4140 대 1018 스틸: 올바른 등급을 선택하는 방법

부품에 높은 인장 강도, 내마모성 및 피로 저항성이 필요하고 경도를 위해 열처리할 수 있는 경우, SAE/AISI 4140 저렴한 비용, 쉬운 용접성, 우수한 냉간 성형성 및 간단한 샤프트, 핀 또는 경량의 부품에 대한 일반적인 가공성을 우선시하는 경우 더 나은 선택입니다, AISI 1018 를 선택하는 것이 일반적으로 더 현명한 선택입니다. 무거운 하중이나 충격에도 견딜 수 있어야 하는 완제품 부품의 경우 4140 (필요한 경도로 열처리). 용접 어셈블리, 침탄 처리된 표면 또는 경제적인 프로토타입의 경우 다음을 선택합니다. 1018.

4140 및 1018 스틸이란 무엇인가요?

4140은 1018보다 탄소 및 합금 원소 함량이 훨씬 높은 크롬-몰리브덴 합금강으로, 적절한 열처리 후 4140의 경화성, 인장 강도 및 내피로성이 훨씬 우수합니다. 1018은 용접성, 성형성, 저렴한 가격으로 유명한 저탄소(연강)입니다. 강도와 마모 수명이 필요한 기어, 차축 및 중장비 부품에는 4140을 선택하고, 스터드, 샤프트, 브래킷 및 용접이 필요하거나 성형에 연질 코어가 필요한 부품에는 1018을 선택하세요.

화학 성분

• AISI/SAE 4140(일반적인 구성): 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%. 이러한 합금 원소는 일반 탄소강에 비해 경화성, 강도 및 인성을 높입니다.

• AISI 1018(일반적인 구성): C ≈ 0.15-0.20%, Mn ≈ 0.60-0.90%, 나머지는 본질적으로 철이며 약간의 S/P가 있습니다. 탄소 함량이 낮기 때문에 1018은 담금질 및 템퍼링으로 크게 경화되지 않으며 냉간 성형 및 용접이 용이합니다.

이것이 중요한 이유: 고탄소 + 합금(Cr, Mo) → 4140은 열처리로 단면이 경화되어 강도와 피로 수명이 높고, 저탄소 → 1018은 연성과 용접성이 유지되며 가격이 저렴합니다.

기계적 특성

아래 숫자는 일반적인 범위이며, 정확한 로트 값은 항상 공장 인증서 또는 공급업체 데이터시트를 참조하세요.

주요 기계 번호(지정되지 않은 경우 어닐링된 상태):

인용 참고 사항: 위의 인장 및 경도 범위는 여러 데이터시트 및 열처리 예시에서 지원되며, 조달에 대해서는 특정 공급업체 인증서를 참조하세요.

열처리 및 경화성

• 4140: 오스테나이트화 → 담금질(단면 크기에 따라 오일 또는 물) → 템퍼링 사이클에 잘 반응합니다. 합금으로 인해 경화성이 상당하며 중간 정도의 섹션에서 코어 경도를 크게 높일 수 있습니다. 일반적인 방법: ~820~860°C(섹션에 따라 다름)에서 오스테나이트 처리, 담금질, HRC 목표에 맞게 템퍼링. ASM/업계 자료에는 4140에 대한 표준 템퍼링 레시피 및 미세 구조 제어가 문서화되어 있습니다.

• 1018: 는 탄소가 적기 때문에 담금질 및 템퍼링으로 크게 경화될 수 없습니다. 연성 코어가 있는 단단한 표면의 경우, 탄화 (케이스 침탄)이 일반적인 방법이며, 1018은 케이스 경화를 위한 일반적인 베이스입니다. 질화는 적절하게 합금하지 않으면 효과가 떨어집니다.

디자인 팁: 코어가 강하고 표면이 단단해야 하지만 블랭크의 가공/용접이 쉬운 경우 표면 경도를 위해 1018 + 카부라이즈를 사용하고, 관통 경질 부품 강도가 필요한 경우 담금질 및 템퍼링이 포함된 4140을 사용합니다.

가공성, 용접성 및 성형성

• 기계 가공성: 1018은 일반적으로 완전 경화 4140보다 가공하기 쉽지만(우수한 칩 형성, 높은 가공성 등급), 어닐링 4140은 여전히 가공이 가능하지만 공구가 더 많이 걸리고 섹션이 합금되거나 부분적으로 경화된 경우 더 단단한 공구가 필요한 경우가 많습니다.

• 용접성: 1018 = 표준 용접 공정(MIG, TIG, 스틱)을 사용하여 용접성이 매우 우수합니다. 4140 = 용접 가능하지만 경화성이 높고 탄소 당량이 높아 균열을 방지하기 위해 예열 및 인터패스 온도 제어가 필요하며, 중요 부품에는 용접 후 열처리(PWHT)가 권장되는 경우가 많습니다.

