Propriedades do aço SAE AISI 4340, tratamento térmico, equivalente, gráfico de dureza, densidade, usinabilidade

Propriedades do aço SAE AISI 4340, tratamento térmico, equivalente, gráfico de dureza, densidade, usinabilidade

Virabrequim em aço SAE AISI 4340

Aço SAE AISI 4340 (UNS G43400)

O aço AISI 4340 (UNS G43400) é um aço de ultra-alta resistência, médio carbono e baixa liga, que combina temperabilidade profunda, alta ductilidade, tenacidade e resistência, e possui alta resistência à fadiga e à fluência. Não é particularmente afetado por revenimento e fragilização e apresenta boa retenção de resistência em altas temperaturas e não é facilmente amolecido. Em seções finas, este aço é endurecido ao ar. Na prática, geralmente é temperado com óleo.

Folha de dados de aço de liga 4340

As tabelas e listas a seguir fornecem folhas de dados e especificações do aço-liga 4340, incluindo composição química, propriedades físicas e mecânicas, tratamento térmico, soldagem, etc.

Composição química

A composição química do material de aço AISI 4340 está listada na tabela a seguir com base na análise de fundição.

4340 Composição Química, %
ASTM Classe de aço (UNS) C Si Mn P (≤) S (≤) Não Cr Mo Notas
ASTM A29/A29M Liga de aço 4340 (UNS G43400) 0,38-0,43 0,15-0,35 0,60-0,80 0,035 0,04 1,65-2,00 0,70-0,90 0,20-0,30 Barras de aço, carbono e ligas, forjadas a quente
ASTM A322 Barras de aço, ligas, classes padrão
ASTM A519/A519M Tubulação mecânica de aço carbono e liga sem costura
ASTM A646/A646M Blooms e tarugos de liga de aço de qualidade premium para peças forjadas de aeronaves e aeroespaciais

Propriedades do aço AISI 4340

As tabelas abaixo listam as propriedades do aço AISI 4340, incluindo propriedades físicas e mecânicas.

Propriedades físicas

As propriedades físicas do aço-liga 4340 são fornecidas nas listas a seguir, incluindo densidade, expansão térmica, módulo de elasticidade, condutividade térmica, capacidade térmica específica e resistência elétrica.

Notas:

  • 10-6·K-1 = 10-6/K
  • 1Ω·mm²/m = 1 μΩ·m
  • 1 g/cm3 = 1 kg/dm3 = 1000 kg/m3
  • 1 GPa = 1kN/mm2
  • 1 MPa = 1 N/mm2
Propriedades físicas
Densidade, g/cm3 (lb/pol.3) 7,85 (0,284) Condições
Ponto de fusão, °C (°F) 1505 (2740)
Capacidade de calor específico, J/kg·K (Btu/lb ·°F) 475 (0,114) a 20°C
Módulo de elasticidade, GPa (ksi) 205 (29700)
Módulo em massa, GPa (ksi) 140 (20300)
Razão de Poisson 0,29
Módulo de cisalhamento, GPa (ksi) 80 (11600)
Condutividade térmica, W/m·K (Btu/ft · h ·°F) 44,5 (25,73)
Coeficiente de expansão térmica, 10-6/K (μin./pol. ·°F) 12,3 a 20-100 ℃ (68-212 °F) Óleo endurecido, temperado 600 °C (1110 °F)
12,7 a 20-200 ℃ (68-392 °F)
13,7 a 20-400 ℃ (68-752 °F)
14,5 a 20-600 ℃ (68-1112 °F)
11,2 a -100 a 20 °C (-148 a 68 °F) Óleo endurecido, temperado 630 °C (1170 °F)
10,4 de -150 a 20 °C (-238 a 68 °F).
12,4 a 20-200 ℃ (68-392 °F)
13,6 a 20-400 ℃ (68-752 °F)
14,3 a 20-600 ℃ (68-1112 °F)

Propriedades mecânicas

As propriedades mecânicas do aço 4340 estão listadas nas tabelas a seguir.

