SAE 4140 – UNS G41400
Niedriglegierter Chrom-Molybdän-Stahl zum Vergüten
Kohlenstoffmittelhaltiger Cr-Mo-Stahl, ölhärtbar, geglüht oder vergütet geliefert. Er verbindet gute mechanische Festigkeit, Zähigkeit und Ermüdungsfestigkeit in mittleren Querschnitten. Er ist der Grundwerkstoff für Wellen, Schmiedestücke der Öl- und Gasindustrie (API 6A) und Schrauben nach ASTM A193 B7.
Bezeichnungen und Entsprechungen
| System | Bezeichnung |
|---|---|
| UNS | G41400 |
| W.Nr./EN | 42CrMo4 – 1.7225 (EN ISO 683-2) |
| DIN | 42CrMo4 |
| JIS | SCM440 |
| Handelsnamen | 4140, 42CrMo4, Gerdau/Villares 4140 |
| Weitere | ABNT 4140; GB 42CrMo; ASTM A193 B7 Schrauben (4140/4142-Typ-Zusammensetzung) |
Normen nach Lieferform
| Form | Norm |
|---|---|
| Stab (Zusammensetzung) | SAE J404 / ASTM A29 / ABNT NBR NM 87 |
| Vergüteter Stab | ASTM A434 (Klassen BB, BC, BD) |
| Schmiedestück | ASTM A668 / API 6A (75K) nach Kundenspezifikation |
| Mechanische Rohre | ASTM A519 |
| Blech | ASTM A829 |
| Schrauben | ASTM A193 B7 / B7M; A320 L7 / L7M; Muttern A194 2H / 2HM / 4 / 7 |
Toleranzen und Zolltarifnummern
- Geschmiedete Stäbe (rund und vierkant): Bearbeitungszugabe von 2 mm (Ø 6–16 mm) bis 24 mm (Ø 400–500 mm) auf den Durchmesser. Z. B. fertig Ø 100–125 mm: +7 mm, Toleranz +6 / −0 (Länge bis 3.500 mm).
- Geschmiedete Scheiben: Zugabe von 4 bis 9 mm auf den Durchmesser und 3 bis 11 mm auf die Höhe, nur positive Toleranz.
- Zuschnitt und Zerspanung: Bandsäge −0 / +5 bis +15 mm auf die Länge; Wasserstrahl +10 % der Dicke auf den Durchmesser (mind. 2 mm); zerspante Teile −0 / +2 bis +5 mm auf den Durchmesser. Vollständige Tabellen ansehen (INF 002 und INF 003, für alle Legierungen gleich).
| Form | NCM (Brasilien, 8 Stellen) | HS (international, 6 Stellen) | HTS (USA, 10 Stellen)* | KN (Europäische Union, 8 Stellen)* |
|---|---|---|---|---|
| Geschmiedeter Stab | 7228.40.00 | 7228.40 | 7228.40.0000 | 7228 40 90 |
| Warmgewalzter Stab | 7228.30.00 | 7228.30 | 7228.30.8041 | 7228 30 61 |
| Blech (> 10 mm, Breite ≥ 600 mm) | 7225.40.90 | 7225.40 | 7225.40.3050 | 7225 40 40 |
| Nahtloses Rohr | 7304.19.00 | 7304.19 | 7304.19.5050 | 7304 19 10 |
| Geschweißtes Rohr | 7306.19.00 | 7306.19 | 7306.19.5150 | 7306 19 00 |
| Flansch und Fitting | 7307.91.00 | 7307.91 | 7307.91.5030 | 7307 91 00 |
Zolltarifklasse: legierter Stahl (nach chemischer Zusammensetzung, gemäß den Anmerkungen zu Kapitel 72 und Anmerkung 5 zu Abschnitt XV).
Rohr: 7304.19 und 7306.19 sind Leitungsrohre für Öl- und Gaspipelines; Kessel-, Wärmeübertrager- oder Prozessrohre gehören zu 7304.39/7304.59 (nahtlos) und 7306.30/7306.50 (geschweißt).
*: US- und EU-Codes zur Orientierung. NCM nach geltendem Recht (Allgemeine Vorschriften für die Auslegung, Anmerkungen zu den Kapiteln 72, 74 und 75 sowie Anmerkung 5 zu Abschnitt XV). Bestätigen Sie den endgültigen Code mit Ihrem Zollagenten anhand von Größe und Ausführung des Artikels. HS = die ersten 6 Stellen der NCM.