• 성형 및 콜드 워크: 1018은 스탬핑, 절곡 및 냉간 성형에 탁월합니다. 4140은 부품에 높은 최종 강도가 필요한 경우(최종 열처리 전에 성형하지 않는 경우) 무거운 냉간 성형에는 적합하지 않습니다.

실용적인 상점 규칙: 부품을 최종 어셈블리에서 용접해야 하는 경우 기본값은 1018로 설정하거나 4140 용접에 PWHT를 지정합니다.

일반적인 애플리케이션 및 부품 예시

• 4140이 빛나는 곳: 크랭크샤프트, 차축, 고하중 샤프트, 전단에 노출되는 핀, 하중을 견디는 기계 부품, 단조 부품 및 피로 수명을 충족하기 위해 담금질 및 템퍼링이 필요한 부품.

• 1018이 빛나는 곳: 일반용 샤프트, 스터드, 볼트, 브래킷, 냉간 성형 부품, 용접할 부품, 침탄 부품용 베이스 스톡(예: 케이스 경화 기어) 등입니다.

선택 가이드 예시:

• 높은 충격 + 마모, 작은 단면: 4140 목표 HRC에 담금질.

• 비용이 중요한 대형 용접 어셈블리: 1018 및 두꺼운 섹션 또는 표면 처리를 위한 설계.

표면 처리 및 코팅

• 1018: 일반적으로 마모 표면을 위해 침탄 처리(연성 코어가 있는 하드 케이스 제작), 부식 방지를 위해 도금 또는 도장 처리합니다.

• 4140: 코어 인성을 유지하면서 마모/부식 방지 표면을 위해 질화할 수 있으며, 국소 부위에 침탄 또는 유도 경화할 수도 있고, 내식성을 위해 흑색 산화물 또는 도금과 함께 사용하는 경우가 많습니다.

디자인 체크리스트 - 지정하기 전에 답변해야 할 질문

• 가공 후 부품이 용접됩니까? 예 → 1018(또는 4140의 경우 사전 계획 PWHT)을 선호합니다.

• 부품에 관통 경도가 필요합니까, 아니면 표면 경도만 필요합니까? 관통 경도 → 4140, 표면만 → 1018 + 카부라이즈로 충분할 수 있습니다.

• 피로 수명이 주요 요구 사항입니까(회전축, 충격 부품)? 그렇다면 → 4140(적절히 템퍼링).

• 마감 공차 및 표면 마감 요구 사항은 무엇인가요? 합금이 강할수록 마감 처리가 더 어려울 수 있습니다.

• 비용 목표와 공급 리드 타임은 어떻게 되나요? 아래 조달 섹션을 참조하세요.

비용, 가용성 및 조달 - MWAlloys 제공 사항 포함

• 시장 현실: 1018은 거의 항상 kg당 가격이 저렴하며 밀 스톡(시트, 라운드, 바)에서 널리 구할 수 있습니다. 4140도 일반적이지만 합금 원소와 추가 가공(열처리, 단조)으로 인해 가격이 더 높습니다. 최근의 원자재 변동은 두 가지 모두에 영향을 미치지만 일반적으로 1018이 부피에 비해 경제적인 선택입니다.

• 공급망/중국 공급업체: 중국은 여전히 철강 빌릿 및 봉강 제품의 주요 글로벌 생산국이며, 많은 공장에서 국제 표준에 따라 AISI 4140 및 1018을 생산합니다. 해외 공급업체로부터 구매할 때는 밀 테스트 보고서(화학 및 기계)를 요청하고, 열처리 상태를 확인하고, 포장 및 추적성을 확인해야 합니다.

• MWAlloys 제공(지원 방법): MWAlloys는 두 가지를 모두 제공합니다. AISI 4140 그리고 AISI 1018 바, 플레이트 및 완제품/유통 형태로 제공됩니다. 강조합니다: 100% 공장 직접 가격일반적인 사이즈에 대한 빠른 재고 배송, 전체 문서(MTC, 경도 보고서)를 제공합니다. 맞춤형 열처리 로트 또는 단조품의 경우 공정 관리 기록을 제공하고 고객의 QA 요구 사항을 충족할 수 있습니다. 경쟁력 있는 견적과 사용 가능한 재고 목록을 받으려면 MWAlloys에 문의하세요.

1018 스틸과 4140 스틸 비교표

표 A - 빠른 의사 결정 매트릭스

표 B - 일반적인 매장 프로세스 노트

자주 묻는 질문

1. 1018을 강화할 수 있나요?
   저탄소로 인해 담금질 및 템퍼링에 크게 영향을 받지 않습니다. 연성 코어가 있는 단단한 표면에는 침탄을 사용합니다.

