AISI/SAE 4145는 크롬-몰리브덴 저합금강으로 4140보다 더 강한 경화성과 더 높은 달성 가능한 강도를 제공하여 깊은 경화와 높은 수율이 요구되는 대형 섹션 및 다운홀 석유 및 가스 부품에 특히 적합합니다. 이러한 성능은 약간 더 높은 탄소와 제어된 Cr 및 Mo 첨가를 통해 달성되며 일반적으로 특정 경도 또는 최소 수율 목표에 담금질 및 강화되어 공급됩니다.
간단한 사실
| 항목 | 간단한 설명 |
|---|---|
| 일반적인 이름 | AISI 4145, SAE 4145, 4145 MOD(수정됨) |
| 유형 | Cr-Mo 저합금강(관통 경화) |
| 일반적인 용도 | 드릴 칼라, 다운홀 부품, 무거운 샤프트, 대구경 바, 석유 및 가스 분야의 담금질 및 템퍼링 부품, 고강도 기계 부품 |
| 일반적인 열처리 | 지정된 경도로 담금질 및 템퍼링(특정 애플리케이션의 경우 일반적으로 30-36 HRC 이상) |
| 주요 기능 | 4140보다 높은 경화성, 높은 달성 가능한 강도, Q&T 후 우수한 치수 안정성, 예열/후열이 아닌 경우 용접성이 제한됨 |
| 일반적인 폼 팩터 | 원형 바, 단조 블랭크, 튜브, 가공 부품 |
| 일반적인 배송 조건 | 고객 요구 사항에 따라 정규화, 열간 압연 또는 담금질 및 템퍼링합니다. |
화학 성분(일반적인 사양 범위)
아래는 업계 데이터시트 및 제품 사양에서 취합한 실용적인 구성표입니다. 공급업체는 특히 망간, 크롬 또는 몰리브덴을 첨가하여 큰 섹션의 경화성을 향상시키는 4145 Modified의 경우 약간의 변형을 게시할 수 있습니다.
| 요소 | 일반적인 범위(% 무게) | 참고 |
|---|---|---|
| 탄소(C) | 0.43 - 0.48 | 4140보다 높으며 강도와 경화성 증가의 주요 원인입니다. |
| 망간(Mn) | 0.75 - 1.00 | 탈산제 및 인성 기여도. |
| 인(P) | ≤ 0.035 | 불순물 제한. |
| 유황(S) | ≤ 0.040 | 불순물 제한. |
| 실리콘(Si) | 0.15 - 0.35 | 강화 및 탈산소. |
| 크롬(Cr) | 0.80 - 1.10 | 경화성과 내열성을 향상시킵니다. |
| 몰리브덴(Mo) | 0.15 - 0.35 | 경화성 키; 일반 0.20, 모드 변형은 최대 0.35. |
| 바나듐, Ni, Cu | 추적 또는 제어 | 표준이 아니며 일부 수정된 등급에는 약간의 추가 사항이 있습니다. |
실용적인 참고 사항: 4145 MOD 변형은 더 큰 단면에서 지정된 최소 수율 또는 경도를 충족하기 위해 의도적으로 Mo 및/또는 Cr을 증가시킬 수 있으며, 정확한 화학 성분은 항상 공급업체의 밀 인증서를 확인하시기 바랍니다.
기계적 특성(일반적인 범위 및 설계 값)
기계적 특성은 열처리에 따라 크게 달라집니다. 아래는 공급업체 데이터 및 기술 데이터시트에서 가져온 업계 일반적인 값이며, 최종 설계에는 특정 열처리 인증서를 사용하세요.
일반적인 전달(정규화 또는 어닐링) 범위
| 속성 | 일반적인 범위 |
|---|---|
| 인장 강도(궁극) | 650 - 850 MPa(조건에 따라 다름) |
| 항복 강도(0.2%) | 420 - 600 MPa |
| 연신율(A75mm 또는 50mm) | 12 - 20 % |
| 면적 감소 | 40 - 60 % |
| 경도(HB) | 195 - 235 HB(조건에 따라 다름) |
담금질 및 강화 대상 범위(일반적인 관행)
| 템퍼링 대상 | 일반적인 인장 | 일반적인 수율 | 경도 |
|---|---|---|---|
| 중간 강도의 성질 | 800 - 1000 MPa | 600 - 800 MPa | 28 - 36 HRC |
| 고강도 성질 | 900 - 1100 MPa | 700 - 900 MPa | 36 - 50 HRC |
| 매우 높은 경화도(특수) | 최대 1200MPa | 최대 1000MPa | 55 - 62 HRC(특수 처리) |
디자인 실습: 안전이 중요한 부품의 경우 최소 수율(예: 110ksi / 758MPa)과 최대 템퍼링 경도를 모두 지정하고 밀링 및 열처리 인증을 받아야 합니다. 4145는 유전용 튜블러 및 드릴 칼라에 최소 수율 수준으로 공급되는 경우가 많습니다.