Chemische Zusammensetzung (%)
SAE J404 / ASTM A29
| Element | Bereich (%) |
|---|---|
| C | 0,38 – 0,43 |
| Mn | 0,75 – 1,00 |
| P | ≤ 0,035 |
| S | ≤ 0,040 |
| Si | 0,15 – 0,35 |
| Cr | 0,80 – 1,10 |
| Mo | 0,15 – 0,25 |
| Fe | Rest |
Kohlenstoffäquivalent von SAE 4140 für das Schweißen berechnen →
Mechanische Eigenschaften
Vergütet, Querschnitt Ø 40–100 mm (EN 10083-3 / ISO 683-2, 42CrMo4 +QT); die Eigenschaften nehmen mit wachsendem Querschnitt ab
| Eigenschaft | Wert |
|---|---|
| Streckgrenze | ≥ 650 MPa |
| Zugfestigkeit | 900 – 1.100 MPa |
| Bruchdehnung | ≥ 12 % |
| Charpy V (20 °C) | ≥ 35 J |
| Härte, vergütet (handelsüblich) | ≈ 28 – 34 HRC (typisch) |
| Härte, geglüht | ≤ 241 HB |
Typische physikalische Eigenschaften
| Eigenschaft | Wert |
|---|---|
| Dichte | 7,85 g/cm³ |
| Schmelzbereich | ≈ 1.415 – 1.500 °C |
| Elastizitätsmodul | ≈ 205 GPa |
| Wärmeleitfähigkeit (20 °C) | ≈ 42 W/m·K |
| Wärmeausdehnung (20–100 °C) | ≈ 12,2 µm/m·K |
Wärmebehandlung, Schweißen und Zerspanung
| Punkt | Übliche Praxis |
|---|---|
| Einsatztemperatur | Bis ≈ 400–450 °C ohne wesentlichen Eigenschaftsverlust (stets unterhalb der Anlasstemperatur); B7 bis ≈ 450 °C. Für H2S auf ≤ 22 HRC begrenzen (NACE MR0175/ISO 15156). |
| Wärmebehandlung | Glühen 820–850 °C, langsame Ofenabkühlung. Normalisieren 870–900 °C an Luft. Härten: Austenitisieren 840–870 °C, Öl oder Polymer. Anlassen 540–680 °C je nach gewünschter Härte (250–400 °C vermeiden, Versprödungsbereich). Eignet sich zum Nitrieren sowie zum Induktions- und Flammhärten. |
| Schweißen | Eingeschränkte Schweißeignung (hohes CE): Vorwärmen 200–320 °C, wasserstoffarme Elektroden AWS E8018-B2 / E9018-D1 oder E11018-M je nach erforderlicher Festigkeit, kontrollierte Zwischenlagentemperatur und Spannungsarmglühen/Anlassen unmittelbar nach dem Schweißen. Schweißen im vergüteten Zustand ohne qualifiziertes Verfahren vermeiden. |
| Zerspanung | Gut im geglühten Zustand (≈ 65 % von 1212); vergütet (28–32 HRC) mit Hartmetall zerspanbar. |
Freiformschmiedestück aus SAE 4140 planen: Umformgrad, Schlankheit und die zu liefernde Materialmenge →Zuschnittplan des Blocks oder Stabs simulieren →
Schweißzusatz zum Schweißen
Die Drahtzusammensetzung ist meist nicht mit dem Werkstoff identisch: Jede Seite erklärt, warum.
Typische Anwendungen
- Wellen, Spindeln und Achswellen
- Schmiedestücke der Öl- und Gasindustrie (Gehäuse, Hauben, Aufhänger – API 6A 75K)
- Stiftschrauben und Schrauben ASTM A193 B7 / B7M und A320 L7 (auch für Petrobras)
- Vergütete oder nitrierte Zahnräder und Ritzel
- Pleuel, Kurbelwellen und Spinnen
- Bohrwerkzeuge und Übergangsstücke (Schwerstangen, Verbindungen)
- Formen und Formplatten
- Kettenbolzen und Gelenke von Schwermaschinen
Alternativen: SAE 4340 für große Querschnitte oder höhere Zähigkeit; 4130 für bessere Schweißeignung; 4145H/modifiziertes 4145 für Schwerstangen; 8550 (34CrAlNi7), wenn eine nitrierte Oberfläche > 900 HV verlangt wird.
