AISI 8740은 인장 강도, 인성, 내피로성 및 경화성의 탁월한 균형을 제공하는 중탄소 니켈-크롬-몰리브덴 저합금강으로 항공우주 및 기타 고신뢰성 부품(패스너, 샤프트, 액슬, 피스톤 로드)에 자주 지정되며 일반적으로 AMS/SAE 항공기 등급(예: AMS 6322)으로 생산됩니다. 8740의 니켈 함량은 올바른 열처리와 품질 관리가 적용된다면 표준 Cr-Mo 등급보다 더 높은 노치 인성을 필요로 하는 설계자에게 적절한 선택이 될 수 있습니다.
8740 스틸이란?
AISI 8740(UNS G87400)은 주로 니켈(Ni), 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo)으로 합금된 중탄소 저합금강 계열에 속합니다. AISI/SAE 지정 시스템에서 앞자리는 탄소가 약 0.40%인 고강도 계열("40" 계열)을 나타냅니다. 실제 작업장에서 8740은 어닐링(기계 가공 가능) 및 담금질 및 템퍼링 조건 모두에서 공급되며 중요 부품에 사용되는 경우 항공기 품질 사양(AMS 변형)으로 생산되는 경우가 많습니다.
왜 니켈일까요? 소량의 니켈(≈0.4-0.7%)은 강도의 저하 없이 충격 인성 및 연성을 향상시키며, 이는 일반 산업에서 사용되는 일부 Cr-Mo 강과 8740을 구별하는 주요 차이점입니다. Cr-Mo를 결합하면 경화성과 고온 강도가 향상됩니다.
화학 성분(사양 범위 및 공학적 해석)
일반적인 구성 범위(무게 %)
| 요소 | 일반적인 범위(wt%) |
|---|---|
| 탄소(C) | 0.38 - 0.43 |
| 망간(Mn) | 0.75 - 1.00 |
| 실리콘(Si) | 0.15 - 0.35 |
| 크롬(Cr) | 0.40 - 0.60 |
| 니켈(Ni) | 0.40 - 0.70 |
| 몰리브덴(Mo) | 0.20 - 0.30 |
| 인(P) | ≤ 0.035(최대) |
| 유황(S) | ≤ 0.04(최대) |
| 구리(Cu) | ≤ 0.35(최대) |
엔지니어를 위한 해석
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0.40%에 가까운 탄소는 8740을 중간 탄소 등급에 단단하게 배치하여 담금질 및 템퍼링 후 강도가 우수합니다.
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크롬과 몰리브덴은 효과적인 경화성(단면을 통해 마르텐사이트를 형성하는 능력)과 높은 내열성을 제공합니다.
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니켈은 다른 Cr-Mo 등급과 차별화되는 요소로, 특히 대형 단조품이나 단면 변형이 있는 부품에서 인성을 높이고 부서지기 쉬운 경향을 줄여줍니다.
물리적 및 기계적 특성
중요: 기계적 값은 열처리, 단면 크기 및 테스트 방법에 따라 달라집니다. 아래 숫자는 엔지니어가 공급업체 데이터 시트 및 기술 핸드북에서 볼 수 있는 일반적인 범위입니다.
대표적인 기계적 특성(어닐링/담금질 및 템퍼링 예시)
| 조건 | 인장 강도(UTS) | 항복 강도(0.2% 증명) | 연신율(A%) | 브리넬 / 로크웰 |
|---|---|---|---|---|
| 어닐링(열간 압연, 라멜라 펄라이트) | ~550-700 MPa(80-101 ksi) | ~350-450 MPa(50-65 ksi) | 12-22% | ~220-260 HB |
| 담금질 및 템퍼링(일반적인 Q&T) | 800-1000 MPa(116-145 ksi) | 550-800 MPa(80-116 ksi) | 10-18% | 250-300 hb(≈ hrc 25-35) |
| 오일 담금질, 템퍼링(예시) | 최대 ~930-940 MPa의 UTS 보고 | 수율 ≈ 550-620 MPa 보고됨 | ~16% | BHN ≈ 248-269 보고. |
(MatWeb, AZoM 및 공급업체 데이터시트에서 통합된 데이터 - 계약 금액은 자재 인증서 사용). AZoM+1
일반적인 탄성 및 열 특성(엔지니어링 참조)
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탄성 계수: ≈ 200-210 GPa.
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밀도: ≈ 7.85g/cm³.
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열전도율 및 팽창은 다른 중탄소강과 거의 비슷합니다 - 열응력 계산은 핸드북을 참조하세요.
