SAE 4140 – UNS G41400
Acier faiblement allié au chrome-molybdène pour trempe et revenu
Acier Cr-Mo à carbone moyen, trempant à l'huile, fourni recuit ou trempé et revenu. Il associe bonne résistance mécanique, ténacité et tenue en fatigue dans les sections moyennes. C'est la base des arbres, des pièces forgées pour le pétrole et le gaz (API 6A) et de la boulonnerie ASTM A193 B7.
Désignations et équivalences
| Système | Désignation |
|---|---|
| UNS | G41400 |
| W.Nr./EN | 42CrMo4 – 1.7225 (EN ISO 683-2) |
| DIN | 42CrMo4 |
| JIS | SCM440 |
| Appellations commerciales | 4140, 42CrMo4, Gerdau/Villares 4140 |
| Autres | ABNT 4140; GB 42CrMo; ASTM A193 B7 boulonnerie (composition de type 4140/4142) |
Normes par forme de produit
| Forme | Norme |
|---|---|
| Barre (composition) | SAE J404 / ASTM A29 / ABNT NBR NM 87 |
| Barre trempée et revenue | ASTM A434 (classes BB, BC, BD) |
| Pièce forgée | ASTM A668 / API 6A (75K) selon la spécification du client |
| Tubes pour usage mécanique | ASTM A519 |
| Tôle | ASTM A829 |
| Boulonnerie | ASTM A193 B7 / B7M; A320 L7 / L7M; écrous A194 2H / 2HM / 4 / 7 |
Tolérances et codes SH
- Barres forgées (rondes et carrées) : surépaisseur d'usinage de 2 mm (Ø 6–16 mm) à 24 mm (Ø 400–500 mm) sur le diamètre. Ex. : Ø 100–125 mm fini : +7 mm, tolérance +6 / −0 (longueur jusqu'à 3.500 mm).
- Disques forgés : surépaisseur de 4 à 9 mm sur le diamètre et de 3 à 11 mm sur la hauteur, tolérance en plus uniquement.
- Découpe et usinage : scie à ruban −0 / +5 à +15 mm en longueur ; jet d'eau +10 % de l'épaisseur sur le diamètre (min. 2 mm) ; pièces usinées −0 / +2 à +5 mm sur le diamètre. Voir les tableaux complets (INF 002 et INF 003, identiques pour tous les alliages).
| Forme | NCM (Brésil, 8 chiffres) | SH (international, 6 chiffres) | HTS (États-Unis, 10 chiffres)* | NC (Union européenne, 8 chiffres)* |
|---|---|---|---|---|
| Barre forgée | 7228.40.00 | 7228.40 | 7228.40.0000 | 7228 40 90 |
| Barre laminée à chaud | 7228.30.00 | 7228.30 | 7228.30.8041 | 7228 30 61 |
| Tôle (> 10 mm, largeur ≥ 600 mm) | 7225.40.90 | 7225.40 | 7225.40.3050 | 7225 40 40 |
| Tube sans soudure | 7304.19.00 | 7304.19 | 7304.19.5050 | 7304 19 10 |
| Tube soudé | 7306.19.00 | 7306.19 | 7306.19.5150 | 7306 19 00 |
| Bride et raccord | 7307.91.00 | 7307.91 | 7307.91.5030 | 7307 91 00 |
Classe tarifaire : acier allié (selon la composition chimique, conformément aux Notes du Chapitre 72 et à la Note 5 de la Section XV).
Tube : 7304.19 et 7306.19 correspondent aux tubes de conduite pour oléoducs et gazoducs ; les tubes de chaudière, d'échangeur de chaleur ou de procédé relèvent de 7304.39/7304.59 (sans soudure) et de 7306.30/7306.50 (soudés).
* : codes américains et européens à titre indicatif. NCM selon la législation en vigueur (Règles générales pour l'interprétation, Notes des Chapitres 72, 74 et 75 et Note 5 de la Section XV). Confirmez le code définitif auprès de votre transitaire en douane selon la taille et la finition de l'article. SH = 6 premiers chiffres de la NCM.
