多用途で高強度の鋼材といえば、4140 鋼がさまざまな業界で人気の選択肢として際立っています。靭性、耐摩耗性、機械加工性のユニークなバランスにより、ストレス下での耐久性が求められる用途に最適な素材となっています。この記事では、4140 鋼の特別な点について詳しく説明し、一般的な用途、規格、化学組成、主要な特性について説明します。
4140スチールとは何ですか？
4140鋼は、主に鉄で構成された低合金鋼で、炭素、クロム、モリブデンが添加されており、「クロモリ」鋼に分類されます。これらの元素により、4140は高い強度、優れた耐摩耗性、中程度の耐腐食性を備えています。自動車業界で一般的に使用されている4140鋼は、ドライブシャフト、ギア、車軸、エンジンなど、大きな応力や歪みに耐える必要がある部品に最適です。 クランクシャフト優れた耐久性により、ボルトやチェーンなどの荷重を受ける固定部品にも最適です。
4140 鋼の詳細については、次の YouTube ビデオをご覧ください。
4140 鋼は具体的にどのように製造されるのでしょうか?
4140 鋼は、鉄を炭素、クロム、モリブデン、その他の元素とともに電気炉または酸素炉で 1500°C 以上の温度で溶解して作られます。完全に溶解して混合された後、溶融鋼は流し出されて冷却されます。冷却後、鋼は焼きなまし処理 (再加熱と制御された冷却) を受け、加工しやすいように軟化されます。
次のステップでは、鋼をフッ化水素酸に浸して表面の錆や不純物を取り除きます。その後、洗浄された鋼は再び溶解され、鋳型に流し込まれてビレットまたはスラブが形成されます。最後に、これらのビレットまたはスラブはローラーで熱間または冷間加工され、希望の形状とサイズに仕上げられます。
4140 鋼の化学組成
4140 鋼の特性は、主に化学組成によって決まります。これは低合金鋼であり、合金元素の量が比較的少ないことを意味します。一般的な組成は次のとおりです。
| 素子 | パーセンテージ（％） |
|---|---|
| 炭素（C） | 0.38 – 0.43 |
| マンガン（Mn） | 0.75 – 1.00 |
| リン（P） | 0.035最大 |
| 硫黄（S） | 0.040最大 |
| シリコン（Si） | 0.15 – 0.35 |
| クロム（Cr） | 0.80 – 1.10 |
| モリブデン（Mo） | 0.15 – 0.25 |
4140 鋼の特性
4140 鋼のユニークな要素の組み合わせにより、非常に多用途に使える一連の特性が実現されています。主な特性の内訳は次のとおりです。
| プロパティ | 値 |
|---|---|
| 融点 | 1416 –1471°C（2581 –2680°F） |
| 沸点 | 3000°C（5432°F） |
| 抗張力 | 850 – 1000 MPa (123,000 – 145,000 psi) |
| 降伏強さ | 655 – 862 MPa (95,000 – 125,000 psi) |
| 硬度（焼きなまし） | 28 – 32 HRCP |
| 硬度（焼き入れ・焼き戻し） | 最大54HRC |
| 破断伸び | 20 - 25％ |
| 弾性率 | 205 – 210 GPa (29,700 – 30,500 ksi) |
| 密度 | 7.85 g/cm³ (0.284 ポンド/in³) |
| 磁性 | 磁気 |
4140 鋼の一般的な形状は何ですか?
4140 合金鋼には、それぞれ特定の用途に適したいくつかの形態があります。
- シート: 平板切断部品には、通常、厚さ 1 ～ 10 mm の 4140 合金鋼板が使用されます。
- 冷間引抜冷間引抜棒は、円形、平形、または角形で提供され、延性があり柔らかいパーライト微細構造を形成するように処理されます。
- アニールされた最も一般的な形状である焼きなまし 4140 鋼は、柔軟性を高めるためにバーまたはプレートに冷間成形されます。
- プレート20 プレートの厚さは通常 120 ～ 300 mm ですが、最大 4140 mm になることもあり、さまざまな用途に合わせて焼きなまし、研磨、コーティングされることがよくあります。
- つや出し丸棒、平棒、六角棒、角棒は熱間圧延されていることが多く、表面仕上げが異なり、冷間圧延鋼よりも強度が低くなります。
- バー: 平らな断面、角形、丸形の断面があり、角棒と丸棒が最も一般的で、6mmから120mmの範囲です。これらは、 CNC機械加工部品.
4140 と同等の鋼は何ですか?
高い強度と汎用性で知られる 4140 鋼は、さまざまな国際規格でさまざまな名前で認識されています。
- 中国: GB/T 3077、42CrMoに相当
- アメリカ: ASTM A29、4140の規格
- 日本: JIS G4105、SCM440に相当
- イギリス: BS 970、42CrMo4に相当
- ドイツ: DIN 17200、1.7225または42crmo4に相当
これらの同等品は、4140 鋼の特性と用途に合わせてさまざまな地域で使用されます。
4140 鋼規格とは何ですか?
