L'AISI/SAE 4145 è un acciaio a bassa lega al cromo-molibdeno che offre una temprabilità più forte e una resistenza raggiungibile più elevata rispetto al 4140, rendendolo particolarmente adatto a componenti di grandi dimensioni e a componenti per l'estrazione di petrolio e gas in cui sono richiesti una tempra profonda e un elevato snervamento; queste prestazioni sono ottenute grazie a un tenore di carbonio leggermente più elevato e a un'aggiunta controllata di Cr e Mo, e sono normalmente fornite temprate e rinvenute per raggiungere specifici obiettivi di durezza o snervamento minimo.
Fatti rapidi
| Articolo | Breve descrizione |
|---|---|
| Nomi comuni | AISI 4145, SAE 4145, 4145 MOD (modificato) |
| Tipo | Acciaio Cr-Mo a bassa lega (tempra passante) |
| Usi tipici | Collari di perforazione, componenti downhole, alberi pesanti, barre di grande diametro, parti temprate e rinvenute nel settore petrolifero e del gas, parti meccaniche ad alta resistenza. |
| Trattamento termico tipico | Tempra e rinvenimento fino alla durezza specificata (di solito 30-36 HRC o superiore per alcune applicazioni) |
| Caratteristiche principali | Maggiore temprabilità rispetto al 4140, maggiore resistenza raggiungibile, buona stabilità dimensionale dopo Q&T, limitata saldabilità a meno che non sia pre/post-riscaldato |
| Fattori di forma comuni | Barra tonda, pezzi grezzi forgiati, tubi, componenti lavorati |
| Condizione tipica di consegna | Normalizzati, laminati a caldo o bonificati in base alle esigenze del cliente. |
Composizione chimica (intervalli di specifiche tipiche)
Di seguito è riportata una tabella di composizione pratica assemblata da schede tecniche e specifiche di prodotto. I fornitori possono pubblicare leggere variazioni, in particolare per il 4145 Modified che può aggiungere manganese, cromo o molibdeno per migliorare la temprabilità in grandi sezioni.
| Elemento | Gamma tipica (wt %) | Note |
|---|---|---|
| Carbonio (C) | 0.43 - 0.48 | Superiore a quello del 4140; contribuisce principalmente all'aumento della resistenza e della temprabilità. |
| Manganese (Mn) | 0.75 - 1.00 | Disossidante e contribuente alla tenacità. |
| Fosforo (P) | ≤ 0.035 | Limite di impurità. |
| Zolfo (S) | ≤ 0.040 | Limite di impurità. |
| Silicio (Si) | 0.15 - 0.35 | Rafforzamento e disossidazione. |
| Cromo (Cr) | 0.80 - 1.10 | Migliora la temprabilità e la resistenza alla tempra. |
| Molibdeno (Mo) | 0.15 - 0.35 | Chiave per la temprabilità; 0,20 tipico; varianti mod fino a 0,35. |
| Vanadio, Ni, Cu | traccia o controllata | Non standard; alcuni gradi modificati includono piccole aggiunte. |
Nota pratica: Le varianti 4145 MOD possono aumentare intenzionalmente il Mo e/o il Cr per soddisfare la resa minima specificata o la durezza in sezioni trasversali più grandi; verificare sempre i certificati di macinazione del fornitore per l'esatta chimica.
Proprietà meccaniche (intervalli tipici e valori di progetto)
Le proprietà meccaniche dipendono fortemente dal trattamento termico. Di seguito sono riportati i valori tipici del settore, ricavati dai dati dei fornitori e dalle schede tecniche; per la progettazione finale, utilizzare i certificati di trattamento termico specifici.
Gamme tipiche consegnate (normalizzate o ricotte)
| Proprietà | Gamma tipica |
|---|---|
| Resistenza alla trazione (ultima) | 650 - 850 MPa (varia a seconda delle condizioni) |
| Resistenza allo snervamento (0,2%) | 420 - 600 MPa |
| Allungamento (A75 mm o 50 mm) | 12 - 20 % |
| Riduzione dell'area | 40 - 60 % |
| Durezza (HB) | 195 - 235 HB (a seconda delle condizioni) |
Gamme di destinazione temprate e rinvenute (pratica comune)
| Obiettivo di tempra | Tensione tipica | Rendimento tipico | Durezza |
|---|---|---|---|
| Tempra di media resistenza | 800 - 1000 MPa | 600 - 800 MPa | 28 - 36 HRC |
| Tempra ad alta resistenza | 900 - 1100 MPa | 700 - 900 MPa | 36 - 50 HRC |
| Tempra molto elevata (speciale) | fino a 1200 MPa | fino a 1000 MPa | 55 - 62 HRC (lavorazione speciale) |
Pratica di progettazione: Per i componenti critici dal punto di vista della sicurezza, specificare sia uno snervamento minimo (ad esempio 110 ksi / 758 MPa) che una durezza massima di rinvenimento, e richiedere la certificazione del mulino e del trattamento termico. Il 4145 viene spesso fornito a livelli di snervamento minimo per tubolari e collari di perforazione per giacimenti petroliferi.
