40Cr은 담금질 및 템퍼링 후 강도, 인성 및 내마모성의 균형이 필요한 부품에 널리 사용되는 중탄소 크롬 합금 구조용 강재입니다. 일반적으로 많은 공급망에서 DIN 41Cr4/W. Nr. 1.7035 및 AISI/SAE 5140과 동등한 것으로 간주되며, 적절하게 열처리하면 샤프트, 기어 및 연결 부품에 대해 우수한 경도(일반적으로 일반 섹션의 경우 Q+T 후 ~28-36 HRC)와 안정적인 피로 성능을 달성할 수 있습니다. 적당한 합금과 경화성이 필요한 경우 40Cr을 사용하고 기계적 허용 기준 및 열처리 일정에 대한 EN/DIN 또는 ASTM 지침을 따르세요.
40Cr이란 무엇인가요?
40Cr 강은 담금질 및 템퍼링을 위해 설계된 중국 GB 계열의 중탄소 크롬 합금강입니다. 적당한 탄소 함량과 크롬을 결합하여 경화성과 내마모성을 높이는 동시에 비용과 기계 가공성을 합리적으로 유지합니다. 이 강종은 샤프트, 액슬, 커플링, 기어 및 무거운 핀과 같이 강도와 인성의 균형을 맞추기 위해 열처리되는 중간 강도의 구조 부품에 사용됩니다. 국제 관행에서 이 등급은 일반적으로 41Cr4(DIN/W. Nr. 1.7035) 및 SAE/AISI 5140을 상호 참조하지만, 화학 및 허용 공차는 표준마다 약간 다를 수 있으므로 정확한 성분 및 기계적 테스트 결과는 항상 공급 공장 인증서를 확인하시기 바랍니다.
화학 성분 및 미세 구조
아래는 DIN 41Cr4 / 1.7035 및 일반적인 SAE에 직접 매핑된 40Cr(GB)에 사용되는 일반적인 범위를 보여주는 압축된 실용적인 화학 성분 표입니다. 이 범위는 제분소와 열처리 업체에서 사용하는 작업 지침입니다. 실제 배송된 배치에 대한 밀 인증서(밀 테스트 보고서)를 항상 확인하시기 바랍니다.
표 1: 일반적인 화학 성분(질량 백분율)
| 요소 | 일반 40Cr(GB/T) | 일반 DIN 41Cr4 / 1.7035 | 일반적인 SAE/AISI 5140(약) |
|---|---|---|---|
| C | 0.36 - 0.44 | 0.37 - 0.44 | 0.38 - 0.43 |
| Si | 0.17 - 0.37 | 0.20 - 0.40 | 0.15 - 0.35 |
| Mn | 0.50 - 0.80 | 0.60 - 0.90 | 0.60 - 0.80 |
| Cr | 0.80 - 1.10 | 0.95 - 1.20 | 0.80 - 1.10 |
| P(최대) | ≤ 0.035 | ≤ 0.035 | ≤ 0.035 |
| S(최대) | ≤ 0.035 | ≤ 0.035 | ≤ 0.040 |
| Mo, Ni(미량) | 일반적으로 없거나 0.03 이하 | 일반적으로 결석 | 일부 변형의 추적 수준 |
미세 구조 노트: 정규화 또는 담금질 및 템퍼링 상태에서 40Cr의 이상적인 미세 구조는 탄화물이 균일하게 분포된 강화 마르텐사이트(또는 두꺼운 부분의 베이나이트)입니다. 크롬은 경화성을 촉진하고 카바이드 분포를 개선하여 내마모성과 피로 수명을 향상시킵니다.
기계적 특성 및 성능
기계적 특성은 열처리에 따라 크게 달라집니다. 아래 표는 엔지니어링 설계에 사용되는 일반적인 조건에 대한 일반적인 특성 목표를 제공합니다. 이 값은 설계자와 열처리업체가 사용하는 일반적인 범위를 예시한 것입니다. 계약 작업의 경우 해당 구매 사양 및 재료 테스트 보고서의 정확한 수치를 사용하세요.
표 2: 일반적인 기계적 특성(대표값)
| 조건 | 인장 강도, MPa(Rm) | 항복 강도, MPa(Rp0.2) | 신율 A%, | 경도(HB/HRC) |
|---|---|---|---|---|
| 정규화(대략) | 650 - 800 | 380 - 520 | 12 - 18 | 180 - 230 HB |
| 담금질(오일) 및 템퍼링(보통) | 900 - 1200 | 700 - 1000 | 10 - 16 | 28 - 36시간(≈290-350시간) |
| 담금질 및 템퍼링(더 높은 성질) | 700 - 900 | 500 - 700 | 12 - 18 | 20 - 28 HRC |
40Cr은 열처리를 제어하면 AISI 4140과 같은 일반적인 서양 등급과 비교했을 때 대체로 비슷한 성능을 보입니다. 합금 공차, 미량 원소 및 가공의 차이로 인해 구매 문서에 필요한 경도, 인성 및 피로 요구 사항을 명시적으로 지정하는 것이 가장 좋습니다.