SAE 4140: vollständiger Leitfaden
Mittelkohlenstoffhaltiger legierter Stahl, kein Kohlenstoffstahl
4140 ist ein niedriglegierter Chrom-Molybdän-Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt (C 0,38 – 0,43 %). Deshalb wird er auch Cr-Mo-Stahl genannt. Chrom und Molybdän erhöhen die Härtbarkeit, also die Tiefe, bis zu der das Abschrecken im Teil wirkt. Mangan unterstützt die Härtbarkeit und wirkt als Desoxidationsmittel. Das Chrom mit knapp 1 % macht den Stahl nicht nichtrostend: In feuchter Umgebung braucht das Teil Öl, Lack, Nitrieren oder eine andere Beschichtung.
Warum er in Schmiedestücken so verbreitet ist
4140 lässt sich gut schmieden und reagiert vorhersehbar auf Vergüten. Vergütet widersteht er Stößen, Ermüdung und Verformung; deshalb ist er der Grundwerkstoff für Wellen, Pleuel, Bolzen und geschmiedete Gehäuse. Die Endfestigkeit hängt vom Anlassen und vom Querschnitt ab: Je größer der Querschnitt, desto geringer die Festigkeit im Kern. Für große Querschnitte hat SAE 4340 mehr Härtbarkeit.
Glühen und Zerspanen
Schmieden, Walzen und Schweißen hinterlassen Spannungen und ungleichmäßige Härte. Glühen bei 820 – 850 °C mit langsamer Ofenabkühlung homogenisiert das Gefüge und senkt die Härte auf höchstens 241 HB. In diesem Zustand lässt sich 4140 gut zerspanen. Vergütet (28 – 32 HRC) wird er mit Hartmetall zerspant. Dustre führt Glühen, Härten und Anlassen in eigenen Öfen im Rahmen der Wärmebehandlung durch.
4140 für Stiftschrauben und Schrauben von Petrobras („4140 PET“)
In Bestellungen für Stiftschrauben und Gewindestangen für Petrobras erscheint 4140 mitunter als „4140 PET“*. Diese Bezeichnung ist nicht genormt: Den Werkstoff bestimmt die ASTM-Schraubenspezifikation. Die Lieferanforderungen für Schrauben von Flanschverbindungen verweisen auf ASTM A193, A194, A320, A370 und A962, und 4140 ist die chemische Basis der Sorten B7, B7M, L7 und L7M.
- A193 B7 (−48 bis 540 °C): vergüteter Cr-Mo-Stahl. Bis Ø 2½": Zugfestigkeit ≥ 860 MPa (125 ksi) und Streckgrenze ≥ 724 MPa (105 ksi); Ø 2⅝ – 4": ≥ 795 / 655 MPa; Ø 4⅛ – 7": ≥ 690 / 515 MPa. Max. Härte 321 HBW / 35 HRC. Mutter A194 2H.
- A193 B7M (−48 bis 350 °C): derselbe Stahl, angelassen bei ≥ 620 °C, max. Härte 235 HBW / 99 HRB, an 100 % der Teile geprüft, Zugfestigkeit ≥ 690 MPa (100 ksi). Es ist die Option für H2S-Betrieb (NACE MR0175 / MR0103). Mutter A194 2HM.
- A320 L7 (−100 bis 250 °C): vergüteter 4140 für tiefe Temperatur, gleiche Zugeigenschaften wie B7 bis Ø 2½" und Charpy ≥ 27 J (20 ft·lbf) bei −101 °C. Mutter A194 Sorte 4 oder 7.
Übliche Einkaufsanforderungen: gewalzte Gewinde (nicht geschnitten); Spannungsarmglühen 55 °C unter der Anlasstemperatur, wenn die Gewinde nach der Wärmebehandlung gewalzt werden; keine Beschichtung, sofern nicht Zink-Nickel (ASTM B841) mit Entwasserstoffung (ASTM B850) bestellt wird; keine Verzinkung oberhalb von 200 °C. Es gelten die Petrobras-Norm für Flansch-Stiftschrauben und -Muttern (N-2796*) und die aktuelle Bestellanforderung. Für Durchmesser über 2½" bei tiefer Temperatur siehe 4340 (A320 L43).
