Kvaliteta AISI/SAE 4140 svestrana je legura s dobrom otpornošću na atmosfersku koroziju i razumnom čvrstoćom. Pokazuje dobre ukupne kombinacije čvrstoće, žilavosti, otpornosti na trošenje i čvrstoće na zamor.
PRIMJENE
Ova legura pronalazi mnoge primjene kao otkivci za zrakoplovnu i svemirsku industriju te industriju nafte i plina, zajedno s bezbrojnim primjenama u automobilskoj, poljoprivrednoj i obrambenoj industriji. Tipične upotrebe su kovani zupčanici i osovine, vretena, učvršćenja, šablone i prstenovi.
KOVANJE
Kovanje ovog čelika trebalo bi se provoditi između 2200 i 1650 º F (1200 i 900 º C). Što je niža završna temperatura od kovanja, to će finija biti veličina zrna. Idealno bi bilo da se ova legura ne bi kovala ispod 1650 º F (900 º C) i trebala bi se polako hladiti nakon kovanja.
TOPLINSKA OBRADA
Toplinska obrada provodi se nakon vruće obrade kako bi se čelik učinio pogodnim za strojnu obradu i zadovoljio raspon mehaničkih svojstava navedenih za posebne primjene čelika.
ŽARENJE
Otkovci stupnja 4140 mogu se žariti prenošenjem dijelova izravno iz operacije kovanja u peć koja se održava na odgovarajućoj temperaturi, između 1450 i 1550 º F (790 i 840 º C), držeći odgovarajuće vrijeme, a zatim hladeći peć, formirajući struktura pogodna za strojnu obradu. Ova vrsta obrade najbolje se koristi za dijelove jednostavnih oblika. Ako će neka područja otkova završiti mnogo hladnija od drugih, tada se neće dobiti jednolika struktura, u kojem slučaju se može koristiti sferoidizirajuće žarenje na oko 1380 º F (750 º C). Sa sigurnošću se može reći da će samo iskustvo odlučiti koja je najbolja vrsta tretmana žarenja koja će se koristiti prije strojne obrade.
NORMALIZIRANJE
Ovaj se proces definira kao zagrijavanje čelika na temperaturu iznad raspona transformacije ferita u austenit i zatim hlađenje na zraku na temperaturu znatno ispod tog raspona transformacije. Ova obrada može se provesti na kovanim proizvodima kao obrada kondicioniranja prije završne toplinske obrade. Normalizacija također služi za pročišćavanje strukture otkivaka koji su se mogli nejednoliko ohladiti tijekom operacije kovanja. Nominalna temperatura normalizacije za stupanj 4140 je 1600 º F (870 º C), ali proizvodno iskustvo može zahtijevati temperaturu 50 º F (10 º C) iznad ili ispod ove brojke. Zapravo, kada se otkovci normaliziraju prije, recimo, naugljičavanja ili kaljenja i popuštanja, koristi se gornji raspon normalizirajućih temperatura. Kada je normalizacija konačna toplinska obrada, koristi se niži temperaturni raspon.
KALJENJE
Ova toplinska obrada rezultira stvaranjem martenzita nakon kaljenja, a time i velikim povećanjem tvrdoće i vlačne čvrstoće zajedno s određenim gubitkom duktilnosti. Čelik treba austenitizirati na 1500 do 1550 º F (815 do 845 º C), pri čemu stvarna temperatura ovisi o kemijskom sastavu unutar dopuštenog raspona, veličini presjeka i načinu hlađenja. Austenitizacija bi trebala osigurati da se svi mikrosastojci u čeliku transformiraju u austenit. Manji dijelovi 4140 mogu se kaliti u ulju, a teži dijelovi u vodi.
Kaljenje se provodi kako bi se smanjila naprezanja koja proizlaze iz procesa kaljenja, ali prvenstveno kako bi se postigla potrebna mehanička svojstva. Stvarna temperatura kaljenja bit će odabrana tako da zadovolji tražena svojstva, au mnogim će slučajevima biti stvar pokušaja i pogreške.
OBRADLJIVOST
Legura se lako obradi. Jednostavni oblici mogu se strojno obrađivati nakon normalizacije, dok će složeniji oblici zahtijevati žarenje. . Na razini ugljika ovog stupnja, struktura od grubog lamelarnog perlita do grubog sferoidita obično je optimalna za obradivost
ZAVARIVOST
Ova vrsta ima dobru zavarljivost i može se zavarivati bilo kojom komercijalnom metodom. Dijelove treba prethodno zagrijati prije zavarivanja na oko 1100 º F (590 º C) i nakon toga smanjiti naprezanje. Dijelovi u kaljenom i temperiranom stanju ne bi se trebali zavarivati jer će to nepovoljno utjecati na mehanička svojstva. Dijelove treba zavarivati samo u žarenom stanju.