열처리 실습 및 처리 기간
일반적인 열처리 순서(실무 참고 사항)
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어닐링(가공용으로 제공된 경우): 820-860°C(1508-1580°F)로 가열한 후 천천히 냉각(퍼니스 냉각)하여 구형/라멜라 펄라이트를 생산하여 가공성이 우수한 펄라이트를 생산합니다.
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오스테나이트화(경화용): 단면 크기와 목표 경도에 따라 일반적인 오스테나이트화 범위는 810~860°C(1490~1580°F)입니다.
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Quench: 관통 경화에는 오일 담금질이 일반적이며, 더 큰 섹션에는 중단 냉각 또는 특수 담금질 일정이 필요할 수 있습니다. 공기 냉각은 아주 작은 부분을 제외하고는 완전한 경화를 위해 충분하지 않습니다.
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성질: 경도 목표에 따라 선택 - 강도와 인성의 균형을 맞추기 위해 400-600°C(752-1112°F) 사이의 템퍼링, 스트레스 완화를 위해 여러 템퍼를 사용할 수 있습니다.
일반적인 경도 대 성질(예시 가이드)
| 템퍼링 온도(°C) | 일반적인 HRC(대략) |
|---|---|
| 200 | 60-62 HRC(매우 높은 경도, 낮은 인성) |
| 300 | 55-58 HRC |
| 400 | 48-54 HRC |
| 500 | 38-46 HRC(균형 잡힌 인성/강도) |
| 600 | 30-38 HRC(높은 인성, 낮은 강도) |
(이는 단순화된 엔지니어링 목표이며 실제 값은 초기 미세 구조와 단면 크기에 따라 달라집니다.)
가공 및 성형 안내
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8740 어닐링 상태의 기계에서 가공성이 상당히 우수합니다(저합금 가공 표준에 비해 약 60-70%로 보고됨). 마감 가공은 어닐링 또는 템퍼링 상태에서 수행해야 하며, 완전히 경화된 상태에서의 무거운 성형은 권장하지 않습니다.
스트레스 완화 및 왜곡 제어
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8740은 고강도로 열처리되는 경우가 많으므로 치수 공차를 충족하고 균열을 방지하려면 열처리 전/후 가공 공차와 제어된 담금질 고정 장치가 매우 중요합니다. 치수 안정성을 위해 임계 이하 응력 완화 사이클과 템퍼링을 사용합니다.
다른 등급과의 비교
8740 대 4140
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니켈 함량: 8740에는 일반적으로 니켈(~0.4~0.7%)이 함유되어 있지만 4140에는 일반적으로 함유되어 있지 않습니다. 이 니켈은 탄소 및 Cr-Mo 수준이 비슷한 4140에 비해 8740의 인성을 향상시킵니다.
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경화성 및 열처리: 둘 다 Cr 및 Mo 수준이 비슷하지만 8740의 Ni가 동등한 강도 수준에서 더 나은 인성을 제공합니다. 많은 응용 분야에서 8740과 4140은 신중한 열처리 선택 후 교체할 수 있지만, 노치 인성 또는 항공우주 품질이 요구되는 경우 8740이 선호됩니다.
8740 대 4340
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4340은 Ni(≈1.65%) 및 Cr/Mo 함량이 높은 고강도 Ni-Cr-Mo 강으로, 4340은 더 높은 강도 수준에서 더 높은 인성을 달성하며 최고 성능 애플리케이션(랜딩 기어, 무거운 크랭크샤프트)에 자주 사용됩니다. 8740은 4340의 극한 강도가 필요하지 않은 중간 범위의 Ni-Cr-Mo 등급으로 간주할 수 있습니다.
8740을 선택해야 하는 경우
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항공기 품질 소재, Cr-Mo 합금보다 향상된 인성, 우수한 내피로성, 중대형 단면에 대한 안정적인 경화성 등 필요한 경우 8740을 선택하세요. 특정 기계적 또는 비용 절충이 필요한 경우 다른 등급(4140, 4340)을 선택하세요.
일반적인 애플리케이션 및 예시
일반적인 용도
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항공우주 및 항공기 패스너, 볼트, 엔진 부품(AMS/항공기 사양에 따라 공급되는 경우).
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샤프트, 액슬, 피스톤 로드, 기어 블랭크 및 고하중 핀.
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인성과 경화성이 요구되는 고강도 단조 볼트, 스터드 및 기계 부품.
디자인 노트
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피로에 민감한 부품(샤프트, 크랭크 핀)의 경우 표면 마감 제어, 샷 피닝 및 필렛 반경을 지정합니다. 8740의 우수한 내피로성은 표면 처리와 적절한 열처리가 구매 주문서에 명시되어 있을 때 완전히 실현됩니다.
