4140 鋼は、その強靭性、優れた疲労強度、摩耗や擦り切れに対する耐性で知られるクロムモリブデン合金です。ギア、ボルト、シャフトなど、大きなストレスに耐える必要のある部品の製造に広く使用されています。しかし、これらの特性を最大限に引き出すには、鋼を適切に熱処理する必要があり、このプロセスでは焼き戻しが重要なステップとなります。
4140 鋼の組成と熱処理
4140 鋼は、約 0.38 ～ 0.43% の炭素、0.75 ～ 1.00% のマンガン、0.15 ～ 0.25% のシリコン、0.80 ～ 1.10% のクロム、0.15 ～ 0.25% のモリブデン、および微量の硫黄とリンを含む合金鋼です。
熱処理プロセスには通常、オーステナイト化（高温に加熱して保持し、鋼の微細構造をオーステナイトに変換する）、焼入れ（通常は油または水中で急速に冷却してマルテンサイトを形成する）、焼戻し（鋼を低温に再加熱して機械的特性を調整する）の 3 つの段階が含まれます。
4140 鋼の焼き戻し温度はどれくらいですか?
4140スチール 通常、400°F ～ 1300°F (200°C ～ 700°C) の範囲で焼き入れされます。選択した焼き入れ温度は、鋼の硬度と靭性に影響します。詳細については、次の表を参照してください。
| Pローセス | 温度範囲 | 待ち時間 | 冷却方法 | 硬度（ブリネル/ロックウェル） | 引張強さ (ksi) | Notes |
|---|---|---|---|---|---|---|
| アニーリング | 1450 – 1600°F（790 – 870°C） | 1時間（厚さが1インチを超える場合はさらに長くなります） | 炉内を冷やす | 197 ブリネル (BHN) | – | 鋼を柔らかくして加工しやすくする |
| 正規化 | 1600 – 1700°F（870 – 925°C） | 少なくとも30分 | 周囲の空気を冷やす | 241 ブリネル (BHN) | 100ksi | 機械的特性の向上 |
| 硬化と焼き入れ | 1550 – 1600°F（845 – 870°C） | 厚さ30インチあたりXNUMX分 | ミネラルオイルで急冷 | 600 ブリネル（BHN）/ロックウェルC 55 | 225ksi | すぐに急冷し、焼き入れ前に150°F（65°C）まで冷却します。 |
| テンパリング | 400 – 1300°F（200 – 700°C） | 厚さ15インチあたりXNUMX分 | 空冷 | 250 – 600 ブリネル（BHN）/ロックウェルC 25-50 | 130 – 225 ksi | 温度が低いと引張強度が増し、温度が高いと靭性が向上します。 |
4140 鋼は火炎硬化できますか?
はい、4140 鋼は炎焼入れが可能です。炎焼入れは、4140 のような中炭素鋼で一般的に使用される表面硬化プロセスです。このプロセスでは、鋼の表面を炎で急速に加熱し、その後すぐに急冷することで、強靭で延性のあるコアを維持しながら表面硬度を高めます。
4140 鋼の応力緩和温度は何度ですか?
4140 鋼の応力緩和温度は、通常 1100°F ～ 1300°F (593°C ～ 705°C) の範囲です。この温度で鋼は加熱され、機械加工、溶接、その他のプロセス中に生じた内部応力を軽減しますが、機械的特性に大きな変化はありません。
4140 鋼のロックウェル硬度はどれくらいですか?
4140 鋼のロックウェル硬度は、適切に熱処理すると通常 28 ～ 32 HRC の範囲になります。
4140 鋼を何度の温度で予熱すればよいですか?
溶接または機械加工の前に、4140 鋼を 350°F ～ 400°F (177°C ～ 204°C) の温度範囲に予熱する必要があります。予熱により、熱衝撃が最小限に抑えられ、材料全体の温度分布がより均一になるため、割れのリスクが軽減されます。
4140 スチールの利点は何ですか?
- 優れた引張強度を備え、要求の厳しい用途に適しています。
- 靭性と強度のバランスが良好で、脆性破壊のリスクを軽減します。
- 摩耗や磨耗に強く、摩擦や衝撃を受ける部品に最適です。
- 適応性に優れているため、自動車、機械、工具など幅広い用途に使用されています。
- 熱処理により、高硬度や高強度などのさまざまな機械的特性を実現できます。
- 衝撃やショック負荷にも耐えられるため、高負荷用途でも信頼性を発揮します。
4140 スチールの欠点は何ですか?