열처리: 실제 일정 및 효과
40Cr은 담금질 및 템퍼링용입니다. 경도와 인성은 오스테나이트화 온도, 담금질 매체, 템퍼링 온도/시간의 조합으로 제어됩니다.
표 3 - 일반적인 열처리 기간 및 결과 경도(실무 지침)
| 프로세스 | 온도(°C) | 퀜치 | 일반적인 결과 경도(대략) |
|---|---|---|---|
| 정규화 | 840 - 880 | 공기 냉각 | 190 - 230 HB |
| 오스테나이트화(Q) | 830 - 860 | 오일 담금질 선호 | 소입 담금질 ~55 HRC(표면) |
| 템퍼링 낮음(고강도) | 150 - 250 | - | ~52-55 HRC(저체온인 경우) |
| 템퍼링 매체 | 300 - 450 | - | ~42-50 HRC |
| 템퍼링 높음(좋은 인성) | 500 - 650 | - | 온도에 따라 ~20-35 HRC |
실용적인 권장 사항
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샤프트, 중간 섹션 및 ~30-36 HRC가 필요한 부품의 경우 일반적인 레시피는 830-850°C에서 오스테나이트 화, 오일 담금질, 500-550°C에서 1-2시간 템퍼링(섹션 크기에 따라 시간 조정)입니다.
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낮은 강도에서 더 높은 인성이 필요한 부품의 경우, 더 높은 온도(550~650°C)에서 템퍼링을 사용하여 ~20~30 HRC를 얻습니다.
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얇은 부품이나 복잡한 형상의 경우 담금질 균열을 방지하기 위해 주의가 필요하며, 단계별 냉각과 단면 두께 제어를 통해 이를 완화할 수 있습니다.
경화성 및 섹션 크기: 크롬은 경화성을 높입니다. 일반적인 40Cr 봉강과 단조품은 기계적 특성 균일성의 손실 없이 적당한 직경까지 성공적으로 오일 담금질할 수 있습니다. 매우 큰 섹션의 경우 사전 경화, 유도 경화를 고려하거나 관통 경화가 필요한 경우 더 높은 합금 등급(예: 42CrMo4)을 지정합니다.
등가물 및 국제 상호 참조
40Cr은 지역 명칭입니다. 아래 등가물은 일반적으로 공장과 자재 공급업체에서 사용하는 상호 참조 표에 인용된 것입니다. 동등성은 대략적인 수치이며 계약서에 명시된 화학적 및 기계적 특성에 따라 허용 여부를 결정해야 한다는 점을 명심하세요.
표 4 - 대략적인 등가물
| 중국 GB | DIN / W. Nr. | EN | AISI/SAE / ASTM | JIS |
|---|---|---|---|---|
| 40Cr | 41Cr4 | 1.7035(EN 10083 제품군) | 5140(약) | SCr440 |
참고: 많은 공급업체가 카탈로그에 40Cr = 41Cr4 = 5140으로 표시합니다. EN 변형은 41Cr4로 표시되거나 EN 10083-3 기술 납품 조건에 따라 나타날 수 있습니다. 작은 변화도 열처리 반응에 영향을 미치므로 C, Cr, Mn의 허용 오차를 확인하세요.
비교: 40Cr 대 4140 대 42CrMo4
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40Cr 대 AISI/SAE 5140 / 4140: 40Cr과 5140/4140은 탄소와 크롬 함량이 비슷하며, 4140은 일반적으로 몰리브덴과 사양에 따라 약간 다른 Mn/Si 수준을 함유하여 인성과 고온 강도를 높입니다. 많은 기계 부품의 경우 구매자가 화학적 및 기계적 보증을 수락하는 경우 40Cr과 5140을 상호 교환할 수 있습니다. 피로도가 높거나 고온에 노출되는 용도의 경우 합금 밸런스가 더 좋은 4140 또는 42CrMo4를 선호합니다.
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40Cr 대 42CrMo4: 42CrMo4는 몰리브덴과 약간 다른 합금 밸런스를 포함하고 있으며, 넓은 부분에서 우수한 경화성과 인성을 제공하고 더 높은 템퍼링 저항성을 제공합니다. 두꺼운 섹션에서 더 높은 코어 강도가 필요하거나 더 나은 내충격성이 필요한 경우 42CrMo4를 사용합니다.