Propriedades Mecânicas AISI 4340
Aço Doença Resistência à tração, MPa (ksi), ≥ Resistência ao escoamento, MPa (ksi), ≥ Alongamento em 50 mm (2 pol.), ≥ Redução na área, %, ≥ Dureza, HB, ≤
4340 Normalizado a 870 °C (1600 °F) 1282 (186) 862 (125) 12.2 36,3 363
Recozido a 810 °C (1490 °F) 745 (108) 470 (68) 22,0 50,0 217
Óleo temperado a 800 °C (1475 °F) e revenido a 540 °C (1000 °F) 1207 (175) 1145 (166) 14.2 45,9 352
Efeitos da massa nas propriedades mecânicas do aço 4340
Óleo temperado e revenido: Austenitizado a 845 °C (1550 °F); temperado a 425 °C (800 °F).
Diâmetro da seção Resistência à tração, ≥ Força de rendimento, ≥ Alongamento em 50 mm (2 pol.), ≥ Redução na área, ≥ Dureza, ≤
mm (pol.) MPa (ksi) MPa (ksi) % % HB
13 (0,5) 1460 (212) 1380 (200) 13 51
38 (1,5) 1450 (210) 1365 (198) 11 45
75 (3) 1420 (206) 1325 (192) 10 38
Temperado e revenido com água: barra de 75 mm (3 pol.) de diâmetro austenitizada a 800 °C (1475 °F); Barras de 100 e 150 mm (4 e 6 pol.) de diâmetro austenitizadas a 815 °C (1500 °F). Todos os tamanhos temperados a 650 °C (1200 °F). Amostras de teste colhidas no raio médio.
Diâmetro da seção Resistência à tração, ≥ Força de rendimento, ≥ Alongamento em 50 mm (2 pol.), ≥ Redução na área, ≥ Dureza, ≤
mm (pol.) MPa (ksi) MPa (ksi) % % HB
75 (3) 1055 (153) 930 (135) 18 52 340
100 (4) 1035 (150) 895 (130) 17 50 330
150 (6) 1000 (145) 850 (123) 16 44 322
Propriedades mecânicas típicas do aço 4340
Óleo temperado a 845 °C (1550 °F) e revenido em diferentes temperaturas
Temperatura de têmpera Resistência à tração, ≥ Força de rendimento, ≥ Alongamento em 50 mm (2 pol.), ≥ Redução na área, ≥ Dureza, ≤ Dureza Energia de impacto Izod
°C (°F) MPa (ksi) MPa (ksi) % % HB CDH J (pés · lbf)
205 (400) 1980 (287) 1860 (270) 11 39 520 53 20 (15)
315 (600) 1760 (255) 1620 (235) 12 44 490 49,5 14 (10)
425 (800) 1500 (217) 1365 (198) 14 48 440 46 16 (12)
540 (1000) 1240 (180) 1160 (168) 17 53 360 39 47 (35)
650 (1200) 1020 (148) 860 (125) 20 60 290 31 100 (74)
705 (1300) 860 (125) 740 (108) 23 63 250 24 102 (75)
As propriedades de tração transversal do aço-liga 4340 fundido a ar e a arco a vácuo, o tamanho do tarugo e a quantidade de redução a quente não estavam disponíveis.
Temperatura de têmpera Resistência à tração, ≥ Força de rendimento, ≥ Alongamento em 50 mm (2 pol.), ≥ Redução na área, ≥
°C (°F) MPa (ksi) MPa (ksi) %, ≥ %
Ar derretido
230 (450) [1945(282) 1585 (230) 6,0 14
480 (900) 1380 (200) 1190 (173) 8,0 16
540 (1000) 1240 (180) 1125 (163) 10,0 22
Arco a vácuo refundido
230 (450) 1930 (280) 1635 (237) 6,5 17
480 (900) 1380 (200) 1210 (175) 9,0 20
540 (1000) 1240 (180) 1100 (160) 10,5 24
Propriedades mecânicas longitudinais de barras feitas de aço 4340 refundido
Método de fusão Resistência à tração, MPa (ksi), ≥ Resistência ao escoamento, MPa (ksi), ≥ Alongamento em 4D, %, ≥ Redução na área, %, ≥ Energia de impacto Charpy V-notch a -12 °C (10 °F), J (ft · lbf) Dureza, HRC
Arco a vácuo refundido 1210 (175) 1120 (163) 16.4 61,2 65 (48) 37
As barras foram normalizadas a 900 °C (1650 °F), temperadas com óleo a partir de 845 °C (1550 °F) e revenidas por 2 horas a 541 °C (1005 °F). Todas as amostras retiradas do raio médio.
Propriedades cíclicas e monotônicas do aço-liga 4340 recebido e tratado termicamente
Aço SAE Doença Resistência à tração Redução na área, ≥ Módulos de elasticidade Força de rendimento Expoente de endurecimento por deformação cíclica
Nota Dureza Brinell, HB MPa (ksi) % GP (106 psi) MPa (ksi)
4340 242 Como recebido 825 (120) 43 192 (27,8) 467 (67,7) 0,17
409 Temperado + Temperado 1467 (213) 38 200 (29) 876 (127) 0,13
Resistência relativa à abrasão por goivagem no teste do britador de mandíbula ASTM G 81
Aço Tratamento térmico Laboratório A Laboratório B
Taxa de desgaste Dureza, HB Taxa de desgaste Dureza, HB
aço 4340 Óleo temperado e temperado (650 °C ou 1200 °F) 0,788 321 0,716 340
Óleo temperado e temperado (205 °C ou 400 °F) 0,262 555 0,232 520
A relação entre a perda de peso da amostra e a perda de peso da placa de aço martensítica T-1 de material padrão. Valores altos indicam baixa resistência à abrasão.