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크기 중요: 큰 단면의 경우 경화성 구배가 발생할 수 있으므로 AMS/SAE 승인 테스트(경도 맵, 미세 구조 검사)의 사양을 확인하십시오. 담금질 속도 및 단조에 대한 ASTM/SAE 지침을 활용하세요.
사례 예시(일반적인 컴포넌트 사양)
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피스톤 로드는 8740으로 지정하여 가공을 위해 어닐링하고 황삭 가공한 다음 샷 피닝 및 최종 연삭을 통해 50-55 HRC로 담금질 및 템퍼링할 수 있습니다. 최종 조립 전에 자성 입자 검사(MPI) 또는 염료 침투제와 같은 NDE를 사용하여 표면 균열을 감지합니다.
조달, 표준 및 동등성
중요한 애플리케이션을 위해 8740을 조달할 때는 재료 품질과 추적성을 보장하기 위해 정확한 사양을 요구하세요.
공통 표준 및 명칭
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SAE/AISI 지정: 8740(UNS G87400).
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AMS/항공기 사양: 이 합금의 항공기 품질 바/단조/링에는 AMS 6322(및 AMS 6322 변종)가 사용됩니다. 항공우주 품질이 요구되는 구매 주문은 관련 AMS 개정판 또는 이에 상응하는 군용 사양을 참조해야 합니다.
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동등한 국제 성적: DIN 1.6546, UNI 40 NiCrMo2, 영국 BS Type 7은 일반적으로 거의 동등한 것으로 나열됩니다(하지만 항상 조성/공차 차이를 확인해야 합니다).
예측 가능한 결과를 얻기 위해 지정해야 할 사항
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정확한 화학물질 한도 및 허용 테스트(스펙트럼 분석 인증서, 경도 맵)
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배송 시 필수 조건(어닐링, 정규화, Q&T)
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열처리 인증서 및 열 번호 및 밀 테스트 보고서(MTR)에 대한 추적성.
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특히 항공우주 또는 안전이 중요한 부품에 대한 NDT 요구 사항(MPI, 초음파, 경도 테스트 및 미세 구조).
품질 관리, 비파괴 검사 및 야금학의 함정
주의해야 할 결함 모드
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부적절하게 지지된 부품 또는 지나치게 공격적인 담금질 스케줄로 인해 균열이 발생합니다.
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대형 단조품의 분리 및 밴딩 - 중요한 경우 공장의 미세 구조 허용 기준을 요청하세요.
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피로 수명을 줄여주는 함유 성분과 유황 핫스팟.
권장 품질 단계
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각 히트/로트에 대한 MTR 및 화학 분석이 필요합니다.
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중요 부품에 대한 경도 검사 및 전체 섹션 또는 단계별 섹션 경도 맵을 지정합니다.
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안전에 중요한 품목에는 NDT(MPI/UT)를 사용하고 조달 사양에 합격 기준을 요구합니다.
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항공우주 부품의 경우 해당되는 경우 AMS 인증 및 공급업체 NADCAP 또는 이에 상응하는 프로세스 승인을 요구합니다.
빠른 참조 표(편리한 엔지니어링 치트 시트)
표 A - 구성(짧은)
| C | Mn | Si | Cr | Ni | Mo |
|---|---|---|---|---|---|
| 0.38-0.43 | 0.75-1.00 | 0.15-0.35 | 0.40-0.60 | 0.40-0.70 | 0.20-0.30 |
표 B - 일반적인 기계식(어닐링 대 Q&T)
| 조건 | UTS(MPa) | 수율(MPa) | 신장 |
|---|---|---|---|
| Annealed | 550-700 | 350-450 | 12-22% |
| Q&T(일반) | 800-1000 | 550-800 | 10-18% |
(공급업체 및 자재 데이터베이스에서 집계한 값으로, 계약 수락 인증서를 통해 확인합니다.)
작업 현장 및 야금 전문가를 위한 실용적인 참고 사항
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예열 및 인터패스 제어: 8740 용접 시(일반적으로 일치하는 저수소 공정과 예열이 필요함) 필요에 따라 인터패스 온도를 제어하고 용접 후 열처리를 하는 용접 절차 사양(WPS)을 따르십시오.
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표면 처리: 피로 수명을 최대화하려면 신중한 야금학적 검토를 거친 후에만 샷 피닝, 질화(코어 경도와 호환되는 경우) 또는 침탄(침탄은 케이스 화학을 변화시킵니다)을 사용합니다.