디자인 팁: 구매 주문서에 동등한 등급만 명시하지 말고 필요한 열처리 후 경도/인성 및 기계적 한계를 명시하세요. 이렇게 하면 공급업체가 약간 다른 화학 물질을 사용할 때 위험을 줄일 수 있습니다.
기계 가공성, 용접 및 표면 처리
기계 가공성:
표준화 조건에서 40Cr은 중간 탄소 합금에 적합하게 잘 가공됩니다. 더 높은 경도로 담금질 및 템퍼링하면 가공성이 감소합니다. 중장비 가공의 경우 대량 절삭 전에 정규화하거나 중간 어닐링을 사용합니다. 고강도 조건에서 절삭할 때는 카바이드 인서트와 단단한 고정장치를 사용하면 도움이 됩니다.
용접:
40Cr 용접은 탄소 함량과 경화성 때문에 대부분의 경우 예열 및 용접 후 열처리가 필요합니다. 중요하지 않은 소규모 제작의 경우 150~250°C로 예열하고 제어된 인터패스 온도를 사용합니다. 안전이 중요하거나 대형 용접 어셈블리의 경우 해당 용접 코드에 따라 응력 완화 또는 PWHT를 수행하세요. 용접 절차 및 PWHT가 명시되어 있지 않는 한, 용접 부위 전체에 균일한 담금질 및 템퍼링 특성을 기대하는 설계에서는 용접을 피하세요.
표면 처리:
일반적인 마감 처리에는 마모 표면의 침탄 처리(하드 케이스와 연성 코어가 필요한 경우), 국부 영역의 유도 경화, 표면 피로 및 내식성 향상을 위한 질화, 보관 및 조립 중 부식 방지를 위한 인산염 또는 전기 도금 마감 등이 있습니다.
검사, 테스트 및 품질 관리
중요한 구성 요소의 경우 지정합니다:
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배치 화학 및 열처리 기록을 보여주는 MTR(밀 테스트 보고서).
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배송된 상태의 기계적 테스트 결과(인장, 항복률, 연신율, 경도).
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인성이 중요한 경우 지정된 온도에서 Charpy V-노치 충격값을 제공합니다.
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단조품 또는 중요 부분에 대한 비파괴 검사(마그네틱 입자, UT, 방사선 촬영).
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미세 구조 및 포함 등급(필요한 경우)에 대한 금속학적 수용도.
EN 10083(담금질 및 템퍼링용 강재) 또는 특정 ASTM 구매 표준과 같은 표준은 많은 응용 분야에 대한 허용 기준을 정의합니다. 이를 사용하여 검사 보류 지점 및 허용 한계를 정의하세요.
일반적인 애플리케이션 및 엔지니어링 고려 사항
40Cr로 제조된 공통 부품:
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드라이브 샤프트, 변속기 기어, 커플링 및 액슬.
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스핀들, 핀, 맨드릴과 같은 공작 기계 부품.
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건설 기계 부품 - 핀, 부싱, 마모가 심한 링크.
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Q+T 후 강도와 인성의 조합이 필요한 일반 기계 부품.
엔지니어링 고려 사항:
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피로: 부품이 높은 주기적 하중을 받는 경우 피로 한계를 지정하거나 샷 피닝 및 제어된 표면 마감을 통해 수명을 향상시켜야 합니다.
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착용: 슬라이딩/마모 표면의 경우 전체 부품을 경화하기보다는 국부적인 표면 경화 방식을 고려하세요.
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크기 효과: 단면 크기가 크면 열처리 주기를 조정해야 하고 관통 경화를 위해 다른 등급이 필요할 수 있습니다.
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부식: 40Cr은 스테인리스가 아니므로 부식으로 인해 성능이 저하될 수 있는 곳에서 보호해야 합니다.
실용적인 조달 체크리스트
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필요한 최종 조건을 지정합니다: 경도 범위(HRC 또는 HB), 인장/항복률, 샤르피 에너지(필요한 경우).
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실제 화학 및 열처리 기록이 포함된 밀 테스트 보고서를 요구합니다.
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허용되는 등가물을 정의하고 화학적으로 작은 편차가 허용되는지 여부를 명시합니다.
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NDT 및 (필요한 경우) 금속 조직학 허용 기준이 필요합니다.
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마감, 표면 처리 및 포장 요구 사항을 포함하세요.
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용접이 필요한 경우 용접 절차 및 PWHT를 지정합니다.
사례 예
한 공급업체가 농업 장비용 40Cr 샤프트 배치를 제공합니다. 도면에는 실온에서 32-36 HRC 및 Charpy V-노치 ≥ 27J가 요구됩니다. 구매자는 전체 MTR, 샘플 Charpy 보고서, 여러 샤프트에 대한 경도 맵, 1차 시료에 대한 입회 검사 또는 제3자 실험실 검사를 요구해야 합니다. 데이터에 인성이 불충분한 것으로 나타나면 경도를 약간 희생하는 대신 충격 에너지를 개선하기 위해 더 높은 온도에서 템퍼링을 요청하세요.