Häufig gestellte Fragen
Wie ist die chemische Zusammensetzung von SAE 4140?
Nach SAE J404 / ASTM A29: C 0,38 – 0,43; Mn 0,75 – 1,00; P ≤ 0,035; S ≤ 0,040; Si 0,15 – 0,35; Cr 0,80 – 1,10.
Welche Normen gelten für SAE 4140?
Stab (Zusammensetzung): SAE J404 / ASTM A29 / ABNT NBR NM 87. Vergüteter Stab: ASTM A434 (Klassen BB, BC, BD). Schmiedestück: ASTM A668 / API 6A (75K) nach Kundenspezifikation. Mechanische Rohre: ASTM A519. Blech: ASTM A829. Schrauben: ASTM A193 B7 / B7M; A320 L7 / L7M; Muttern A194 2H / 2HM / 4 / 7.
Bis zu welcher Temperatur kann SAE 4140 eingesetzt werden?
Bis ≈ 400–450 °C ohne wesentlichen Eigenschaftsverlust (stets unterhalb der Anlasstemperatur); B7 bis ≈ 450 °C. Für H2S auf ≤ 22 HRC begrenzen (NACE MR0175/ISO 15156).
Welche Werkstoffe können SAE 4140 ersetzen?
SAE 4340 für große Querschnitte oder höhere Zähigkeit; 4130 für bessere Schweißeignung; 4145H/modifiziertes 4145 für Schwerstangen; 8550 (34CrAlNi7), wenn eine nitrierte Oberfläche > 900 HV verlangt wird.
Ist 4140 ein Kohlenstoffstahl?
Nein. Es ist ein niedriglegierter Stahl mit mittlerem Kohlenstoffgehalt, mit 0,38 – 0,43 % C, 0,80 – 1,10 % Cr und 0,15 – 0,25 % Mo (SAE J404 / ASTM A29). Chrom und Molybdän verleihen die Härtbarkeit, die einfachem Kohlenstoffstahl fehlt.
Ist 4140-Stahl schweißbar?
Mit Einschränkungen. Das hohe Kohlenstoffäquivalent (≈ 0,78) erfordert Vorwärmen auf 200 – 320 °C, eine wasserstoffarme Elektrode, kontrollierte Zwischenlagentemperatur und Spannungsarmglühen oder Anlassen unmittelbar nach dem Schweißen.
Ist 4140 korrosionsbeständig?
Nicht wie ein nichtrostender Stahl. Das Chrom in 4140 liegt bei knapp 1 % und bildet keine Passivschicht. In feuchter Umgebung braucht das Teil Schutz: Öl, Lack, Nitrieren oder Beschichtung.
Was ist der Unterschied zwischen 4140 und 4340?
4340 hat 1,65 – 2,00 % Nickel und eine größere Härtbarkeit. Für dieselbe Referenz (Ø 40 – 100 mm, vergütet) hat 34CrNiMo6 eine Streckgrenze ≥ 800 MPa gegenüber ≥ 650 MPa bei 42CrMo4. 4140 in mittleren Querschnitten verwenden und 4340 in großen Querschnitten oder wenn der Kern mehr Zähigkeit braucht.
Was ist 4140-PET-Stahl?
Es ist die in Bestellungen verwendete Bezeichnung für 4140, das für Flansch-Stiftschrauben und -Schrauben von Petrobras bestimmt ist*. Es ist keine genormte Bezeichnung: Der Werkstoff ist nach der Schraubenspezifikation zu bestellen, meist ASTM A193 B7 (B7M für H2S, A320 L7 für tiefe Temperatur), mit Muttern A194 2H, 2HM oder 7 und den Anforderungen des Lieferverfahrens (gewalzte Gewinde, Härte, Zeugnis 3.1).
Wo kann man SAE 4140 in Brasilien kaufen?
Dustre liefert SAE 4140 als Stab, Blech, Rohr, Block sowie als geschmiedete oder zerspante Teile, vorbehaltlich der Verfügbarkeit und mit Qualitätszeugnis. Hauptsitz in Osasco/SP, Niederlassungen in Joinville/SC und Baixo Guandu/ES, Lieferung in ganz Brasilien. Für ein Angebot schreiben Sie Helena, unserer Assistentin, per WhatsApp unter +55 11 98649-0075 oder an [email protected].