Tratamento térmico de aço 4340

Tratamento térmico de liga de aço 4340, incluindo: normalização, recozimento, endurecimento, revenido, esferoidização, alívio de tensão, etc. (tratamento térmico 4340)

  • Normalização: Aquecer a 845 a 900 °C (1550 a 1650 °F) e manter por um período de tempo, que depende da espessura da seção; resfriamento de ar.
  • Recozimento: Aquecimento a 830 a 860 °C (1525 a 1575 °F) e manutenção por um período de tempo, que depende da espessura da seção ou da carga do forno; resfriamento do forno.
  • Esferoidização: O cronograma preferido é pré-aquecer a 690 °C (1275 °F) por 2 h, aumentar a temperatura para 745 °C (1375 °F) por 2 h e resfriar até 650 °C (1200 °F)) E mantenha por 6 horas, resfrie o forno a cerca de 600 °C (1100 °F) e, finalmente, resfrie ao ar até a temperatura ambiente. Outro arranjo é aquecer a temperatura para 730 a 745 °C (1350 a 1375 °F), mantê-la por várias horas e depois resfriar o forno até a temperatura ambiente.
  • Endurecimento: Aquecer a 800 a 845 °C (1475 a 1550 °F) por 15 minutos (mínimo 15 minutos) por 25 mm (1 polegada) de espessura; temperar em óleo abaixo de 65 °C (150 °F) ou temperar em sal fundido a 200 a 210 °C (390 a 410 °F), manter por 10 minutos e depois resfriar ao ar abaixo de 65 °C (150 °F). F).
  • Têmpera: Mantenha a 200 a 650 °C (400 a 1200 °F) por pelo menos meia hora; resfriamento de ar. A temperatura e o tempo na temperatura dependem principalmente da dureza final necessária.
  • Alívio de tensão: Após endireitamento, conformação ou processamento, a tensão da peça pode ser liberada a uma temperatura de 650 a 675 °C (1200 a 1250 °F).
  • Cozimento: Para evitar a fragilização por hidrogênio, as peças chapeadas devem ser cozidas por pelo menos 8 horas a uma temperatura de 185 a 195 °C (365 a 385 °F) o mais rápido possível após o chapeamento.
  • Forjamento: o aço 4340 é geralmente forjado a uma temperatura de 1.065 a 1.230 °C (1.950 a 2.250 °F); após o forjamento, as peças podem ser resfriadas ao ar em local seco ou preferencialmente em forno.

Soldagem do Aço AISI 4340

O aço AISI 4340 apresenta boa soldabilidade. Pode ser facilmente soldado a gás ou a arco, mas devem ser utilizados eletrodos da mesma composição. Como o aço-liga 4340 é endurecido ao ar, as peças soldadas devem ser recozidas ou normalizadas e revenidas logo após a soldagem.

