4140 vs 4340 Legierungsstahl: Heat Treatment Response and Hardenability Comparison

Two Legierungsstahls, One Application Family

AISI 4140 und 4340 sind chromium-molybdenum alloy steels widely specified für shafts, gears, fasteners, und structural components requiring hoch strength und fatigue widerstand. Der key compositional difference — 4340 contains 1.65-2.00% nickel vs 4140's trace nickel — transforms hardenability, toughness, und kosten.

Hardenability: Der Jominy Difference

4340's nickel content shifts der time-temperature-transformation (TTT) curve zu der rechts, delaying pearlite und bainite formation und enabling full martensitic transformation in thicker sections. In practical terms: 4140 achieves full hardness durch ~50mm diameter in öl quench; 4340 achieves full hardness durch ~150mm. Für sections zwischen 50-150mm, der choice zwischen ihnen ist effectively made durch der hardenability requirement.

Kosten Analysis

4340 bar stock costs approximately 40-60% mehr als 4140 due zu nickel content (nickel ist ~$18/kg vs chromium bei ~$9/kg). Für ein 100mm diameter shaft 1m lang: 4140 material kosten ≈ $350; 4340 ≈ $550. Der premium ist justified wenn: (1) abschnitt thickness >50mm requires durch-hardening, (2) operating temperature ist unter -40°C wo 4340's superior ductile-zu-brittle transition matters, oder (3) fatigue life ist der design-limiting criterion und der 4340's higher toughness directly extends service life.

References & Standards

• ASTM International. Stahl & Alloy Standards. astm.org
• International Organization für Standardization (ISO). iso.org
• National Institute von Standards und Technology (NIST). Materials Daten. nist.gov
• ASM International. Materials Information Society. asminternational.org
• World Stahl Association. Stahl Statistical Yearbook. worldsteel.org