi un'odissea attraverso la pletora di alternative di lavorazione offerte da HDC, che spaziano dalla lavorazione CNC alla fusione, forgiatura, incisione laser e stampaggio dei metalli. Le nostre capacità flessibili sono pronte a soddisfare una miriade di requisiti, offrendo soluzioni su misura in sintonia con le esigenze distintive delle vostre imprese. Scegli HDC per i tuoi requisiti di artigianato metallico, dove erudizione e ingegnosità convergono, dando vita alle tue aspirazioni visionarie.

Cos'è l'acciaio 4140?

L'acciaio 4140 è una parte di acciaio bassolegato arricchito da cromo, molibdeno e manganese, noto per le sue qualità distintive di elevata tenacità, elevata resistenza alla torsione e buona resistenza alla fatica. Questa struttura composita offre eccellente tenacità, robustezza e resistenza all'usura. Il processo di trattamento termico, ricottura e rinvenimento, rinforza l'acciaio per un uso specifico. La robustezza e la durevolezza dell'acciaio 4140 lo rendono un'ottima scelta per la produzione di componenti quali ingranaggi, assi e bulloni, dove è ampiamente utilizzato in molti settori come petrolio e gas, agricoltura, difesa e automotive, per la sua capacità di mantenersi in buone condizioni anche in condizioni difficili.

Come viene denominato l'acciaio 4140 secondo quale regola?

L'acciaio 4140 è designato secondo il sistema di classificazione dell'acciaio AISI/SAE, dove la prima cifra (4) denota una lega di molibdeno, la seconda cifra (1) indica elementi di lega aggiuntivi come cromo e molibdeno e le ultime due cifre (40) specificano il contenuto di carbonio dell'acciaio pari a circa 0,40%. Questa nomenclatura fornisce un rapido riferimento alla composizione chimica e alle proprietà dell'acciaio, evidenziando l'uso del molibdeno per una maggiore resistenza, tenacità e resistenza all'usura e rendendolo facile da identificare per applicazioni che richiedono materiali robusti.

Composizione chimica dell'acciaio 4140

L'acciaio 4140 è classificato come acciaio a basso tenore di carbonio e bassa lega con buona resistenza all'impatto, resistenza all'usura, temprabilità, tenacità strutturale, resistenza e leggera resistenza alla corrosione. Sebbene sia scarsamente saldabile, deve essere riscaldato a più di 800 °C se forgiato. L'acciaio 4140 è versatile, come acciaio per utensili naturale, sicuramente utilizzato per utensili e parti di macchine industriali soggette a grandi carichi, come alberi motore, assali posteriori, clip a molla, collettori, ingranaggi, timone eccetera.

Componente	Peso %
Carbonio (C)	0,38 – 0,43
Ferro (Fe)	96.785 – 97.77
Cromo (Cr)	0,75 – 1,00
Manganese (Mn)	0,60 – 0,90
Molibdeno (Mo)	0,15 – 0,25
Fosforo (P)	0,0 – 0,035
Silicio (Si)	0,15 – 0,30
Zolfo (S)	0,0 – 0,04

L'influenza della composizione chimica sulle proprietà dell'acciaio 4140

Uno dei fattori essenziali che determinano le proprietà meccaniche dell'acciaio 4140, con circa 0,40% carbonio, 0,80-1,10% cromo, 0,15-0,25% molibdeno e 0,75-1,0% manganese, è la sua composizione chimica. Il carbonio fornisce una combinazione di resistenza e duttilità, il cromo aggiunge ulteriore resistenza, durezza, resistenza alla trazione e resistenza alla corrosione, il molibdeno fornisce resistenza alla trazione alle alte temperature così come resistenza all'usura e il manganese migliora la temprabilità e conferisce resistenza alla rottura. Avendo una composizione di lega così unica, l'acciaio 4140 ottiene elevata resistenza, tenacità, resistenza all'usura e la capacità di sottoporsi a trattamento termico e di essere utilizzato in applicazioni che non sono dannose e in cui le prestazioni sotto stress sono cruciali, come ingranaggi, assi e alberi.