40Cr 및 이에 상응하는 물질은 여러 국제 표준에서 다루고 있습니다. 지정할 때는 해당 표준과 버전/날짜를 참조하세요.
주요 표준 및 참조 문서는 다음과 같습니다:
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EN 10083 제품군(담금질 및 템퍼링용 강재) 및 국가별 변형.
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기계 및 열처리 지침을 위한 DIN 17200 / 41Cr4(W. Nr. 1.7035) 데이터시트.
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MatWeb과 같은 공급업체가 게시한 데이터시트와 공인된 실험실에서 기계 데이터를 비교할 수 있습니다.
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평판이 좋은 공급업체 및 야금 연구소에서 발행한 동등성 표입니다.
최종 조달 또는 설계의 경우 항상 계약서에 사용된 정확한 표준과 개정판을 인용하세요.
자주 묻는 질문
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40Cr은 5140 또는 4140과 같은가요?
비슷하지만 동일하지는 않습니다. 40Cr(GB)은 일반적으로 41Cr4(DIN 1.7035)에 매핑되며 SAE 5140 또는 AISI 4140과 유사한 것으로 취급되는 경우가 많습니다. 미량 원소와 허용 범위의 차이로 인해 교환 전에 MTR 및 기계적 특성을 확인하는 것이 필수적입니다. -
담금질 및 템퍼링 후 어떤 경도를 기대할 수 있나요?
일반적인 레시피를 사용할 때 많은 40Cr 부품의 일반적인 담금질 및 템퍼링 경도는 28-36 HRC입니다. 최종 경도는 오스테나이트화 온도, 담금질 매체 및 템퍼링 일정에 따라 달라집니다. -
40Cr을 탄화할 수 있나요?
예. 40Cr은 케이스 침탄 후 담금질 및 템퍼링에 잘 반응하여 단단하고 내마모성이 강한 표면과 견고한 코어를 생성합니다. 과도한 왜곡을 방지하기 위해 공정 파라미터를 선택해야 합니다. -
40Cr에서 용접해도 괜찮나요?
용접에는 주의가 필요합니다. 예열 및 제어된 인터패스 온도를 권장하며, 경화성 및 탄소 함량으로 인해 중요한 구성 요소에는 PWHT가 필요할 수 있습니다. -
언제 40Cr보다 42CrMo4를 선호해야 하나요?
Mo 함량이 높고 합금 밸런스가 개선되어 넓은 섹션에서 더 높은 관통 경화, 더 나은 인성 또는 더 높은 사용 온도가 필요한 경우 42CrMo4를 선택하십시오. -
배송 시 어떤 테스트가 필요하나요?
최소한 구매 주문서에 명시된 MTR, 인장 시험, 경도 측정 및 모든 NDT 또는 충격 테스트가 필요합니다. 중요 부품의 경우 금속 조직학 및 추가 기계적 샘플링을 추가합니다. -
단면 크기가 열처리에 어떤 영향을 미치나요?
더 큰 섹션은 더 긴 담금 시간이 필요하고 소프트 코어 또는 잔류 오스테나이트를 방지하기 위해 다른 담금질 전략이 필요할 수 있으며, 균일한 관통 경화가 불가능한 경우 유도 표면 경화를 고려해야 합니다. -
40Cr은 고온 애플리케이션에 적합합니까?
40Cr은 내열 합금이 아닙니다. 고온 강도를 높이려면 고온에서 사용하도록 특별히 설계된 합금강을 고려하세요. -
40Cr에는 일반적으로 어떤 마감재가 적용되나요?
침탄, 질화, 유도 경화, 보관 중 부식 방지를 위한 인산염 코팅, 부식 방지가 필수적인 경우 도금. -
일관된 공급업체 품질을 보장하는 방법은 무엇인가요?
인증된 공급업체를 사용하고, 표준 및 테스트를 지정하고, 추적 가능한 MTR을 요구하고, 열처리 공정에 대한 주기적인 제3자 감사를 고려하세요.
빠른 요약 및 최종 선택 체크리스트
40Cr은 담금질 및 템퍼링 후 많은 기계 부품에 적합한 다용도 중탄소 크롬 합금입니다. 적당한 합금화, 제어된 경화성 및 비용 효율성이 우선시되는 곳에 사용하십시오. 관통 경화된 대형 섹션, 높은 피로 부하 또는 더 높은 온도 요구 사항의 경우 고합금 대체재를 평가하십시오. 항상 기계적 목표, 열처리 조건 및 검사 요건을 조달 문서에 명시하세요.
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