A alta dureza da liga de aço 4340 exige que o material seja soldado no estado recozido ou revenido e depois tratado termicamente para resistir à formação de martensita e trincas a frio. No entanto, como em aplicações em eixos de motores, sob condições de têmpera e revenido, o aço 4340 normalmente utiliza alto pré-aquecimento em processos com baixo teor de hidrogênio. Recomenda-se o pré-aquecimento ou aquecimento interpasse do metal de solda e das zonas afetadas pelo calor. O controle do hidrogênio também é essencial para evitar rachaduras na solda. O aço fundido a vácuo extremamente limpo é a primeira escolha para soldagem.

Faixa de temperatura de pré-aquecimento e interpasse em °C (°F) para indicar a espessura da seção
Aço ≤13 mm (0,5 pol.) 13-25 mm (0,5-1 pol.) 25-50 mm (1-2 pol.)
4340 290-345 (550-650) 315-370 (600-700) 315-370 (600-700)
Os dados são para processos de soldagem com baixo teor de hidrogênio e metais de adição com baixo teor de hidrogênio.
Propriedades típicas de tração transversal de juntas soldadas ARC temperadas e revenidas de aço de baixa liga selecionadas
Aço Processo de soldagem Espessura, mm (pol.) Filtrar metal Temperatura de têmpera, °C (°F) Junta soldada Alongamento em 50 mm (2 pol.), % Resistência à tração aproximada do metal base, MPa (ksi)
Resistência à tração, MPa (ksi) Resistência ao escoamento, MPa (ksi)
4340 Soldagem a arco metálico a gás (GMAW) 25,4 (1) 4340 510 (950) 1307 (189,5) 1251 (181,5) 11 1310 (190)

