4340合金结构钢

一、材料概述

4340是一种中碳低合金超高强度钢，属于镍铬钼系调质钢，是美国AISI标准牌号，对应中国牌号为40CrNiMoA。该材料具有高强度、高韧性、优良的淬透性和抗疲劳性能，广泛应用于航空、航天、军工、机械制造等领域，是制造高负荷、高应力零部件的理想材料。

打开网易新闻 查看精彩图片

二、化学成分标准

4340的化学成分严格按照标准控制，具体成分范围如下：


  • 碳（C）：0.38%~0.43%

  • 硅（Si）：0.15%~0.35%

  • 锰（Mn）：0.60%~0.80%

  • 铬（Cr）：0.70%~0.90%

  • 镍（Ni）：1.65%~2.00%

  • 钼（Mo）：0.20%~0.30%

  • 硫（S）：≤0.025%

  • 磷（P）：≤0.025%

  • 铜（Cu）：≤0.25%

三、力学性能

经过调质处理后，4340表现出优异的力学性能：


  • 抗拉强度（σb）：≥980 MPa

  • 屈服强度（σs）：≥835 MPa

  • 伸长率（δ5）：≥12%

  • 断面收缩率（ψ）：≥55%

  • 冲击功（Akv）：≥78 J

  • 冲击韧性值（αkv）：≥98 J/cm²

  • 硬度：≤269 HB

四、热处理工艺

1. 常规热处理规范

淬火：850℃加热，油冷

回火：600℃回火，水冷或油冷

2. 调质处理工艺

对于大型锻件，推荐采用以下调质工艺：


  • 淬火温度：850~880℃，保温时间按截面厚度1h/25mm计算，油冷

  • 回火温度：560~580℃，保温后空冷

  • 调质后组织：回火索氏体+贝氏体+少量铁素体

3. 特殊热处理工艺

为提高表面淬硬层深度，可采用以下优化工艺：


  • 淬火温度：860~900℃

  • 淬火速度：0.5~3 mm/s

  • 淬火频率：1.5~4 kHz

  • 淬火介质：3%~30% PAG溶液

  • 淬硬层深度可达10~13 mm，表面硬度≥48 HRC

五、组织特征

经过适当热处理后，4340的金相组织为细小均匀的回火索氏体+贝氏体组织，晶粒度可达6.5~7.0级。贝氏体组织占比约60%，晶粒细小使得单位体积内晶界增多，起到晶界强化作用，同时提高了材料的