열처리 및 경화성 거동
담금질
일반적인 담금질 매체로는 바 및 단조용 오일 또는 폴리머 담금질이 있습니다. 단면이 크거나 매우 엄격한 경화성이 필요한 경우 균열을 방지하고 균일한 경도를 달성하기 위해 제어된 담금질 프로토콜이 필요합니다.
템퍼링
템퍼링 온도 선택은 강도와 인성의 균형을 맞춥니다. 템퍼링 온도가 낮을수록 경도와 강도는 높아지지만 충격 인성은 감소합니다. 일반적으로 목표 HRC 또는 최소 수율을 달성하기 위해 템퍼링 온도를 지정하는 것이 관행입니다.
경화성
4145는 탄소와 Mo 함량이 약간 더 높기 때문에 4140보다 경화성이 더 뛰어납니다. 따라서 깊은 경화가 필요한 기하학적 구조에 더 적합합니다. 직경이 매우 큰 경우 적절한 코어 경도를 보장하기 위해 Mo 또는 Mn 함량이 더 높은 4145 MOD 화학을 사용하기도 합니다.
일반적인 열처리 순서(산업용 예시)
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850-900°C에서 노멀라이즈하고 용광로를 냉각하여 롤링 응력을 제거합니다(선택 사항).
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820~870°C(정확한 온도는 공급업체에 따라 다름)에서 오스테나이트 처리하고 섹션 크기별로 담급니다.
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오일 또는 폴리머로 담금질하고, 큰 섹션의 경우 잔류 응력을 줄이기 위해 제어 냉각을 고려합니다.
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지정된 HRC 또는 기계적 특성에 도달하는 데 필요한 온도에서 템퍼링하며, 템퍼링 주기는 보통 두께 1인치당 1~2시간입니다.
실용적인 주의 사항: 4145는 부적절하게 예열하거나 너무 심하게 담금질하거나 가공 중에 수소 취화가 발생하면 담금질 균열이 발생할 수 있습니다. 용접 후에는 종종 용접 후 열처리가 필요합니다.
가공성, 용접 및 성형 참고 사항
기계 가공성
정상화 조건에서 4145는 다른 Cr-Mo 강과 비슷하지만 탄소 함량이 높기 때문에 4140보다 약간 덜 쉽게 가공됩니다. 담금질 및 템퍼링 조건에서는 카바이드 침전 및 높은 경도로 인해 가공성이 저하되므로 절삭 속도와 카바이드 공구를 적절히 선택해야 합니다.
용접
일반 탄소강에 비해 용접성이 제한적입니다. 예열, 낮은 수소 소모량, 인터패스 온도 조절을 강력히 권장합니다. 가능하면 강도가 낮고 경화성이 낮은 조건에서 용접하고 적절한 용접 후 열처리(PWHT)를 적용하여 인성을 회복하고 잔류 응력을 완화합니다. 4145는 일부 공급업체에서 "용접성이 좋지 않다"고 설명하지만 올바른 절차를 통해 용접할 수 있습니다.
형성
재결정화 온도 이상의 열간 성형은 일상적인 작업입니다. 냉간 성형은 비교적 부드러운 어닐링 상태의 소재가 아니라면 제한해야 하며, 냉간 성형은 고탄소 변형의 균열 위험을 증가시킵니다.
설계 지침 및 선택 기준
다른 대안 대신 4145를 선택할 때는 이러한 점을 고려하세요:
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다음과 같은 경우 4145를 선택하세요. 깊은 경화 그리고 높은 수율 더 큰 섹션에서 필요합니다. 이러한 이유로 이 합금은 일반적으로 무거운 샤프트, 맨드릴 및 다운홀 유전 구성 요소에 선택됩니다.
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주어진 경도에서의 최대 인성이 최우선이라면 탄소 함량이 약간 낮은 4140이 선호될 수 있습니다. 비교 데이터에 따르면 4145는 경도는 약간 더 우수하지만 동등한 HRC에서 충격 인성은 약간 낮은 것으로 나타났습니다.
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중요 부품의 경우, 적용 온도에서 경도 범위와 최소 충격 에너지(Charpy V 노치)를 모두 지정합니다. 전체 밀 테스트 보고서와 열처리 기록이 필요합니다.
주의해야 할 실패 모드
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템퍼링이 잘못 적용되면 균열이 발생하고 취성이 발생할 수 있습니다.
