4140 vs 4340: Porovnání tyčí z legované oceli

Rozdíl v chemickém složení

4140 (EN 1.7225 / 42CrMo4, JIS SCM440) je chrom-molybdenová ocel s asi 0.40% C, 1% Cr a 0.2% Mo. 4340 (EN 1.6582 / 34CrNiMo6, JIS SNCM439) zachovává stejný základ a přidává 1.65–2.0% niklu, s mírně vyšším obsahem molybdenu.

Co přináší nikl

• Houževnatost: nikl snižuje přechodovou teplotu křehkého lomu a zvyšuje hodnoty vrubové houževnatosti podle Charpyho, zejména u velkých průřezů a při provozních teplotách pod bodem mrazu.
• Prokalitelnost: 4340 prokalí v mnohem větších rozhodujících průřezech — tam, kde hřídel z 4140 při velkých průměrech prokalí pouze do hloubky povrchové vrstvy, může 4340 dosáhnout cílové tvrdosti a pevnosti v celém jádře.
• Únava: při stejné pevnosti v tahu vykazuje 4340 obecně lepší únavovou odolnost a lomovou houževnatost, a proto se objevuje v podvozcích, vysokopevnostních šroubech a kritických rotujících dílech.

Typická rozmezí pevnosti po kalení a popouštění se překrývají (zhruba 850–1200 MPa v závislosti na popouštění a průřezu), takže volba je zřídka o hlavní pevnosti — jde o houževnatost při této pevnosti.

Cena a dostupnost

4340 obvykle stojí znatelně více za kilo — často o 30–60% více než 4140 v závislosti na trhu a formě — a skladovatelé drží méně rozměrů. Obrobitelnost a svařitelnost jsou srovnatelné; obě vyžadují při svařování předehřev a řízené postupy.

Pravidlo pro rozhodování

Jako výchozí volte 4140 pro hřídele, ozubená kola, hydraulické pístnice, šrouby a všeobecné strojírenství: pokrývá většinu strojírenských úloh za nejlepší cenu. Přejděte na 4340, když je konstrukce kritická z hlediska lomu, průřez je velký, provoz je za studena nebo ji specifikace (letectví, obrana, vrcholový motorsport) jmenuje. Připlácet za nikl tam, kde je zatížení mírné, nepřináší nic měřitelného.

Práce s oběma třídami

Obě se dodávají žíhané, normalizačně žíhané nebo předkalené (kalené a popouštěné) a obě reagují na stejný postup kalení — kalení do oleje nebo polymeru zhruba z 830–870 °C, popouštěné na požadovanou pevnost. 4340 vyžaduje o něco více péče: její vyšší prokalitelnost ji činí citlivější na intenzitu kalení v tenkých průřezech a náchylnější ke kalicím trhlinám kolem ostrých změn průřezu a kontrola oduhličení je důležitá, protože její únavová výhoda se ztrácí s měkkým povrchem. Indukční a plamenné kalení vyhovuje 4140 dobře; 4340 se častěji používá prokalená nebo nitridovaná. Na atestu porovnávejte hodnoty vrubové houževnatosti při požadované zkušební teplotě, nikoli pouze výsledky tahové zkoušky při pokojové teplotě — právě tam se obě třídy skutečně liší a tavba 4140, která pouze splňuje specifikaci pevnosti v tahu, se houževnatosti tavby 4340 u velkého, studeného, rázově namáhaného dílu nevyrovná.

Poznámka k ekvivalentům

Dvojice podle EN kopíruje dvojici podle AISI: 42CrMo4 (1.7225) je blízký ekvivalent 4140, 34CrNiMo6 (1.6582) je ekvivalentem 4340 a JIS SCM440 / SNCM439 se řídí stejným vzorem. Záměna napříč systémy je u této rodiny běžná, s výhradou kontrol atestu popsaných výše.