Usinabilidade e Usinagem

Classificações de dureza e usinabilidade (aço trefilado a frio)
Aço (UNS) Classificação de usinabilidade Doença Faixa de dureza típica, HB Tipo de microestrutura
4340 (UNS G43400) 50 Recozido e estirado a frio 187/241 BA
E4340 (UNS G43406)
Baseado no corte com aços para ferramentas de alta velocidade e uma classificação de usinabilidade de 100% para o aço 1212. Tipo A: perlita e ferrita predominantemente lamelares; Tipo B: predominantemente esferoidizado.
Velocidades nominais e avanços para torneamento de uma variedade de aços e ferros fundidos com ferramentas de ponta única e de caixa de aço rápido (HSS)
Material Dureza, HB Doença Profundidade de corte, mm (pol.) Ferramenta de aço rápido Material da ferramenta
Velocidade Alimentar
m/min sfm mm/rotação pol./rev ISO AISI
4340, 1340, 1345, 4042, 4047, 4140, 4142, 4145, 4147, 50B40, 50B44, 5046, 50B46, 5140, 5145, 5147, 81B45, 8640, 8642, 8645, 86B45, 8740, 8742 175-225 Laminado a quente, recozido ou trefilado a frio 1 (0,04) 41 135 0,18 0,007 S4, S5 M2, M3
4 (0,15) 32 105 0,4 0,015
8 (0,30) 24 80 0,5 0,02
16 (0,625) 20 65 0,75 0,03
Aços forjados de alta resistência: 4340, 300M, 4330V, 4340Si, 98BV40, D6ac, H11, H13 225-300 Recozido 1 (0,04) 26 85 0,18 0,007 S4, S5 M2, M3
4 (0,15) 20 65 0,4 0,015
8 (0,30) 15 50 0,5 0,02
16 (0,625) 12 40 0,75 0,03
Velocidades nominais e avanços para torneamento de uma variedade de aços e ferros fundidos com ferramentas de ponta única e de caixa com ponta de metal duro
Material Dureza, HB Doença Ferramenta de metal duro
Não revestido Revestido
Velocidade Alimentar Classe do material da ferramenta Velocidade Alimentar Classe do material da ferramenta
Soldado Indexável
m/min sfm m/min sfm mm/rotação pol./rev ISO C m/min sfm mm/rotação pol./rev ISO C
Carbonos médios: 4340, 1340, 1345, 4042, 4047, 4140, 4142, 4145, 4147, 50B40, 50B44, 5046, 50B46, 5140, 5145, 5147, 81B45, 8640, 8642, 8 645, 86B45, 8740, 8742 175-225 Laminado a quente, recozido ou trefilado a frio 115 375 150 500 0,18 0,007 P10 C-7 200 650 0,18 0,007 CP10 CC-7
90 300 120 400 0,50 0,020 P20 C-6 160 525 0,40 0,015 CP20 CC-6
73 240 95 315 0,75 0,030 P30 C-6 120 400 0,50 0,020 CP30 CC-6
58 190 76 250 1,00 0,040
Aços forjados de alta resistência: 4340, 300M, 4330V, 4340Si, 98BV40, D6ac, H11, H13 225-300 Recozido 105 350 135 450 0,18 0,007 P10 C-7 185 600 0,18 0,007 CP10 CC-7
84 275 105 350 0,40 0,015 P20 C-6 135 450 0,40 0,015 CP20 CC-6
66 215 84 275 0,50 0,020 P30 C-6 105 350 0,50 0,020 CP30 CC-6
52 170 69 225 0,75 0,030 P40 C-6
Velocidades nominais e avanços para torneamento de uma variedade de aços e ferros fundidos com ferramentas de cerâmica
Material Dureza, HB Doença Profundidade de corte, mm (pol.) Velocidade Alimentar Tipo de cerâmica
m/min sfm mm/rotação pol./rev
4340, 1340, 1345, 4042, 4047, 4140, 4142, 4145, 4147, 50B40, 50B44, 5046, 50B46, 5140, 5145, 5147, 81B45, 8640, 8642, 8645, 86B45, 8740, 8742 175-225 Laminado a quente, recozido ou trefilado a frio 1 (0,040) 520 1700 0,13 0,005 Alumina prensada a frio
4 (0,150) 350 1150 0,25 0,010 Alumina prensada a frio
8 (0,300) 260 850 0,40 0,015 Cermet prensado a quente
Aços forjados de alta resistência: 4340, 300M, 4330V, 4340Si, 98BV40, D6ac, H11, H13 225-300 Recozido 1 (0,040) 440 1450 0,13 0,005 Cermet prensado a quente
4 (0,150) 265 875 0,25 0,010 Cermet prensado a quente
8 (0,300) 205 675 0,40 0,015 Cermet prensado a quente
Velocidades nominais e avanços para torneamento de uma variedade de aços e ferros fundidos com ferramentas de corte e conformação de aço rápido e metal duro
Material Dureza, HB Doença Velocidade Avanço, mm/rot (pol./rot) Classe do material da ferramenta
Largura da ferramenta de corte Largura da ferramenta de formulário
m/min sfm 1,5 mm (0,062 pol.) 3 mm (0,125 pol.) 6 mm (0,250 pol.) 12 mm (0,500 pol.) 18 mm (0,750 pol.) 25 mm (1,00 pol.) 35 mm (1,50 pol.) 50 mm (2,00 pol.) ISO AISI ou C
