Acciaio 4140 vs 1018: come scegliere il grado giusto

Se il componente necessita di un'elevata resistenza alla trazione, all'usura e alla fatica e può essere trattato termicamente per ottenere la durezza, SAE/AISI 4140 è la scelta migliore, se si privilegiano il basso costo, la facilità di saldatura, l'eccellente formatura a freddo e la lavorabilità generale per alberi semplici, perni o pezzi per impieghi leggeri, AISI 1018 è di solito la scelta più intelligente. Per i pezzi finiti e duri che devono resistere a carichi pesanti o a urti, scegliere 4140 (trattati termicamente fino alla durezza desiderata). Per assemblaggi saldati, superfici carbonizzate o prototipi economici, scegliere 1018.

Cosa sono gli acciai 4140 e 1018?

Il 4140 è un acciaio legato al cromo-molibdeno con un contenuto di carbonio e di elementi di lega significativamente più elevato rispetto al 1018; tale contenuto di lega conferisce al 4140 una migliore temprabilità, una maggiore resistenza alla trazione e una migliore resistenza alla fatica dopo un adeguato trattamento termico. Il 1018 è un acciaio a basso tenore di carbonio (dolce) apprezzato per la saldabilità, la formabilità e il prezzo contenuto. Scegliete il 4140 per ingranaggi, assali e parti di macchinari pesanti che richiedono resistenza e durata all'usura; scegliete il 1018 per prigionieri, alberi, staffe e parti che saranno saldate o che richiedono un nucleo morbido per la formatura.

Composizione chimica

• AISI/SAE 4140 (composizione tipica): C ≈ 0,38-0,43%, Cr ≈ 0,8-1,1%, Mn ≈ 0,75-1,0%, Mo ≈ 0,15-0,25%, Si ≈ 0,15-0,30%. Questi elementi di lega aumentano la temprabilità, la resistenza e la tenacità rispetto agli acciai al carbonio semplici.

• AISI 1018 (composizione tipica): C ≈ 0,15-0,20%, Mn ≈ 0,60-0,90%, il resto è essenzialmente ferro con S/P minore. Il basso contenuto di carbonio fa sì che il 1018 non possa essere indurito in modo significativo mediante tempra e rinvenimento, ma è facile da formare e saldare a freddo.

Perché è importante: carbonio più elevato + leghe (Cr, Mo) → 4140 si indurisce attraverso la sezione trasversale con il trattamento termico → maggiore resistenza e durata a fatica; carbonio più basso → 1018 rimane duttile e saldabile ed è economico.

Proprietà meccaniche

I numeri riportati di seguito sono intervalli tipici; consultare sempre il certificato del mulino o la scheda tecnica del fornitore per i valori esatti del lotto.

Numeri meccanici chiave (condizione di ricottura, se non specificato):

Nota di citazione: gli intervalli di trazione e durezza sopra riportati sono supportati da diverse schede tecniche ed esempi di trattamento termico; per l'approvvigionamento, fare riferimento ai certificati dei fornitori specifici.

Trattamento termico e temprabilità

• 4140: risponde bene ai cicli di austenitizzazione → tempra (in olio o acqua a seconda delle dimensioni della sezione) → rinvenimento. La temprabilità è notevole grazie alla lega; la durezza del nucleo nelle sezioni moderate può essere aumentata in modo sostanziale. Pratica tipica: austenitizzazione a ~820-860°C (a seconda della sezione), tempra, rinvenimento all'HRC desiderato. Le fonti ASM/industriali documentano le ricette di rinvenimento standard e il controllo della microstruttura per il 4140.

• 1018: non può essere indurito in modo significativo mediante tempra e rinvenimento a causa del basso tenore di carbonio. Per una superficie dura con un nucleo duttile, carburazione (cementazione) è la via tipica - il 1018 è una base comune per la cementazione. La nitrurazione è meno efficace, a meno che non sia legata correttamente.

Suggerimento per il design: Se avete bisogno di un nucleo tenace e di una superficie dura, ma preferite una lavorazione/saldatura più semplice del pezzo grezzo, usate il 1018 + la carburazione per la durezza superficiale; se avete bisogno di una resistenza del pezzo duro, usate il 4140 con tempra e rinvenimento.

Lavorabilità, saldabilità e formatura

• Lavorabilità: Il 1018 è generalmente più facile da lavorare (buona formazione di trucioli, indice di lavorabilità più elevato) rispetto al 4140 completamente temprato; tuttavia, il 4140 ricotto è ancora lavorabile, ma sporca maggiormente gli utensili e spesso richiede utensili più duri se le sezioni sono legate o parzialmente temprate.