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부식: 8740은 스테인리스가 아니므로 내식성을 위해 부식 노출이 심각한 경우 보호 코팅 또는 스테인리스 대체재를 고려하십시오.
자주 묻는 질문
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8740과 4140의 주요 차이점은 무엇인가요?
8740은 인성을 향상시키는 니켈을 함유하고 있으며, 4140은 니켈이 많이 함유되지 않은 Cr-Mo 등급입니다. 많은 부품의 경우 올바른 열처리로 교체할 수 있지만, 추가 인성 또는 항공기 품질 인증이 필요한 경우 8740이 선호됩니다. -
8740에는 어떤 표준이 적용되나요?
SAE/AISI 지정 8740(UNS G87400) 및 AMS 6322(및 그 개정판)와 같은 항공우주 표준이 일반적으로 사용됩니다. 항공우주용 소싱 시 특정 AMS 개정판을 확인하세요. -
8740을 유도 경화할 수 있나요?
예 - 작은 섹션은 인덕션으로 표면 경화가 가능하지만 표면 균열을 방지하기 위해 공정 파라미터를 조정해야 하며, 경도와 인성의 균형을 맞추기 위해 후속 템퍼링이 필요합니다. -
담금질 및 템퍼링 후 어떤 경도를 얻을 수 있습니까?
일반적인 Q&T 경도는 템퍼 온도에 따라 HRC ~25에서 >55까지 다양하며, 일반적으로 강도와 인성의 균형을 위해 HRC 25-35 범위의 강력한 엔지니어링 타겟을 사용합니다. -
8740은 단조품에 적합합니까?
예, 8740은 일반적으로 고하중 부품용 단조 봉강 및 링으로 공급되며, 항공우주용 변형은 단조 제어 기능이 있는 AMS 표준에 따라 생산됩니다. -
중요한 샤프트에는 어떤 열처리가 권장되나요?
820~860°C 범위에서 오스테나이트 처리, 오일 담금질, 필요한 인성에 따라 450~550°C에서 템퍼링, 최종 응력 완화 및 샷 피닝은 피로 수명을 위해 일반적으로 사용됩니다. -
8740을 용접할 수 있나요?
용접은 가능하지만 균열을 방지하기 위해 예열, 적절한 저수소 필러 금속 사용, 그리고 종종 용접 후 열처리(PWHT)가 필요합니다. 용접은 국부적으로 특성에 영향을 미치므로 응력이 높거나 피로도가 높은 부위에서는 가급적 용접을 피하세요. -
항공우주 부품에는 어떤 검사가 필요합니까?
조달 문서에 명시된 대로 AMS 인증서, 전체 화학 분석, 경도 매핑 및 NDT(MPI 또는 UT)를 요청하고, 중요 공급업체의 경우 NADCAP 승인 프로세스를 선호합니다. -
8740은 내식성이 있나요?
아니요, 스테인리스가 아닙니다. Cr/Ni 함량으로 인해 일반 탄소강에 비해 적당한 저항력을 갖지만 거친 환경에서는 코팅 또는 부식 방지 처리가 필요합니다. -
8740을 가장 많이 사용하는 산업은 무엇인가요?
항공우주, 중장비, 석유 및 가스 장비(높은 인성 및 피로 수명이 필요한 경우), 자동차 성능 부품 및 일반 산업용 샤프트/패스트너.
조달 지원 사양 스니펫
"재질: AMS 6322(또는 구매자가 지정한 AMS 개정)에 따라 생산된 AISI 8740(UNS G87400). AMS 제한을 충족하는 화학 성분. 배송 시 상태: 구매자의 도면에 따라 어닐링 또는 담금질 및 템퍼링. 필수 서류: MTR(밀 테스트 보고서), 경도 맵, MPI(또는 UT) 보고서, 열 번호로 추적 가능한 적합성 인증서."
애플리케이션 중요도에 따라 경도, 미세 구조 및 NDT에 대한 명시적인 허용 기준을 포함하세요.
최종 엔지니어링 판단
8740은 Cr-Mo강과 고합금 NiCrMo강 사이의 유용한 중간 지점을 차지하는 성숙하고 잘 문서화되어 있는 합금강입니다. 니켈로 강화된 인성과 Cr-Mo 경화성의 조합으로 인성과 신뢰성 있는 관통 경화가 모두 필요하고 항공기 또는 고신뢰성 사양이 중요한 부품에 특히 적합합니다. 합금의 이점을 활용하고 야금학적 함정을 피하려면 AMS/SAE 표준, 열처리 및 NDE의 올바른 사양이 필수적입니다.
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