Il tondo 4340 RHC 30-35 offre un'affidabile combinazione di elevata resistenza, duttilità, tenacità alla frattura e temprabilità profonda per i componenti che richiedono una durezza passante stabile nella gamma Rockwell C 30-35. Un'adeguata lavorazione di tempra e rinvenimento produce una microstruttura bilanciata che garantisce una lunga durata a fatica e resistenza agli urti per componenti quali alberi, perni, elementi di fissaggio pesanti e collegamenti di carrelli di atterraggio aerospaziali.

Che cos'è l'acciaio 4340?

Il 4340 è un acciaio legato al nichel-cromo-molibdeno a medio tenore di carbonio, largamente utilizzato quando è richiesta un'elevata combinazione di resistenza e tenacità. Se fornito in condizioni di bonifica con durezza Rockwell di circa 30-35 HRC (qui indicata come RHC 30-35), il tondo diventa un'eccellente materia prima per alberi rotanti fortemente sollecitati, componenti aeronautici, perni pesanti e elementi di fissaggio strutturali ad alta sollecitazione. Le pratiche di fornitura tipiche includono tondi pre-temprati e temprati che soddisfano le specifiche aerospaziali o industriali.

Composizione chimica e ruolo metallurgico degli elementi chiave

Di seguito è riportata una tabella di composizione sintetica che riflette gli intervalli tipici dell'industria per AISI/SAE 4340 (per i prodotti di qualità superiore esistono varianti UNS G43400 / AMS).

Questa chimica produce una profonda temprabilità e una matrice di martensite temprata dopo un'appropriata lavorazione termica, che è alla base dell'utile dotazione meccanica del grado.

Proprietà fisiche

• Densità: ~7,85 g/cm³

• Modulo elastico (Young): ~200-210 GPa

• Modulo di taglio: ~80 GPa

• Conducibilità termica e dilatazione: valori coerenti con gli acciai legati a medio tenore di carbonio; consultare i certificati specifici della cartiera per i numeri di progetto precisi.

Questi valori di base sono adatti ai calcoli ingegneristici di sollecitazione/deformazione e ai modelli a elementi finiti, se combinati con input di resistenza dipendenti dal trattamento termico.

Proprietà meccaniche in base alle condizioni di tempra

La tabella riassume gli intervalli rappresentativi delle proprietà meccaniche del 4340 in condizioni comuni. Le proprietà effettive variano a seconda del fornitore, del trattamento termico, delle dimensioni della sezione e del metodo di prova.

Nota: Le proprietà dipendono fortemente dalle dimensioni della sezione e dall'esatto protocollo di tempra. Per i fattori di sicurezza della progettazione, utilizzare i rapporti di prova certificati dal fornitore.

Obiettivo di durezza RHC 30-35: programmi di trattamento termico e risultati attesi

Per ottenere un valore uniforme di 30-35 HRC su una barra rotonda è necessario un trattamento termico disciplinato. Esistono diversi metodi collaudati in commercio; la tabella riassuntiva elenca le ricette industriali più comuni.

Nota pratica: il rinvenimento a temperature più basse (180-220°C) conferisce una durezza molto elevata ma una scarsa tenacità; il rinvenimento a 450-650°C conferisce l'equilibrio favorevole tra tenacità e durezza utilizzato per RHC 30-35. Per barre di grande diametro, i tempi di rinvenimento devono essere commisurati alla sezione trasversale del materiale per garantire l'uniformità.

Fabbricazione, dimensioni, tolleranze e forme di fornitura tipiche

Il tondo 4340 è fornito in barre:

• Tondi laminati a caldo (lunghi, economici)

• Tondi rifiniti a freddo/torniti (tolleranze più strette, migliore finitura superficiale)

• Tondi precompressi e temprati (durezza specificata fornita)

Gamma di diametri tipica offerta da mulini e distributori: 6 mm fino a 300 mm e oltre, a seconda della capacità della cartiera e della forgiatura. Lunghezze standard di solito da 3 a 6 m; taglio a misura disponibile su richiesta. Le classi di tolleranza (h9, h10, ecc.) e le certificazioni (EN 10204 3.1/3.2, certificati di prova della cartiera) sono la prassi commerciale standard.