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산세, 전기 도금 또는 용접 중에 수소가 도입되는 경우 수소 보조 균열.
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잔류 인장 응력 또는 표면 마감이 불량한 경우 주기적 하중에서 피로 균열이 발생합니다.
부식 및 보호 조치
4145는 부식에 강하지 않으므로 거친 환경에서는 코팅, 도금 또는 부식 방지 클래딩이 필요합니다. 다운홀 사용 시에는 표면 처리 및 부식 허용치를 설계에 포함해야 합니다.
일반적인 애플리케이션 및 업계 사례
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석유 및 가스: 드릴 칼라, 하위 어셈블리, 다운홀 무거운 부품, 대구경 튜블러(4145 MOD 자주 사용).
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큰 단면에 높은 경화성이 필요한 무거운 기계 샤프트 및 스핀들.
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고강도 관통 경화가 필요한 산업용 공구 및 부품.
케이스 스냅샷: 많은 유전 부품 공급업체는 상당한 직경에서 필요한 항복 강도와 코어 경도를 제공하기 때문에 드릴 칼라에 4145 MOD를 지정하며, 단면 크기 전반에 걸쳐 최소 수율과 경도를 입증하는 밀 인증서가 제공됩니다.
국제 등가물 및 표준
정확한 등가물은 국가와 표준화 기관에 따라 다릅니다. 다음 표에는 조달에 일반적으로 사용되는 상호 참조 및 주석이 나와 있습니다.
| 지정 / 표준 | 등가 또는 참고 |
|---|---|
| SAE/AISI 4145 | 미국 기본 지정 |
| 4145 MOD | 더 나은 경화성을 위해 Mo 또는 Mn이 더 높은 변형 변형 |
| DIN/EN | 정확한 EN 등가물은 하나도 없으며, 1.7225 계열(예: 42CrMo4/4140)이 유사하지만 화학적 차이를 확인해야 합니다. 대형 단면 경화의 경우 EN 등급 적합성을 확인하세요. |
| JIS | 일대일 JIS를 직접 사용하지 않고 재료 속성 매칭을 사용하거나 변환 테이블을 참조합니다. |
| UNS G41450 | 4145에 대한 유엔 지정 |
조달 팁: 탄소와 몰리브덴의 작은 차이는 경화성에 중대한 영향을 미치므로 이름만으로 대체하지 말고, 대체 표준 등급이 제안될 경우 화학적 및 기계적 인증서가 일치해야 합니다.
나란히 비교: 4145 대 4140(실무 요약)
| 기능 | 4140 | 4145 |
|---|---|---|
| 탄소 함량 | ~0.38 - 0.43 % | ~0.43 - 0.48 %(이상) |
| 경화성 | Good | 더 넓은 구간에서 더 깊게 경화됨 |
| 일반적인 사용 | 샤프트, 기어, 일반 담금질 및 강화 부품 | 더 큰 섹션, 드릴 칼라, 더 높은 수율이 필요한 고강도 부품 |
| 동등한 HRC에서의 인성 | 약간 개선됨 | 약간 낮음(높은 경도를 위한 트레이드 오프) |
| 용접성 | 4145보다 우수 | 낮을수록 더 엄격한 제어가 필요합니다. |
| 일반적인 경우 | 우수한 가공성을 갖춘 인성이 요구됩니다. | 더 큰 섹션에서는 더 높은 경화성과 강도가 필요합니다. |
품질 관리, 테스트 및 사양 문구
공급업체의 요청:
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전체 원소 분석이 포함된 밀 화학 인증서(C of C).
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오스테나이트화 온도, 담금질 매체, 템퍼링 온도 및 시간, 지정된 지점에서 측정한 경도 프로파일이 포함된 열처리 보고서입니다.
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기계적 테스트 보고서: 해당되는 경우 지정된 온도에서 인장, 항복률, 연신율, 면적 감소 및 Charpy V-노치 충격값.
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큰 섹션에 대한 경도 트래버스 결과를 통해 코어 경도 및 표면 경도를 확인할 수 있습니다.
-
필요한 경우 비파괴 검사(단조품의 경우 UT, 합금 검증이 필요한 경우 PMI).
샘플 사양 조항(간결함)
"재료는 공급업체 C의 화학적 조성 및 기계적 특성을 갖춘 SAE/AISI 4145(또는 지정된 경우 4145 MOD)이어야 합니다. 부품은 최소 항복 강도 X MPa, 경도 Y와 Z HRC 사이로 열처리되어야 하며 공급업체는 열처리 기록 및 경도 횡단도를 제공하여 규정 준수를 입증해야 합니다."