Composition chimique (%)
SAE J404 / ASTM A29
| Élément | Plage (%) |
|---|---|
| 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 | reste |
Calculer le carbone équivalent de SAE 4140 pour le soudage →
Propriétés mécaniques
Trempé et revenu, section Ø 40–100 mm (EN 10083-3 / ISO 683-2, 42CrMo4 +QT) ; les propriétés diminuent quand la section augmente
| Propriété | Valeur |
|---|---|
| Limite d'élasticité | ≥ 650 MPa |
| Résistance à la traction | 900 – 1.100 MPa |
| Allongement | ≥ 12 % |
| Résilience Charpy V (20 °C) | ≥ 35 J |
| Dureté, trempé et revenu (commercial) | ≈ 28 – 34 HRC (typique) |
| Dureté, recuit | ≤ 241 HB |
Propriétés physiques typiques
| Propriété | Valeur |
|---|---|
| Masse volumique | 7,85 g/cm³ |
| Plage de fusion | ≈ 1.415 – 1.500 °C |
| Module d'élasticité | ≈ 205 GPa |
| Conductivité thermique (20 °C) | ≈ 42 W/m·K |
| Dilatation thermique (20–100 °C) | ≈ 12,2 µm/m·K |
Calculer le poids de la barre, de la tôle ou du tube en SAE 4140 →
Traitement thermique, soudage et usinage
| Élément | Pratique courante |
|---|---|
| Température de service | Jusqu'à ≈ 400–450 °C sans perte notable de propriétés (toujours en dessous de la température de revenu) ; B7 jusqu'à ≈ 450 °C. Pour l'H2S, limiter à ≤ 22 HRC (NACE MR0175/ISO 15156). |
| Traitement thermique | Recuit 820–850 °C, refroidissement lent au four. Normalisation 870–900 °C à l'air. Trempe : austénitisation 840–870 °C, huile ou polymère. Revenu 540–680 °C selon la dureté voulue (éviter 250–400 °C, plage de fragilisation). Admet la nitruration, la trempe par induction et à la flamme. |
| Soudage | Soudabilité limitée (CE élevé) : préchauffage 200–320 °C, électrodes à bas hydrogène AWS E8018-B2 / E9018-D1 ou E11018-M selon la résistance requise, température entre passes contrôlée et détensionnement/revenu immédiatement après le soudage. Éviter de souder à l'état trempé et revenu sans procédure qualifiée. |
| Usinage | Bonne à l'état recuit (≈ 65 % du 1212) ; trempé et revenu (28–32 HRC), usinable au carbure. |
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Métal d'apport pour le soudage
La composition du fil n'est généralement pas identique à celle du matériau : chaque page explique pourquoi.
Applications typiques
- Arbres, broches et essieux
- Pièces forgées pour le pétrole et le gaz (corps, chapeaux, suspensions – API 6A 75K)
- Goujons et boulons ASTM A193 B7 / B7M et A320 L7 (y compris pour la Petrobras)
- Engrenages et pignons trempés et revenus ou nitrurés
- Bielles, vilebrequins et croisillons
- Outils et raccords de forage (masses-tiges, connexions)
- Moules et porte-moules
- Axes et articulations de chenilles d'engins lourds
Alternatives : SAE 4340 pour les grandes sections ou une plus grande ténacité ; 4130 pour une meilleure soudabilité ; 4145H/4145 modifié pour les masses-tiges ; 8550 (34CrAlNi7) lorsqu'une surface nitrurée > 900 HV est requise.
SAE 4140 : guide complet
Acier allié à carbone moyen, pas acier au carbone
Le 4140 est un acier faiblement allié au chrome-molybdène à carbone moyen (C 0,38 – 0,43 %). C'est pourquoi on l'appelle aussi acier Cr-Mo. Le chrome et le molybdène augmentent la trempabilité, c'est-à-dire la profondeur atteinte par la trempe dans la pièce. Le manganèse aide la trempabilité et agit comme désoxydant. Le chrome, proche de 1 %, ne rend pas l'acier inoxydable : en milieu humide, la pièce a besoin d'huile, de peinture, de nitruration ou d'un autre revêtement.
Pourquoi il est si utilisé en forge
Le 4140 se forge bien et répond de façon prévisible à la trempe et au revenu. Trempé et revenu, il résiste aux chocs, à la fatigue et à la déformation, ce qui en fait la base des arbres, bielles, axes et corps forgés. La résistance finale dépend du revenu et de la section : plus la section est grande, plus la résistance à cœur est faible. Pour les grandes sections, le SAE 4340 offre plus de trempabilité.
