4340 鋼 是一種低合金、高強度鋼材，以其卓越的韌性及在高應力下維持結構完整性的能力而聞名。歸類為 AISI 4340 鋼，屬於鉻鉬鋼 (鉻鉬合金)鋼，因其平衡的強度、延展性及耐磨性而備受推崇。4340」的稱號是指由美國鋼鐵學會 (American Iron and Steel Institute, AISI) 所定義的特定化學成分，包括鉻、鎳、鉬等主要合金元素。

這種鋼通常被稱為 4340 鉻鉬鋼 是由於鉻和鉬的含量提高了硬度和耐腐蝕性。其多功能性使其成為需要堅固材料以承受極端條件的產業的首選，例如航太、汽車及重型機械製造。從齒輪到飛機起落架，4340 鉻鉬鋼都能在可靠性要求極高的情況下發揮其性能。

4340 鋼成分

4340 鋼成分的獨特特性是其合金元素精心平衡的直接結果。這些元素共同作用，創造出既堅固又適應性強的材料。以下是此種鋼材典型化學成份的細分：

• 碳 (C):0.38-0.43% - 有助於提高硬度和強度。
• 錳 (Mn):0.60-0.80% - 改善韌性及硬化性。
• 磷 (P): ≤0.025% - 最小化以降低脆性。
• 硫 (S)：≤0.025% - 保持低水平，以提高可加工性。
• 矽 (Si):0.15-0.35% - 增強強度和彈性。
• 鉻 (鉻):0.70-0.90% - 提升耐蝕性與硬度。
• 鎳 (Ni):1.65-2.00% -)，增加韌性和耐衝擊性。
• 鉬 (Mo):0.20-0.30% - 提高高溫下的強度和耐磨性。

這種精確的 4340 鉻鉬合金鋼化學物質，可確保材料經熱處理後能達到廣泛的機械特性，使其適用於要求嚴苛的應用。鎳、鉻和鉬的結合，賦予 4340 合金鋼特有的韌性和抗疲勞性，使其有別於其他低合金鋼。

4340 鋼材特性

物理特性

4340 鋼的物理特性描述了其固有的特性，例如密度和熱行為，這些特性對於機械加工和處理是非常重要的：

• 密度:約 7.85 g/cm³ (0.283 lb/in³)。此密度為低合金鋼的典型密度，在重量與強度之間提供良好的平衡。
• 熱傳導:: 中等，可在加工或高溫環境中有效散熱。
• 熔點:約 1,420-1,460°C (2,588-2,660°F)，使其在極度高溫下仍能保持結構完整性。

這些物理特性使這種材料適用於對重量、熱穩定性和耐用性有嚴格考量的應用。

機械特性

4340 鉻鉬鋼的機械特性使其與眾不同，尤其是其強度和韌性。這些特性會因熱處理方式的不同而有所差異，但 4340 鉻鉬鋼的屈服強度與硬度的典型值如下：

• 降伏強度:通常在 470-1,250 MPa (68,000-181,000 psi) 之間，視熱處理而定。如此高的 4340 鋼屈服強度，可確保材料能承受重大應力而不會永久變形。
• 拉伸強度：745-1,860 MPa（108,000-270,000 psi），展示了其在拉力作用下抗斷裂的能力。
• 硬度:在退火狀態下，硬度約為 197-237 HB (布氏硬度)。經過熱處理後，硬度可達 363-429 HB，適合高磨損的應用。
• 伸長率:約 10-20%，表示延展性良好，可變形而不斷裂。
• 疲勞強度:優異，因為含有鎳和鉬，可增強對循環負載的抵抗力。

這些特性使其成為必須承受重負荷、衝擊和疲勞的組件的理想選擇，例如曲軸、車軸和結構支撐。

4340 鋼的典型熱處理程序

4340 鋼的熱處理製程是發揮其全部潛力的關鍵。透過仔細控制加熱與冷卻週期，製造商可量身打造材料的特性，以符合特定的性能要求。4340 合金鋼的典型熱處理製程包括下列步驟：

1. 標準化:將鋼材加熱至 815-845°C (1,500-1,550°F) 並空冷。此製程可精細晶粒結構，改善韌性及均勻性。
2. 退火:為了減少內應力及改善切削性，鋼材會加熱至 680-720°C (1,256-1,328°F) 並在爐中慢慢冷卻。
3. 硬化:將鋼材加熱至 830-860°C (1,526-1,580°F)，然後在油或水中淬火。此步驟可增加硬度與強度。
4. 回火:為了在保持強度的同時降低脆性，鋼材會重新加熱至 400-680°C (752-1,256°F)，視所需的硬度與韌性平衡而定。

鋼材熱處理製程可讓製造商達到廣泛的機械特性，從用於鍛造的高延展性到用於耐磨零件的極高硬度。這種彈性是 4340 鉻鉬鋼被廣泛使用的原因之一。

4340 鋼材有何用途？

4340 合金鋼的多功能性使其成為要求高性能材料的產業的主要材料。其結合強度、韌性及耐疲勞性的能力，使其成為各種應用的理想材料。它的一些常見用途包括

• 航太:飛機起落架、結構組件和渦輪軸均受益於 4340 鋼的高屈服強度和抗疲勞性。
• 汽車:曲軸、車軸和傳動齒輪依靠 4340 鉻鉬鋼的耐用性和承受高扭矩的能力。
• 石油與天然氣:鑽頭、管道和閥體需要 4340 鉻鉬鋼的韌性和耐磨性，以承受石油和天然氣開採的惡劣條件。
• 重型機械:重型設備（如推土機和起重機）中的齒輪、軸和聯軸節等組件，由於其強度和可靠性，通常使用 4340 鋼製成。
• 軍事:AISI 4340 鋼可用於機槍槍管和坦克裝甲等關鍵部件，在這些部件中，強度和耐衝擊性是最重要的。
• 工具與模具製造:4340 合金鋼經常被用於鍛造模具，因為它可以熱處理成不同的硬度。

這些應用突顯了 4340 鉻鉬鋼在各行各業的廣泛用途，展現了其對極端條件和高性能要求的適應性。

4340 鋼的優缺點

與其他材料一樣，4340 合金鋼有其優點和限制。瞭解這些特性可協助製造商在專案中使用 4340 時做出明智的決定。

優勢

• 高強度與韌性:鋼材的屈服強度和韌性使其成為重型應用的理想選擇。
• 多樣性:可透過 4340 鋼的熱處理調整其特性，讓您可根據特定需求進行客製化。
• 抗疲勞性:其抗循環負載能力可確保在齒輪和軸等動態應用中的長期使用壽命。
• 耐腐蝕性:鉻和鉬的含量提供中等的耐腐蝕性，適用於惡劣的環境。

缺點

• 成本:由於其合金元素及加工要求，其價格較低碳鋼為高。
• 機械加工性:在硬化狀態下，4340 鋼的硬度會使加工更具挑戰性，需要專門的工具。
• 焊接性:雖然可焊接，但 4340 鉻鉬鋼需要小心控制以避免裂開，增加製造的複雜性。

這些取捨使 4340 鉻鉬鋼成為性能優於成本和加工挑戰的應用的最佳選擇。

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