Comportamento della microstruttura, frattura e prestazioni a fatica

Dopo la tempra, la microstruttura del 4340 è tipicamente costituita da martensite temprata con carburi di transizione finemente dispersi. Questa struttura offre un'elevata resistenza alla trazione e una notevole tenacità alla frattura. La resistenza alla fatica è superiore quando:

• Sono presenti tensioni residue di compressione superficiale (pallinatura, tempra a induzione), oppure

• La finitura superficiale è buona e le concentrazioni di tensione sono ridotte al minimo.

Per gli alberi rotanti e i carichi ciclici, si raccomanda una tempra nella fascia 450-650°C per massimizzare l'energia d'impatto e mantenere la durezza nella finestra richiesta. I progettisti dovrebbero richiedere al fornitore i dati delle prove di fatica per le parti critiche.

Operazioni secondarie: lavorazione, saldatura, tempra superficiale, nitrurazione.

• Lavorazione: La lavorabilità è moderata, meglio se in condizioni di ricottura o normalizzazione. I prodotti di elevata durezza richiedono utensili, avanzamenti e refrigeranti adeguati.

• Saldatura: Si raccomanda il trattamento termico di preriscaldo e post-saldatura; la scelta dell'apporto deve tenere conto della temprabilità e della suscettibilità alla cricca. La saldatura di sezioni completamente indurite è ad alto rischio senza procedure controllate.

• Trattamenti di superficie: La tempra a induzione, la tempra alla fiamma o la nitrurazione aumentano la resistenza all'usura superficiale preservando la durezza passante. La nitrurazione può aumentare la durezza della cassa fino a Rc 60+, mantenendo la tenacità del nucleo.

Controllo qualità, test e tracciabilità

Per la richiesta di parti critiche:

• Certificato di prova del mulino EN 10204 3.1/3.2

• Mappa di durezza (letture multiple di Rockwell C lungo la barra)

• Rapporto di prova di trazione e prova d'urto Charpy (se specificato)

• Rapporto di analisi chimica e identificazione del calore/lotto

• Conformità alle specifiche aerospaziali AMS/ASTM o del fornitore, quando richiesto (esistono varianti AMS 6414, ASTM A322, ASTM A29).

Opzioni di controllo non distruttivo: test a ultrasuoni, ispezione di particelle magnetiche e rilevamento di cricche superficiali sono comuni per i pezzi ad alta integrità.

Note sulla selezione delle applicazioni e suggerimenti per la progettazione

• Scegliere RHC 30-35 quando il pezzo deve resistere a un'usura moderata, pur mantenendo la tenacità sotto impatto.

• Per requisiti di usura estremamente elevati, utilizzare un bossolo più duro e un nucleo da 30-35 HRC, oppure scegliere una durezza più elevata se il carico di fatica lo consente.

• Per le sezioni di grandi dimensioni, controllare le tabelle di temprabilità e richiedere al termotrattore tagliandi di prova rappresentativi per convalidare le proprietà finali.

Lista di controllo degli acquisti ed equivalenti di grado

Quando si ordina il tondo 4340 RHC 30-35 includere:

• Chimica o specifica esatta (ad esempio, AMS 6414 VAR, ASTM A322, UNS G43400).

• Intervallo di durezza richiesto e metodo di misurazione (Rockwell C)

• Dimensioni e finitura della sezione (laminati a caldo vs. laminati a freddo)

• Test richiesti (Charpy, trazione, mappa di durezza)

• Livello di tracciabilità (EN 10204 3.1/3.2)

• Requisiti di finitura superficiale, imballaggio e tempi di consegna

Equivalenti internazionali comuni: 34CrNiMo6 (EN), 1.6582 (Germania), SNCM447 (Giappone); confermare l'equivalenza meccanica e chimica con il fornitore.

Guida alla manipolazione, allo stoccaggio e all'ispezione

• Conservare le barre in scaffali asciutti e coperti per evitare la formazione di ruggine in superficie.

• Ispezionare il materiale in arrivo per verificare la presenza di timbri di identificazione dello stabilimento, controllare i certificati con i numeri di calore.

• Eseguire controlli di durezza a campione prima della lavorazione per confermare la tempra fornita.