Trattamento termico e comportamento di temprabilità
Tempra
I mezzi di tempra tipici includono la tempra in olio o in polimero per barre e forgiati. Per sezioni trasversali di grandi dimensioni o per esigenze di tempra molto severe, sono necessari protocolli di tempra controllati per evitare cricche e ottenere una durezza uniforme.
Tempra
La scelta della temperatura di rinvenimento bilancia la resistenza e la tenacità. Temperature di rinvenimento più basse producono una durezza e una resistenza più elevate, ma una tenacità ridotta. La prassi comune è quella di specificare la temperatura di rinvenimento per ottenere l'HRC desiderato o la resa minima.
Temprabilità
Il 4145, grazie al suo contenuto di carbonio e Mo leggermente superiore, presenta una maggiore temprabilità rispetto al 4140. Questo lo rende più adatto alle geometrie che richiedono una tempra profonda. Per i diametri molto grandi, a volte si utilizza la chimica MOD 4145 con un tenore di Mo o Mn più elevato per garantire un'adeguata durezza del nucleo.
Sequenza tipica di trattamento termico (esempio industriale)
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Normalizzare a 850-900 °C, raffreddare in forno per eliminare le tensioni di laminazione (opzionale).
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Austenitizzare a 820-870 °C (la temperatura esatta dipende dal fornitore), immergendo per le dimensioni della sezione.
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Tempra in olio o polimero; per sezioni di grandi dimensioni considerare un raffreddamento controllato per ridurre le tensioni residue.
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Temprare alla temperatura necessaria per raggiungere gli HRC o i valori meccanici specificati; i cicli di tempra sono spesso di 1-2 ore per pollice di spessore.
Attenzione pratica: Il 4145 può essere soggetto a cricche da spegnimento se preriscaldato in modo improprio, se sottoposto a uno spegnimento troppo severo o se viene introdotto l'infragilimento da idrogeno durante la lavorazione. Il trattamento termico post-saldatura è spesso necessario dopo qualsiasi saldatura.
Note su lavorabilità, saldatura e formatura
Lavorabilità
In condizioni normalizzate, il 4145 si lavora in modo simile agli altri acciai al Cr-Mo, ma spesso con una facilità leggermente inferiore rispetto al 4140 a causa del maggiore contenuto di carbonio. In condizioni di bonifica, la precipitazione di carburo e la maggiore durezza riducono la lavorabilità; selezionare di conseguenza le velocità di taglio e gli utensili in metallo duro.
Saldatura
La saldabilità è limitata rispetto agli acciai al carbonio semplici. Si raccomanda vivamente il preriscaldamento, l'uso di consumabili a basso contenuto di idrogeno e temperature di interpass controllate. Se possibile, saldare in condizioni di bassa resistenza e bassa temprabilità e applicare un adeguato trattamento termico post-saldatura (PWHT) per ripristinare la tenacità e alleviare le tensioni residue. Il 4145 è descritto come "poco saldabile" da alcuni fornitori, ma è saldabile con procedure corrette.
Formazione
La formatura a caldo al di sopra della temperatura di ricristallizzazione è di routine. La formatura a freddo dovrebbe essere limitata, a meno che il materiale non si trovi in una condizione di ricottura relativamente morbida; la lavorazione a freddo aumenta il rischio di cricche nelle varianti ad alto tenore di carbonio.
Guida alla progettazione e criteri di selezione
Quando scegliete il 4145 rispetto alle alternative, valutate questi punti:
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Scegliere 4145 quando indurimento profondo e alto rendimento in sezioni più grandi. Per questo motivo, la lega viene comunemente scelta per alberi pesanti, mandrini e componenti per giacimenti petroliferi.
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Se la priorità è la massima tenacità a una data durezza, il 4140 può essere preferibile per il contenuto di carbonio leggermente inferiore. I dati comparativi mostrano spesso che il 4145 produce una durezza leggermente migliore ma una tenacità all'impatto marginalmente inferiore a parità di HRC.
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Per i componenti critici, specificare sia l'intervallo di durezza che l'energia d'impatto minima (tacca Charpy V) alla temperatura di applicazione. Richiedere i rapporti di prova completi della cartiera e le registrazioni dei trattamenti termici.
Modalità di guasto da tenere in considerazione
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Cricche da tempra e infragilimento da tempra se il rinvenimento è applicato in modo errato.