4140 鋼は、その品質と性能を保証するいくつかの国際規格によって規制されています。主な規格は次のとおりです。
| スタンダード | 説明 |
|---|---|
| ASTM A29 | 4140 を含む一般的な鋼棒の要件を規定します。 |
| SAE J404 | 4140 を含む炭素鋼および合金鋼の化学組成と機械的特性を提供します。 |
| アイシ4140 | アメリカ鉄鋼協会による 4140 鋼の指定。 |
| DIN 1.7225 | 4140 に相当する欧州規格で、ヨーロッパで広く使用されています。 |
これらの規格は、4140 鋼に必要な組成、熱処理、機械的特性を概説し、業界の要件を満たすことを保証します。
4140 鋼は何に使用されますか?
4140 鋼は、自動車、航空宇宙、石油・ガス、重機などの業界で広く使用されています。一般的な用途には次のようなものがあります。
自動車部品
自動車業界では、4140 鋼はドライブ シャフト、車軸、クランクシャフトなどの高強度部品の製造に使用されています。その耐久性により、大きなストレスや摩耗に耐える必要がある部品に最適です。
機械部品
4140 鋼は、高い強度と衝撃および疲労に対する耐性が求められるギア、スピンドル、構造部品などの機械部品によく使用されます。
石油・ガス産業
ドリルカラー、ダウンホールツール、その他の高応力部品などのコンポーネントは、優れた靭性と過酷な動作条件に対する耐性を備えた 4140 鋼で作られています。
工具と金型
この鋼の硬度と耐摩耗性は、鍛造金型、金型ベース、および 切削工具.
航空宇宙産業
航空宇宙分野では、4140 鋼は、強度、靭性、重量のバランスが求められる部品に使用されています。着陸装置や構造サポートなどのコンポーネントは、高ストレス下でも性能を維持できるこの鋼の能力の恩恵を受けています。
4140鋼の長所と短所
| Advantages | デメリット |
|---|---|
| 高強度 | より高いコスト |
| 良好な強靭性 | 溶接の難しさ |
| 優れた耐摩耗性 | 限られた耐食性 |
| 熱処理可能 | 硬度のばらつき |
| 用途の広い | 機械加工の課題 |
| 特定の条件下では良好な加工性 | 熱感度 |
4140 は何度の温度で正規化されますか?
4140 鋼を 1600°F (870°C) で焼鈍すると、結晶構造が微細化され、内部応力が緩和されて機械的特性が向上します。このプロセスにより、鋼の強度、靭性、機械加工性が向上し、より均一な微細構造が得られます。
4140鋼と焼戻し温度
4140 鋼は 1525° ～ 1625° F (830° ～ 885° C) の温度範囲で硬化し、通常は油で焼き入れされます。4140 鋼の機械的特性は、400° ～ 1300° F (200° ～ 705° C) の温度範囲で焼き入れすることによって大幅に調整できます。
4140鋼の1600°Fで焼鈍された特性と油焼入れ
4140 鋼を 1600°F (871°C) で焼きなましすると、材料が柔らかくなり、機械加工や作業が容易になります。焼きなまし後、鋼を油焼き入れする場合は、鋼を硬化させるために急速に冷却します。
4140 スチールは錆びますか?
はい、4140 鋼は錆びることがあります。硬度と強度に優れた低合金鋼ですが、水分や酸素にさらされると錆びやすい鉄が含まれているため、腐食の影響を受けやすいです。
錆びを軽減するために、4140 鋼はメッキや塗装などの保護仕上げでコーティングしたり、錆止め剤で処理したりすることができます。
4140はステンレス鋼ですか?
いいえ、4140 はステンレス鋼ではありません。合金鋼、具体的には低合金鋼であり、鉄のほかに少量の炭素、クロム、モリブデンが含まれています。
4140 対 4130 スチール
4140 鋼は一般に 4130 鋼に比べて引張強度と降伏強度が高く、高応力の用途に適しています。4140 鋼は、焼入れおよび焼き戻しすると、硬度範囲が 28 ～ 32 HRC になります。対照的に、4130 鋼は引張強度と降伏強度が低くなります。
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まとめ：
4140 鋼は、信頼性が高く、多用途の合金鋼で、何十年もの間、さまざまな業界で主力製品として使われてきました。強度、靭性、耐摩耗性のバランスが取れており、特定の要件に合わせて熱処理できるという特徴もあって、幅広い用途に適した素材となっています。ギア、ツール、重要な石油・ガス部品を製造する場合でも、4140 鋼は性能と耐久性を兼ね備えた確かな選択肢です。
質疑応答
4140 鋼は、その優れた強度と耐久性により、高応力部品の製造に広く使用されています。その堅牢な特性により、摩耗や衝撃に対する高い耐性が求められる用途に最適です。
はい、4140 鋼は軟鋼よりも硬いです。軟鋼の硬度は通常 120 ～ 180 ブリネル程度ですが、4140 鋼は焼き入れと焼き戻しを行うと 28 ～ 32 HRC の硬度レベルを達成できます。
4140 鋼を溶接するには、E7018 や E8018 などの低水素ロッドを使用します。これらのロッドは、水素による割れを最小限に抑え、優れた溶接品質を実現するため、好まれます。
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。