4140 鋼は汎用性が高く、数多くの利点がありますが、いくつかの欠点もあります。
- 合金元素と処理により炭素鋼よりも高くなります。
- 機械加工が困難になり、工具の摩耗が進む可能性があります。
- 割れを防ぐために、慎重な予熱と溶接後の処理が必要です。
- 硬化すると脆くなるため、割れを防ぐために適切な焼き戻しが必要になります。
- 適切なコーティングが施されていないと、錆びや腐食が発生しやすくなります。
- 一貫した特性を確保するには、熱処理中に正確な制御が必要です。
4140 焼鈍鋼とプレハード鋼の違い
| プロパティ | 4140 焼鈍鋼 | 4140 プレハードスチール |
|---|---|---|
| 熱処理 | 温めてゆっくり冷やすことでストレスを軽減 | 供給前に特定の硬度に熱処理される |
| ロックウェル硬度 | 通常14～22HRC | 通常28～32HRC |
| プロパティ | より柔らかく、より延性があり、より優れた加工性 | より硬く、より延性が低く、耐摩耗性が向上しました |
| アプリケーション | 機械加工や成形に最適で、さらに熱処理も可能 | 高い強度と硬度が要求され、最小限の追加処理が必要な用途に適しています |
| さらなる治療 | 後で熱処理して硬度を高めることも可能 | 通常はそれ以上熱処理は行わない |
4140 は良いナイフになりますか?
4140 鋼は、特に刃先の鋭さや耐腐食性よりも靭性と耐久性を優先する場合、機能的なナイフを作ることができます。高性能ナイフ、特に優れた刃先保持性と耐腐食性を必要とするナイフには、440C、S30V、CPM-3V などの他の鋼が適している場合があります。
4140 は軟鋼よりも硬いですか?
4140 鋼は、特に熱処理すると軟鋼よりも硬く、強度が増します。このため、4140 は、より高い強度、耐久性、耐摩耗性が求められる用途に適しています。軟鋼はより柔らかいため、高強度よりも機械加工や溶接のしやすさが重要な用途に適しています。
まとめ：
4140 鋼の焼き戻し温度は機械的特性に大きく影響するため、エンジニアはさまざまな産業用途の要求に合わせて材料の性能を調整できます。焼き戻し温度を慎重に選択することで、硬度、強度、靭性の望ましいバランスを実現でき、鋼の信頼性と長寿命を確保できます。
BOYIは高度な 精密CNC加工 プロセスを通じて、当社は耐久性と信頼性に優れた、高性能なコンポーネントを製造しています。当社と提携して、高品質の生産と卓越したサービスをご利用ください。
今日から新しいプロジェクトを始めましょう
弊社のエンジニアが 2 時間以内にご連絡いたします。
質疑応答
4140 鋼の最適な焼き戻し温度は、硬度と靭性の望ましいバランスによって決まりますが、通常は 300°C ～ 450°C の範囲です。
焼き戻しにより 4140 鋼の硬度が低下します。温度が低いほど硬度は高くなり、温度が高いほど硬度は低下しますが、靭性は高まります。
はい、4140 鋼は複数回焼き戻しを行って機械的特性を微調整できます。ただし、過度に軟化しないように、焼き戻しを繰り返す場合は慎重に制御する必要があります。
焼き入れされた 4140 鋼は、焼き入れ温度と必要な機械的特性に応じて、ギア、クランクシャフト、工具、重機部品などの用途に使用されます。
焼き戻しが正しく行われない場合、特に不適切な焼入れの後は、割れる危険があります。焼き戻し中にゆっくりと制御された加熱と冷却を行うことで、この危険を最小限に抑えることができます。
焼入れにより、4140 鋼に硬くて脆いマルテンサイトが形成されます。その後、焼戻しによってこの硬度を調整し、マルテンサイトを他の微細構造に部分的に変化させることで靭性を向上させます。
焼き戻しでは、焼入れした鋼を再加熱して脆さを減らし、靭性を高めます。一方、焼きなましでは、鋼を高温に加熱し、ゆっくりと冷却して材料を柔らかくし、加工性を向上させます。
4140 鋼を焼き入れするには、目的の特性に応じて鋼を 150°C ～ 650°C の特定の温度に加熱し、その後ゆっくりと冷却して目的の靭性と硬度を実現します。
カタログ： マテリアルガイド
この記事は、BOYI チームのエンジニアによって執筆されました。Fuquan Chen は、ラピッドプロトタイピング、金型製造、プラスチック射出成形の分野で 20 年の経験を持つプロのエンジニア兼技術専門家です。