Proprietà meccaniche dell'acciaio 4140

Proprietà meccaniche	metrico	inglese
Carico di rottura	1020 MPa	148000 psi
Resistenza allo snervamento a trazione	655 MPa	95000 psi
Allungamento a rottura	17.7 %	17.7 %
Riduzione di Area	46.8 %	46.8 %
Durezza, Brinell	302	302
Durezza, Knoop	328	328
Durezza, Rockwell B	99	99
Durezza, Rockwell C	32	32
Durezza, Vickers	319	319
Modulo di elasticità	205 GPa	29700 ksi
Modulo di massa	160 GPa	23200 ksi
Modulo di taglio	80,0 GPa	11600 ksi
Rapporto di Poisson	0.29	0.29
lavorabilità	65 %	65 %

Proprietà fisiche dell'acciaio 4140

Proprietà fisiche	Valore
Densità	7,85 g/cc
Punto di fusione	2.580-2.650 ° F
Calore specifico	1,13 x 10^-1 BTU/lb-°F
Conduttività termica	296 BTU-in/h-ft^2-°F

Materiali equivalenti Acciaio 4140

Unione Europea	Stati Uniti d'America	Germania	Francia	Italia	Spagna	Inter
IT	–	DIN, WNr	AFNOR	UNI	UNE	ISO
42CrMoS4 (1.7227)	4140	42CrMoS4	42CD4u	42CrMo4	40CrMo41	42CrMoS4

Il prezzo dell'acciaio 4140

Il prezzo dell’acciaio 4140 è alquanto volatile rispetto ai cambiamenti determinati da fattori che includono la domanda di mercato, i costi delle materie prime, i livelli di offerta e l’economia generale. Dipende dalla forma dell'acciaio (ad esempio barre, piastre e fogli), dalle dimensioni e da altre operazioni come il trattamento termico e così via. Poiché i prezzi sono variabili, in qualsiasi momento, per ottenere il prezzo più corretto e aggiornato, si consiglia di contattare i fornitori di acciaio o studiare direttamente i recenti rapporti di mercato. L'acciaio ha un prezzo principalmente per libbra o per tonnellata e potrebbero essere possibili riduzioni dei costi su base unitaria per acquisti di grandi volumi. Inoltre, il passaggio attraverso i rivenditori può includere spese di spedizione, gestione e altre spese.

Quali limitazioni ha l'acciaio 4140?

L'acciaio 4140 nonostante i suoi molteplici vantaggi in termini di resistenza, tenacità e versatilità affronta limiti come la ridotta saldabilità che richiede procedure di saldatura speciali per evitare fessurazioni, una minore resistenza alla corrosione rispetto agli acciai inossidabili, quindi sono necessari rivestimenti protettivi, e i problemi tecnici nella lavorazione comportamento dovuto alla sua durezza che provoca un aumento dei costi di produzione. Inoltre i suoi elementi di lega aggiungono non solo materiale ma anche costi di lavorazione, rendendolo quindi più costoso dei più semplici acciai al carbonio. Inoltre, le sezioni più spesse sono più difficili da trattare per le loro proprietà omogenee e, quindi, potrebbero rompersi se non adeguatamente temprate. Inoltre, alcune dimensioni specifiche dell'acciaio 4140 non sono immediatamente disponibili, rendendo le opzioni personalizzate lunghe e costose, con conseguenti ritardi e spese aggiuntive. Valutare questi fattori rispetto ai vantaggi è una decisione importante da prendere per ciascuna determinata applicazione.

Metodi di lavorazione comuni utilizzati per l'acciaio 4140

Le proprietà dell'acciaio 4140 verranno migliorate mediante diversi metodi di lavorazione per adattarsi a varie applicazioni. Forgiando l'acciaio la struttura viene rinforzata e resa più resistente, mentre la ricottura viene eseguita per ridurre la durezza ed eliminare le tensioni interne, il che rende l'acciaio più facile da lavorare (più lavorabile). La normalizzazione aggiunge raffinatezza alla struttura del grano, migliorando così la tenacità e l'uniformità. L'indurimento, che è il processo di riscaldamento e tempra seguito dal rinvenimento, aumenta la durabilità e la resistenza all'usura ma diminuisce la tenacità per evitare la fragilità. Invece, il processo di cementazione indurisce la superficie delle parti, dove il nucleo deve essere duro e le parti esterne devono essere dure. Sebbene sia abbastanza resistente, il 4140 può essere lavorato utilizzando strumenti e condizioni adeguati. Il processo rende complessivamente personalizzabile l'acciaio 4140, soddisfacendo così le prestazioni previste per applicazioni specifiche, come la resistenza meccanica, la tenacità e la resistenza all'usura richieste.