• Saldabilità: 1018 = ottima saldabilità con processi di saldatura standard (MIG, TIG, stick). 4140 = saldabile, ma richiede un preriscaldamento e una temperatura di interpass controllata per evitare cricche a causa della maggiore temprabilità e del carbonio equivalente più elevato; il trattamento termico post-saldatura (PWHT) è spesso consigliato per i pezzi critici.

• Formatura e lavorazione a freddo: Il 1018 è superiore per lo stampaggio, la piegatura e la formatura a freddo. Il 4140 non è ideale per la formatura a freddo pesante quando il pezzo richiede un'elevata resistenza finale (a meno che non venga formato prima del trattamento termico finale).

Regola pratica del negozio: Se il pezzo deve essere saldato nell'assemblaggio finale, scegliere 1018 o specificare PWHT per le saldature 4140.

Applicazioni comuni ed esempi di parti

• Dove brilla il 4140: Alberi a gomito, assali, alberi per impieghi gravosi, perni soggetti a taglio, componenti di macchinari portanti, componenti forgiati e parti che richiedono tempra e rinvenimento per soddisfare la durata a fatica.

• Dove brilla il 1018: alberi per uso generale, prigionieri, bulloni, staffe, componenti stampati a freddo, parti che saranno saldate e stock di base per componenti carburati (ad esempio, ingranaggi cementati).

Esempio di guida alla selezione:

• Elevata resistenza agli urti e all'usura, sezione trasversale ridotta: 4140 temprato a HRC target.

• Grandi assemblaggi saldati dove il costo è importante: 1018 e progettazione di sezioni più spesse o trattamento superficiale.

Trattamenti di superficie e rivestimenti

• 1018: comunemente carburato per le superfici di usura (produce un involucro duro con un nucleo duttile); anche placcato o verniciato per la protezione dalla corrosione.

• 4140: può essere nitrurato per ottenere una superficie resistente all'usura e alla corrosione, pur mantenendo la tenacità del nucleo; comunemente viene anche carburato o indurito a induzione su aree localizzate; spesso viene utilizzato con ossido nero o placcatura per la resistenza alla corrosione.

Lista di controllo per la progettazione: domande a cui rispondere prima della progettazione

• Il pezzo sarà saldato dopo la lavorazione? In caso affermativo → preferire il 1018 (o il PWHT pre-pianificato per il 4140).

• Il pezzo richiede una durezza passante o solo superficiale? Durezza passante → 4140; solo superficiale → 1018 + carburazione può essere sufficiente.

• La durata a fatica è un requisito primario (alberi rotanti, componenti a impatto)? Se sì → 4140 (opportunamente temprato).

• Quali sono le tolleranze di finitura e i requisiti di finitura superficiale? Le leghe più dure possono essere più difficili da rifinire.

• Quali sono i vostri obiettivi di costo e i tempi di fornitura? Si veda la sezione Approvvigionamenti di seguito.

Costo, disponibilità e approvvigionamento - inclusa l'offerta MWAlloys

• La realtà del mercato: Il 1018 è quasi sempre meno costoso al kg ed è ampiamente disponibile in stock (lamiere, tondi, barre). Anche il 4140 è comune, ma il prezzo è più alto a causa degli elementi di lega e della lavorazione aggiuntiva (trattamento termico, forgiatura). Le recenti oscillazioni delle materie prime influiscono su entrambi, ma il 1018 è generalmente la scelta più economica per i volumi.

• Catena di approvvigionamento / Fornitori cinesi: La Cina rimane un importante produttore globale di billette e barre di acciaio; molte acciaierie producono AISI 4140 e 1018 secondo gli standard internazionali. Quando si acquista da fornitori esteri, è bene richiedere i rapporti di prova delle acciaierie (chimici e meccanici), confermare lo stato del trattamento termico e verificare l'imballaggio e la tracciabilità.

• MWAlloys offre (come aiutiamo): MWAlloys fornisce sia AISI 4140 e AISI 1018 in barre, lastre e forme finite/distribuite. Sottolineiamo: 100% prezzo diretto di fabbricaPer i lotti trattati termicamente, forniamo una rapida consegna a magazzino per le dimensioni più comuni e una documentazione completa (MTC, rapporti di durezza). Per i lotti trattati termicamente su misura o per i pezzi forgiati, forniamo i registri di controllo del processo e possiamo soddisfare le esigenze di AQ del cliente. Contattate MWAlloys per ricevere preventivi competitivi e liste di magazzino disponibili.

Tabelle di confronto tra acciaio 1018 e 4140

Tabella A - Matrice di decisione rapida

Tabella B - Note tipiche del processo d'officina

Domande frequenti

1. Il 1018 può essere temprato?
   Non è significativo per tempra e rinvenimento a causa del basso tenore di carbonio. Utilizzare la carburazione per ottenere una superficie dura con un nucleo duttile.