엔지니어가 사용하는 테이블
표 A: 일반적인 경도 대 템퍼 온도(예시, 공급업체에 확인)
| 템퍼링 온도(°C) | 템퍼링 후 일반적인 경도(HRC) |
|---|---|
| 200 | 48 - 55 |
| 300 | 42 - 48 |
| 400 | 36 - 42 |
| 500 | 28 - 36 |
| 600 | 22 - 28 |
참고: 이는 참고용이며 오스테나이트화 온도와 정확한 화학에 따라 달라질 수 있으므로 설계에 중요한 부품은 공장에 템퍼링 차트를 요청하세요.
표 B: 일반적인 CCT/경화성 관찰 결과
| 섹션 크기(mm) | 4145(담금질)에 대한 예상 경도 침투율 |
|---|---|
| ≤ 25mm | 표준 오스테나이트화 및 오일 담금질에서 전체 마르텐사이트 관통 단면 |
| 25 - 75mm | 코어의 높은 경도 가능; 매우 큰 섹션은 4145 MOD를 확인하십시오. |
| > 75mm | 경도 그라데이션 증가; 4145 MOD를 지정하거나 열처리를 조정하여 목표를 달성합니다. |
자주 묻는 질문
-
4145와 4140의 주요 차이점은 무엇인가요?
4145는 탄소가 약간 더 높고 때로는 더 높은 Mo를 함유하고 있어 경화성과 달성 가능한 강도가 높아 대형 섹션 및 다운홀 부품에 선호되며, 4140은 일반적으로 동일한 경도에서 약간 더 나은 인성을 제공합니다. -
4145를 용접할 수 있나요?
예, 하지만 용접에는 예열과 낮은 수소 소모품, 그리고 종종 PWHT가 필요하므로 야금학적 제어 없이 고강도 상태에서 용접하는 것은 피해야 합니다. -
4145 MOD란 무엇인가요?
큰 단면 부품의 경화성을 개선하기 위한 변형된 화학 물질로, 유전 부품에 주로 사용됩니다. -
4145에는 어떤 열처리가 일반적으로 사용되나요?
820~870°C 범위에서 오스테나이트 처리하고 담금질(오일/폴리머)한 다음 선택한 HRC 또는 강도 목표에 맞게 템퍼링합니다. 구체적인 주기는 섹션 크기와 최종 특성에 따라 다릅니다. -
4145는 고온에서 사용하기에 적합합니까?
4145는 고온 크리프 합금이 아니며, 다른 CrMo 강과 마찬가지로 적당한 고온에서 강도를 유지하지만 매우 높은 온도에서 지속적으로 사용하기 위한 용도는 아닙니다. 고온에서 지속적으로 사용하려면 특정 합금군을 평가하세요. -
어떤 검사 인증서가 필요하나요?
밀 화학 인증서, 열처리 보고서, 기계적 테스트 보고서(필요한 경우 인장, 항복, 충격) 및 대형 섹션에 대한 경도 통과. -
탄소 함량은 성능에 어떤 영향을 미치나요?
4145의 약간 높은 탄소는 담금질 및 템퍼링 후 달성 가능한 경도와 강도를 높이지만 용접성이 떨어질 수 있으며 저탄소 소재에 비해 충격 인성이 약간 떨어질 수 있습니다. -
4145는 베어링이나 기어에 사용되나요?
일반적으로 구름 요소 베어링에는 적합하지 않습니다. 관통 경화 및 높은 코어 강도가 우선시되는 고강도 기어 및 샤프트 적용개소에 사용할 수 있습니다. -
4145 부품의 일반적인 고장 모드는 무엇인가요?
보호하지 않으면 가혹한 환경에서 응력 부식 또는 부식 피로, 부적절한 열처리로 인한 담금질 균열, 표면 공정에 수소가 유입되면 수소 관련 균열이 발생할 수 있습니다. -
표준 사양 언어는 어디에서 찾을 수 있나요?
공급업체 데이터시트, SAE/AISI 참고자료, 유전 자재 사양서에서 필요한 문구를 제공하는 경우가 많으므로 구매 주문에 포함할 특정 AISI/SAE 또는 API 기반 자재 시트를 공급업체에 요청하세요.
엔지니어와 구매자를 위한 최종 선택 체크리스트
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밀 인증서를 통해 정확한 화학 성분을 확인합니다.
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필요한 최소 수율과 최대 경도를 정의하고 필요한 충격 에너지를 정의합니다.
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큰 섹션에 대한 열처리 기록 및 경도 트래버스를 지정합니다.
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용접 어셈블리의 경우 예열 및 PWHT 절차 및 용접기 자격이 필요합니다.
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부식성 서비스의 경우 코팅 또는 클래딩을 정의하고 호환성을 확인합니다.
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