• Se il materiale sarà trattato nuovamente in casa, verificare il mezzo di tempra, la calibrazione del forno e il controllo della velocità di raffreddamento.

Tabella A - Temperatura tipica di rinvenimento vs. HRC previsto (approssimativo; consultare le curve dei fornitori)

(Valori illustrativi; i risultati effettivi dipendono dalla lega, dalla tempra e dalle dimensioni della sezione).

Tabella B - Confronto rapido: 4340 RHC 30-35 vs alternative comuni

Domande frequenti

1. Cosa significa "RHC 30-35"?
   RHC indica la durezza Rockwell misurata sulla scala C. L'intervallo numerico 30-35 definisce la fascia di durezza target per il materiale d'anima.

2. Il 4340 può essere fornito già temprato a 30-35 HRC?
   Sì. Molte cartiere offrono barre pre-temprate e temprate, certificate in base a una specifica banda Rockwell C.

3. Il 4340 a 30-35 HRC è lavorabile?
   La lavorazione è possibile, ma la durata degli utensili diminuisce rispetto alle barre ricotte. Per le lavorazioni ad alto volume, acquistare le barre fornite in uno stato più morbido, quindi trattare termicamente i pezzi finiti quando necessario.

4. La nitrurazione è consigliata per il 4340 RHC 30-35?
   La nitrurazione è possibile e aumenta notevolmente la durezza superficiale lasciando intatta la tenacità del nucleo. Confermare la compatibilità del processo di nitrurazione con la tempra base.

5. La dimensione della sezione cambia la durezza raggiungibile?
   Sì. I diametri più grandi si induriscono meno accuratamente. Richiedere al termotecnico i tagliandi di prova per la geometria desiderata.

6. Quali test devono arrivare con la spedizione?
   Analisi chimica del mulino, prova di trazione, letture di durezza e un certificato EN 10204 3.1/3.2 o equivalente, se richiesto.

7. Il 4340 può essere saldato senza post-riscaldamento?
   La saldatura di 4340 ad alta durezza senza trattamento termico di preriscaldo e post-saldatura comporta il rischio di cricche. Utilizzare procedure qualificate.

8. Quali industrie utilizzano comunemente il 4340 RHC 30-35?
   Aerospaziale, macchinari pesanti, petrolio e gas, componenti automobilistici e attrezzature minerarie.

9. Quale finitura superficiale aiuta la durata a fatica?
   La pallinatura, la lucidatura e la rimozione dei concentratori di tensioni migliorano le prestazioni a fatica.

10. Quale standard devo indicare al momento dell'ordine?
    Utilizzare lo standard specifico AMS o ASTM desiderato dal cliente. Per la qualità aerospaziale di alto livello, citare AMS 6414 (VAR) o simili; per la fornitura industriale, citare gli equivalenti ASTM o SAE.

Note ingegneristiche per chi scrive le specifiche

• Specificare la tolleranza di durezza (+/-1-2 HRC) e il metodo di misurazione.

• Includere i punti di prova richiesti e il numero di letture di durezza per lunghezza/diametro.

• Per i componenti critici per la sicurezza è necessario eseguire prove d'urto alle temperature di progetto.

• Insistere sulla tracciabilità del numero di calore del mulino e sui campioni conservati per le indagini sui guasti.

Approvvigionamento, tempi di consegna e fattori di costo

I fattori di costo includono: grado di qualità (commerciale o VAR/VAC-ARC), diametro, finitura, test richiesti e complessità del trattamento termico. Il 4340 di qualità aerospaziale (VAR/CEVM) ha un prezzo più elevato e tempi di consegna più lunghi. I tempi di consegna tipici dei distributori di stock variano da uno stock immediato a 4-8 settimane per il trattamento termico personalizzato e la certificazione. twmetals.comrisingstarsteel.com

Riferimenti autorevoli

• MatWeb / ASM - Acciaio 4340 (scheda tecnica delle proprietà meccaniche)
• Carpenter Technology - 4340 VAC-ARC / scheda tecnica (curve di trattamento termico)
• SSA Corp - Scheda tecnica VAR 4340 AMS 6414 (specifiche aerospaziali premium)
• Acciai Atlas - Barre a indurimento passante 4340 (bollettino tecnico)