2. 4140은 용접이 가능한가요?
   예, 하지만 예열 및 제어된 인터패스 온도가 필요하며, 중요 부품의 경우 잔류 응력을 줄이고 균열을 방지하기 위해 PWHT를 수행해야 합니다.

3. 4140과 1018 중 어느 쪽의 피로 수명이 더 길까요?
   적절한 열처리 후 4140은 더 높은 강도와 합금 원소로 인해 우수한 내피로성을 갖습니다.

4. 샤프트에 1018을 사용할 수 있나요?
   경하중에서 중간 하중의 경우 예, 고토크 또는 고하중 회전축의 경우 4140을 선택하고 담금질 및 템퍼링을 지정합니다.

5. 템퍼링 후 4140의 일반적인 경도 범위는?
   4140은 템퍼링 주기에 따라 넓은 범위(예: 30-55 HRC)로 템퍼링할 수 있으며, 구매 주문서에 목표 HRC를 명시하세요.

6. 일반적인 표면 마감과 코팅이란 무엇인가요?
   둘 다 도금 또는 도장할 수 있으며, 4140은 일반적으로 흑연 또는 도금하고, 1018은 부식 방지를 위해 도장하거나 아연 도금하는 경우가 많습니다. 마모 부품에는 표면 경화(1018의 경우 침탄, 4140의 경우 질화)가 일반적입니다.

7. MTC(밀 테스트 인증서)가 필요한가요?
   중요한 부품에 대해서는 항상 MTC를 요청하면 로트까지 추적 가능한 화학 성분 및 기계적 특성을 제공합니다. MWAlloys는 전체 문서를 제공합니다.

8. 어느 쪽이 더 비쌀까요?
   kg당 4140은 일반적으로 합금 첨가 및 가공 단계로 인해 비용이 더 많이 들지만, 1018은 일반적으로 경제적인 옵션입니다.

9. 1018을 케이스 경화 기어에 사용할 수 있나요?
   예 - 1018은 하드 케이스와 연성 코어가 필요한 경우 표준 침탄 베이스 재료입니다.

10. 구매 주문서에 4140을 지정하는 방법은 무엇인가요?
    등급(SAE/AISI 4140), 형태(바/단조/원형), 열처리 상태(어닐링/QT 및 지정된 HRC로 템퍼링), 치수, 공차 및 필수 MTC를 포함합니다.

구매자를 위한 조달 체크리스트

• 지정 정확한 등급 및 템퍼링(예: SAE 4140, 담금질 및 36-40 HRC로 템퍼링).

• 공장 테스트 보고서와 열처리 기록을 요청하세요.

• 용접의 경우 권장 예열 및 PWHT를 확인합니다.

• 대량 주문의 경우 일괄 추적 및 검사 계획을 요청하세요.

• 해외 공장에서 구매하는 경우 입고 검사 및 경도 확인을 수행합니다.

MWAlloys - 제조 및 공급 역량

MWAlloys는 두 가지 모두에 대한 재고 가용성을 갖춘 공장 직영 공급업체입니다. AISI 4140 그리고 AISI 1018 표준 바, 원형 및 플레이트 치수로 제공됩니다. 강조합니다:

• 100% 공장 가격 - 미들맨 마크업이 없습니다.

• 빠른 재고 배송 중국 생산 센터의 일반적인 사이즈의 경우

• 전체 기술 지원 - MTC, 열처리 기록, 치수 검사 보고서.

• 사용자 지정 처리 - 단조, 가공, 담금질 및 템퍼링, 케이스 경화 서비스도 요청 시 제공됩니다.

도면과 필요한 기계 타겟을 제공하면 열처리 및 테스트를 포함한 턴키 솔루션을 견적해 드립니다.

실제 사례 연구

한 중견 제조업체는 유압 실린더용 수명이 긴 핀이 필요했습니다. 원래 설계에는 1018이 사용되었고 핀은 높은 사이클 피로로 인해 고장났습니다. 담금질 및 템퍼링 4140(~45 HRC)으로 전환하고 미세 연삭 및 샷 피닝을 적용한 후 서비스 수명이 3배 이상 증가했습니다. 대신 재료 비용은 높아졌지만 교체 빈도와 가동 중단 시간은 훨씬 줄어들었습니다.

최종 권장 사항

• For 하중 견디기, 피로에 중요 부품 → 세부 열처리 및 경도 목표가 있는 4140을 지정합니다.

• For 용접 어셈블리, 냉간 성형 부품 또는 비용에 민감한 경우 프로토타입 → 1018을 지정하고 마모 표면이 필요한 경우 케이스 경화를 고려하세요.

권위 있는 참조 자료

• AISI 4140 합금강 - AZoM (화학적 조성, 기계적 특성, 응용 분야)
• AISI 1018 강철, 냉간 압연 - MatWeb (재료 데이터시트 및 기계적 특성)
• 4140 합금강 열처리 - ASM International(산업 열처리 지침)