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Criccatura assistita da idrogeno se l'idrogeno viene introdotto durante il decapaggio, la galvanoplastica o la saldatura.
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Cricche da fatica in caso di carico ciclico se esistono tensioni di trazione residue o una cattiva finitura superficiale.
Corrosione e misure di protezione
Il 4145 non è resistente alla corrosione e richiede rivestimenti, placcature o rivestimenti resistenti alla corrosione per ambienti aggressivi. Per l'uso in foro, i trattamenti superficiali e le tolleranze di corrosione devono essere inclusi nella progettazione.
Applicazioni comuni ed esempi di settore
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Petrolio e gas: collari di perforazione, sottogruppi, componenti pesanti in foro, tubolari di grande diametro (spesso si usa il 4145 MOD).
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Alberi e mandrini meccanici pesanti in cui è necessaria una maggiore temprabilità per sezioni trasversali di grandi dimensioni.
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Utensili e componenti industriali che richiedono una tempra passante ad alta resistenza.
Caso emblematico: Molti fornitori di componenti per giacimenti petroliferi specificano il 4145 MOD per i collari di perforazione perché fornisce la resistenza allo snervamento e la durezza dell'anima richieste in diametri considerevoli; i certificati di fresatura sono forniti per dimostrare la resa e la durezza minime per tutte le dimensioni della sezione.
Equivalenti e standard internazionali
Gli equivalenti esatti variano a seconda della nazione e dell'ente di standardizzazione. La tabella seguente elenca i riferimenti incrociati e i commenti comunemente utilizzati per l'approvvigionamento.
| Designazione / Standard | Equivalente o nota |
|---|---|
| SAE/AISI 4145 | Designazione base USA |
| 4145 MOD | Variante modificata con più Mo o Mn per una migliore temprabilità |
| DIN/EN | Non esiste un unico esatto equivalente EN; gli analoghi più vicini includono la famiglia 1.7225 (ad esempio, 42CrMo4/4140), ma confermano le differenze chimiche. Per la tempra di grandi sezioni, verificare l'idoneità del grado EN. |
| JIS | Non esiste un rapporto diretto JIS uno-a-uno; utilizzare la corrispondenza delle proprietà del materiale o consultare le tabelle di conversione. |
| UNS G41450 | Designazione UNS per 4145 |
Suggerimento per gli acquisti: Poiché le piccole differenze di carbonio e molibdeno influenzano materialmente la temprabilità, non sostituirle solo con il nome; richiedere la corrispondenza dei certificati chimici e meccanici se viene proposta una qualità standard alternativa.
Confronto fianco a fianco: 4145 contro 4140 (sintesi pratica)
| Caratteristica | 4140 | 4145 |
|---|---|---|
| Contenuto di carbonio | ~0,38 - 0,43 % | ~0,43 - 0,48 % (superiore) |
| Temprabilità | Buono | Migliore e più profonda tempra nelle sezioni più grandi |
| Utilizzo tipico | Alberi, ingranaggi, parti in genere temprate e rinvenute | Sezioni più grandi, collari di perforazione, componenti per impieghi gravosi che necessitano di un rendimento più elevato |
| Durezza a parità di HRC | Leggermente meglio | Leggermente più basso (compromesso con una maggiore durezza) |
| Saldabilità | Meglio di 4145 | Più basso, richiede controlli più severi |
| Scelta comune quando | E' richiesta una buona tenacità e una buona lavorabilità. | Sono richieste temprabilità e resistenza più elevate in sezioni più grandi. |
Controllo qualità, test e formulazione delle specifiche
Richiesta al fornitore:
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Certificato chimico del mulino (C of C) con ripartizione completa degli elementi.
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Rapporto di trattamento termico con temperatura di austenitizzazione, mezzo di tempra, temperatura e tempo di rinvenimento e profili di durezza misurati in punti specifici.
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Rapporto di prova meccanica: valori di trazione, snervamento, allungamento, riduzione dell'area e impatto Charpy V-notch alla temperatura specificata, ove applicabile.
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Risultati della traversata di durezza per grandi sezioni per confermare la durezza del nucleo e la durezza della superficie.
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Controlli non distruttivi se richiesti (UT per i forgiati, PMI se è necessaria una verifica della lega).
Esempio di clausola di specifica (concisa)
"Il materiale deve essere SAE/AISI 4145 (o 4145 MOD dove specificato) con composizione chimica e proprietà meccaniche secondo il fornitore C of C. I pezzi devono essere trattati termicamente per ottenere un carico di snervamento minimo di X MPa e una durezza compresa tra Y e Z HRC; il fornitore deve fornire i registri dei trattamenti termici e la traversata della durezza che dimostrino la conformità."
