Il grado AISI/SAE 4140 è una lega versatile con buona resistenza alla corrosione atmosferica e resistenza ragionevole. Mostra buone combinazioni complessive di forza, tenacità, resistenza all'usura e resistenza alla fatica.
APPLICAZIONI
Questa lega trova molte applicazioni come forgiati per l'industria aerospaziale e petrolifera e del gas, insieme a una miriade di usi nell'industria automobilistica, agricola e della difesa. Gli usi tipici sono ingranaggi e alberi forgiati, mandrini, fissaggi, maschere e collari.
FORGIATURA
La forgiatura di questo acciaio deve essere effettuata tra 2200 e 1650 º F (1200 e 900 º C). Più bassa è la temperatura di finitura dalla forgiatura, più fine sarà la granulometria. Questa lega idealmente non dovrebbe essere forgiata al di sotto di 1650 º F (900 º C) e dovrebbe essere raffreddata lentamente dopo la forgiatura.
TRATTAMENTO TERMICO
Il trattamento termico viene eseguito dopo la lavorazione a caldo per rendere l'acciaio idoneo alla lavorazione meccanica e per soddisfare gli intervalli di proprietà meccaniche specificati per le particolari applicazioni dell'acciaio.
RICOTTURA
I fucinati di grado 4140 possono essere ricotti trasferendo le parti direttamente dall'operazione di forgiatura in un forno mantenuto a una temperatura adeguata, tra 1450 e 1550 º F (790 e 840 º C), mantenendo per un tempo adeguato quindi il raffreddamento del forno, formando un struttura adatta alla lavorazione. Questo tipo di trattamento è particolarmente indicato per parti con forme semplici. Se alcune aree di una forgiatura finiranno molto più fredde di altre, non si otterrà una struttura uniforme, nel qual caso può essere utilizzata una ricottura sferoidizzante a circa 1380 º F (750 º C). È sicuro affermare che solo l'esperienza deciderà il miglior tipo di trattamento di ricottura da utilizzare prima della lavorazione.
NORMALIZZANTE
Questo processo è definito come il riscaldamento di un acciaio a una temperatura superiore all'intervallo di trasformazione da ferrite ad austenite e quindi il raffreddamento in aria a una temperatura ben al di sotto di questo intervallo di trasformazione. Questo trattamento può essere effettuato su prodotti fucinati come trattamento di condizionamento prima del trattamento termico finale. La normalizzazione serve anche a perfezionare la struttura dei pezzi fucinati che potrebbero essersi raffreddati in modo non uniforme durante la loro operazione di forgiatura. La temperatura di normalizzazione nominale per il grado 4140 è di 1600 º F (870 º C), ma l'esperienza di produzione può richiedere una temperatura di 50 º F (10 º C) al di sopra o al di sotto di questa cifra. Infatti, quando i pezzi fucinati vengono normalizzati prima, ad esempio, della cementazione o della tempra e del rinvenimento, viene utilizzato l'intervallo superiore di temperature di normalizzazione. Quando la normalizzazione è il trattamento termico finale, viene utilizzato l'intervallo di temperatura inferiore.
INDURIMENTO
Questo trattamento termico comporta la formazione di martensite dopo la tempra, quindi un notevole aumento della durezza e della resistenza alla trazione insieme a una certa perdita di duttilità. L'acciaio deve essere austenitizzato a una temperatura compresa tra 815 e 845 ºC (da 1500 a 1550 ºF), la temperatura effettiva essendo una funzione della composizione chimica all'interno dell'intervallo consentito, delle dimensioni della sezione e del metodo di raffreddamento. L'austenitizzazione dovrebbe garantire che tutti i microcostituenti dell'acciaio vengano trasformati in austenite. Sezioni più piccole di 4140 potrebbero essere temprate in olio, sezioni più pesanti in acqua.
Il rinvenimento viene effettuato per alleviare le sollecitazioni del processo di tempra, ma soprattutto per ottenere le proprietà meccaniche richieste. La temperatura di rinvenimento effettiva verrà scelta per soddisfare le proprietà richieste e in molti casi sarà una questione di tentativi ed errori.
MACCHINABILITÀ
La lega è facilmente lavorabile. Le forme semplici possono essere lavorate dopo un trattamento di normalizzazione, mentre le forme più complesse richiedono la ricottura. . A livello di carbonio di questo grado, una struttura da perlite lamellare grossolana a sferoidite grossolana è normalmente ottimale per la lavorabilità
SALDABILITA'
Questo grado ha una buona saldabilità e può essere saldato con qualsiasi metodo commerciale. Le parti devono essere preriscaldate prima della saldatura a circa 1100 º F (590 º C) e successivamente alleggerite. Le parti allo stato temprato e rinvenuto non devono essere saldate poiché le proprietà meccaniche ne risentirebbero negativamente. Le parti devono essere saldate solo allo stato ricotto.