Aço médio carbono 4340, 1340, 1345, 4042, 4047, 4140, 4142, 4145, 4147, 50B40, 50B44, 5046, 50B46, 5140, 5145, 5147, 81B45, 8640, 8642, 86 45, 86B45, 8740, 8742 175-225 Laminado a quente, recozido ou trefilado a frio 29 95 0,038 (0,0015) 0,046 (0,0018) 0,056 (0,0022) 0,046 (0,0018) 0,041 (0,0016) 0,038 (0,0015) 0,033 (0,0013) 0,028 (0,0011) S4, S5, P40, M40 M2, M3, C-6
95 305
4340, 300M, 4330V, 4340Si, 98BV40, D6ac, H11, H13 225-300 Recozido 18 60 0,036 (0,0014) 0,043 (0,0017) 0,053 (0,0021) 0,043 (0,0017) 0,038 (0,0015) 0,036 (0,0014) 0,030 (0,0012) 0,025 (0,001) S4, S5, P40, M40 M2, M3, C-6
58 190
Velocidades e avanços para trepanação de furos profundos de vários aços com aços para ferramentas de alta velocidade e ferramentas de metal duro
Material Dureza, HB Doença Velocidade Alimentar Classe do material da ferramenta
m/min sfm mm/rotação pol./rev ISO AISI ou C
Aço carbono médio 4340, 1340, 1345, 4042, 4047, 4140, 4142, 4145, 4147, 50B40, 50B44, 5046, 50B46, 5140, 5145, 5147, 81B45, 8640, 8642, 86 45, 86B45, 8740, 8742 175-225 Laminado a quente, recozido ou trefilado a frio 18 60 0,15 0,006 S4, S5 M2, M3
115 375 0,15 0,006 P30 C-6
325-375 Normalizado ou temperado e revenido 9 30 0,10 0,004 S9, S11 T15, M42
90 300 0,13 0,005 P30 C-6
Avanços e velocidades para brochamento de vários aços com aços para ferramentas de alta velocidade e ferramentas de metal duro
Material Dureza, HB Doença Velocidade, m/min (sfm) Carga de cavacos, mm/dente (pol./dente) Classe de material da ferramenta, ISO (AISI ou C)
Aços de médio carbono: 4340, 1330, 1335, 1340, 1345, 4027, 4028, 4032, 4037, 4042, 5155, 5160, 51B60, 6150, 81B45, 8625, 4047, 4130, 4135, 41 37, 4140, 4142, 4145, 4147, 4150, 8627, 8630, 8637, 8640, 8642, 8645, 4161, 4427, 4626, 50B40, 50B44, 5046, 50B46, 50B50, 86B45, 8650, 8655, 8660 , 8740, 8742, 5060, 50B60, 5130, 5132, 5135, 5140, 5145, 5147, 5150, 9254, 9255, 9260, 94B30;
Aços de baixo carbono: 4012, 4023, 4024, 4118, 4320, 4419, 4422, 4615, 4617, 4620, 4621, 4718, 4720, 4815, 4817, 4820, 5015, 5115, 5120, 6118 , 8115, 8617, 8620, 8622, 8822, 9310, 94B15, 94B17;
Aços de alto carbono: 50100, 51100, 52100, M-50
125-175 Laminado a quente, recozido ou trefilado a frio 7,5 (25) 0,075 (0,003) S4, S2 (M2, M7)
325-375 Normalizado ou temperado e revenido 3 (10) 0,05 (0,002) S9, S11 (T15, M42)
175-225 Laminado a quente, recozido ou trefilado a frio 6 (20) 0,10 (0,004) S4, S2 (M2, M7)
325-375 Normalizado ou temperado e revenido 3 (10) 0,05 (0,002) S9, S11 (T15, M42)
175-225 Laminado a quente, recozido ou trefilado a frio 6 (20) 0,10 (0,004) S4, S2 (M2, M7)
325-375 Normalizado ou temperado e revenido 3 (10) 0,05 (0,002) S9, S11 (T15, M42)

Formulários

O aço SAE AISI 4340 é normalmente utilizado em locais onde existem condições severas e peças pesadas que exigem alta resistência, podendo ser amplamente utilizado como tarugo, barra, barra, forjamento, chapa, tubo e fio de solda. O aço AISI 4340 também pode ser produzido como placas leves e peças fundidas. As aplicações típicas incluem parafusos, parafusos e outros fixadores. Engrenagens, pinhões, eixos e componentes mecânicos semelhantes; virabrequins e bielas de motores; e trens de pouso e outros componentes estruturais importantes das aeronaves.

Equivalente

Aço ASTM AISI 4340 equivalente a SAE, padrão europeu (DIN alemão, BSI britânico, NF francês), JIS japonês e GB chinês (para referência).

Equivalente a AISI 4340
EUA União Europeia China Japão ISO
Padrão Nota (UNS) Padrão Nota Padrão Nome do aço (número do aço) Padrão Nota Padrão Nota Padrão Nota
AISI
SAE;
ASTM A29/A29M;
ASTM A322;
ASTM A519/A519M;
ASTM A646/A646M
4340 (UNS G43400) SAE AMS6414 GB/T 3077 40CrNi2Mo JIS G 4053 SNCM439

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