Tabelle che gli ingegneri utilizzano
Tabella A: Durezza tipica rispetto alla temperatura di tempra (illustrativa; confermare con il fornitore)
| Temperatura di tempra (°C) | Durezza tipica (HRC) dopo il rinvenimento |
|---|---|
| 200 | 48 - 55 |
| 300 | 42 - 48 |
| 400 | 36 - 42 |
| 500 | 28 - 36 |
| 600 | 22 - 28 |
Nota: questi valori sono indicativi e variano a seconda della temperatura di austenitizzazione e della chimica esatta; per i pezzi critici per la progettazione, richiedere alla cartiera una tabella di rinvenimento.
Tabella B: Osservazione tipica di CCT / temprabilità
| Dimensione della sezione (mm) | Durezza di penetrazione prevista per 4145 (temprato) |
|---|---|
| ≤ 25 mm | Sezione passante martensitica completa con austenitizzazione standard e tempra in olio |
| 25 - 75 mm | È possibile un'elevata durezza del nucleo; verificare 4145 MOD per sezioni molto grandi. |
| > 75 mm | Il gradiente di durezza aumenta; specificare 4145 MOD o regolare il trattamento termico per raggiungere l'obiettivo. |
Domande frequenti
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Qual è la principale differenza tra 4145 e 4140?
Il 4145 ha un tenore di carbonio leggermente più alto e talvolta un Mo più elevato, il che comporta una maggiore temprabilità e una maggiore resistenza raggiungibile, rendendolo preferibile per sezioni di grandi dimensioni e componenti di perforazione; il 4140 offre in genere una tenacità marginalmente migliore a parità di durezza. -
Il 4145 può essere saldato?
Sì, ma la saldatura richiede preriscaldamento, materiali di consumo a basso contenuto di idrogeno e spesso PWHT; evitare la saldatura in condizioni di alta resistenza senza controllo metallurgico. -
Che cos'è il 4145 MOD?
Chimica modificata per migliorare la temprabilità dei pezzi di grandi dimensioni, spesso specificata per i componenti dei giacimenti petroliferi. -
Quale trattamento termico è tipico per il 4145?
Austenitizzare nell'intervallo 820-870 °C, temprare (olio/polimero), quindi rinvenire fino a raggiungere l'HRC o la resistenza desiderata. I cicli specifici dipendono dalle dimensioni della sezione e dalle proprietà finali. -
Il 4145 è adatto all'uso ad alte temperature?
Il 4145 non è una lega da creep ad alta temperatura; mantiene la resistenza a temperature moderate elevate, come altri acciai al CrMo, ma non è destinato al servizio continuo a temperature molto elevate. Valutare famiglie di leghe specifiche per il servizio prolungato ad alta temperatura. -
Quali sono i certificati di ispezione da richiedere?
Certificato chimico del mulino, rapporto di trattamento termico, rapporto di prova meccanica (trazione, snervamento, impatto se richiesto) e tracciati di durezza per sezioni di grandi dimensioni. -
In che modo il contenuto di carbonio influisce sulle prestazioni?
Il carbonio leggermente superiore del 4145 aumenta la durezza e la resistenza ottenibili dopo la tempra, ma può ridurre la saldabilità e la tenacità all'impatto rispetto ai parenti a basso tenore di carbonio. -
Il 4145 viene utilizzato per i cuscinetti o per gli ingranaggi?
Non è tipicamente indicato per i cuscinetti ad elementi volventi. Può essere utilizzato per applicazioni con ingranaggi e alberi per impieghi gravosi, in cui sono prioritari l'indurimento passante e l'elevata resistenza del nucleo. -
Quali sono le modalità di guasto più comuni per i componenti 4145?
La corrosione sotto sforzo o la fatica da corrosione in ambienti aggressivi se non protetti, le cricche da spegnimento dovute a trattamenti termici impropri e le cricche da idrogeno se i processi superficiali introducono idrogeno. -
Dove posso trovare il linguaggio delle specifiche standard?
Le schede tecniche dei fornitori, i riferimenti SAE/AISI e le specifiche dei materiali per il settore petrolifero forniscono spesso la formulazione necessaria; chiedere ai fornitori le schede specifiche dei materiali basate su AISI/SAE o API da includere negli ordini di acquisto.
Lista di controllo finale per ingegneri e acquirenti
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Confermare la chimica esatta tramite il certificato del mulino.
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Definire lo snervamento minimo e la durezza massima richiesti, oltre all'energia d'impatto necessaria.
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Specificare il record di trattamento termico e il percorso di durezza per le sezioni di grandi dimensioni.
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Per gli assemblaggi saldati sono necessarie procedure di preriscaldamento e PWHT e qualifiche dei saldatori.
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In caso di servizio corrosivo, definire i rivestimenti o i rivestimenti e verificarne la compatibilità.
IT 
EN 
AR 
JA 
KO 
DE 
ES