2. Il 4140 è saldabile?
   Sì, ma richiede un preriscaldamento e temperature di interpass controllate; per i pezzi critici, eseguire la PWHT per ridurre le tensioni residue ed evitare le cricche.

3. Qual è la migliore durata a fatica - 4140 o 1018?
   Dopo un adeguato trattamento termico, il 4140 presenta una resistenza alla fatica superiore grazie alla maggiore resistenza e agli elementi di lega.

4. Posso usare il 1018 per gli alberi?
   Sì per carichi leggeri o moderati; per alberi rotanti ad alta coppia o per impieghi gravosi scegliere 4140 e specificare la tempra.

5. Tipici intervalli di durezza per il 4140 dopo la tempra?
   Il 4140 può essere temprato in un'ampia gamma (ad esempio, 30-55 HRC) a seconda dei cicli di tempra - specificare l'HRC target nell'ordine di acquisto.

6. Quali sono le finiture e i rivestimenti superficiali più comuni?
   Entrambi possono essere placcati o verniciati; il 4140 è comunemente ossidato o placcato; il 1018 è spesso verniciato o zincato per la protezione dalla corrosione. La tempra superficiale (carburazione per il 1018, nitrurazione per il 4140) è comune per le parti soggette a usura.

7. Ho bisogno di certificati di prova della cartiera (MTC)?
   Richiedete sempre gli MTC per i pezzi critici: forniscono la composizione chimica e le proprietà meccaniche riconducibili al lotto. MWAlloys fornisce una documentazione completa.

8. Qual è il più costoso?
   Al kg, il 4140 costa in genere di più a causa delle aggiunte di leghe e delle fasi di lavorazione; il 1018 è generalmente l'opzione più economica.

9. Il 1018 può essere utilizzato per gli ingranaggi cementati?
   Sì - il 1018 è un materiale di base standard per la carburazione quando sono richiesti un rivestimento duro e un nucleo duttile.

10. Come specificare 4140 in un ordine di acquisto?
    Includere il grado (SAE/AISI 4140), la forma (barra/forgiato/arrotondato), lo stato del trattamento termico (ricotto/QT e temprato a HRC specificato), le dimensioni, le tolleranze e gli MTC richiesti.

Lista di controllo per gli acquirenti

• Specificare esatto grado e tempra (ad esempio, SAE 4140, bonificato a 36-40 HRC).

• Chiedete i rapporti di prova della cartiera e le registrazioni dei trattamenti termici.

• Per le saldature, confermare il preriscaldamento e il PWHT raccomandati.

• Per gli ordini di grandi volumi, richiedere la tracciabilità dei lotti e i piani di ispezione.

• Se si acquista da mulini esteri, eseguire l'ispezione in entrata e la verifica della durezza.

MWAlloys - capacità di produzione e fornitura

MWAlloys è un fornitore diretto in fabbrica con disponibilità a magazzino per entrambi i prodotti. AISI 4140 e AISI 1018 in barre, tondi e piastre di dimensioni standard. Sottolineiamo:

• 100% prezzo di fabbrica - nessun markup dell'intermediario.

• Consegna rapida in magazzino per le dimensioni più comuni dai centri di produzione cinesi.

• Assistenza tecnica completa - MTC, registri dei trattamenti termici, rapporti di ispezione dimensionale.

• Elaborazione personalizzata - servizi di forgiatura, lavorazione, tempra e cementazione disponibili su richiesta.

Se fornite i disegni e gli obiettivi meccanici richiesti, MWAlloys può proporre una soluzione "chiavi in mano" che include il trattamento termico e il collaudo.

Caso pratico di studio

Un produttore di medie dimensioni aveva bisogno di un perno ad alta durata per un cilindro idraulico. Il progetto originale prevedeva l'uso di 1018 e i perni cedevano a fatica ad alto ciclo. Dopo il passaggio al 4140 temprato e rinvenuto (a ~45 HRC) e l'applicazione della rettifica fine e della pallinatura, la durata è aumentata di oltre 3 volte. Il compromesso è stato un aumento del costo del materiale, ma una frequenza di sostituzione e tempi di fermo molto più bassi.

Raccomandazione finale

• Per portante, critico a fatica parti → specificare 4140 con obiettivi dettagliati di trattamento termico e durezza.

• Per assemblaggi saldati, parti stampate a freddo o parti sensibili ai costi. prototipi → specificare 1018 e considerare la cementazione se sono necessarie superfici di usura.

Riferimenti autorevoli

• Acciaio legato AISI 4140 - AZoM (composizione chimica, proprietà meccaniche, applicazioni)
• Acciaio AISI 1018, trafilato a freddo - MatWeb (Scheda tecnica e proprietà meccaniche)
• Trattamento termico dell'acciaio legato 4140 - ASM International (guida al trattamento termico dell'industria)