Recuit et usinage
Le forgeage, le laminage et le soudage laissent des contraintes et une dureté inégale. Le recuit à 820 – 850 °C, avec refroidissement lent au four, homogénéise la structure et abaisse la dureté à 241 HB au maximum. Dans cet état, le 4140 s'usine bien. Trempé et revenu (28 – 32 HRC), il s'usine au carbure. Dustre réalise le recuit, la trempe et le revenu dans ses propres fours, dans le cadre de son service de traitement thermique.
4140 pour goujons et boulons Petrobras (« 4140 PET »)
Dans les commandes de goujons et de tiges filetées pour la Petrobras, le 4140 apparaît parfois sous le nom « 4140 PET »*. Ce nom n'est pas une désignation normalisée : ce qui définit le matériau, c'est la spécification ASTM de boulonnerie. Les exigences de fourniture de la boulonnerie de joints à brides font appel aux ASTM A193, A194, A320, A370 et A962, et le 4140 est la base chimique des nuances B7, B7M, L7 et L7M.
- A193 B7 (−48 à 540 °C) : Cr-Mo trempé et revenu. Jusqu'à Ø 2½" : traction ≥ 860 MPa (125 ksi) et limite d'élasticité ≥ 724 MPa (105 ksi) ; Ø 2⅝ – 4" : ≥ 795 / 655 MPa ; Ø 4⅛ – 7" : ≥ 690 / 515 MPa. Dureté max. 321 HBW / 35 HRC. Écrou A194 2H.
- A193 B7M (−48 à 350 °C) : même acier, revenu à ≥ 620 °C, dureté max. 235 HBW / 99 HRB contrôlée sur 100 % des pièces, traction ≥ 690 MPa (100 ksi). C'est l'option pour le service H2S (NACE MR0175 / MR0103). Écrou A194 2HM.
- A320 L7 (−100 à 250 °C) : 4140 trempé et revenu pour basse température, mêmes propriétés de traction que le B7 jusqu'à Ø 2½" et Charpy ≥ 27 J (20 ft·lbf) à −101 °C. Écrou A194 grade 4 ou 7.
Exigences d'achat habituelles : filets roulés (non taillés) ; détensionnement à 55 °C sous la température de revenu lorsque les filets sont roulés après traitement thermique ; pas de revêtement, sauf si l'on commande du zinc-nickel (ASTM B841) avec traitement contre la fragilisation par l'hydrogène (ASTM B850) ; pas de revêtement de zinc au-dessus de 200 °C. La norme Petrobras pour goujons et écrous de brides (N-2796*) et la demande d'achat en vigueur prévalent. Pour les diamètres supérieurs à 2½" à basse température, voir le 4340 (A320 L43).
Questions fréquentes
Quelle est la composition chimique de SAE 4140 ?
Selon 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.
Quelles normes couvrent SAE 4140 ?
Barre (composition): SAE J404 / ASTM A29 / ABNT NBR NM 87. Barre trempée et revenue: ASTM A434 (classes BB, BC, BD). Pièce forgée: ASTM A668 / API 6A (75K) selon la spécification du client. Tubes pour usage mécanique: ASTM A519. Tôle: ASTM A829. Boulonnerie: ASTM A193 B7 / B7M; A320 L7 / L7M; écrous A194 2H / 2HM / 4 / 7.
Jusqu'à quelle température SAE 4140 peut-il être utilisé ?
Jusqu'à ≈ 400–450 °C sans perte notable de propriétés (toujours en dessous de la température de revenu) ; B7 jusqu'à ≈ 450 °C. Pour l'H2S, limiter à ≤ 22 HRC (NACE MR0175/ISO 15156).
Quels matériaux peuvent remplacer SAE 4140 ?
SAE 4340 pour les grandes sections ou une plus grande ténacité ; 4130 pour une meilleure soudabilité ; 4145H/4145 modifié pour les masses-tiges ; 8550 (34CrAlNi7) lorsqu'une surface nitrurée > 900 HV est requise.
Le 4140 est-il un acier au carbone ?
Non. C'est un acier faiblement allié à carbone moyen, avec 0,38 – 0,43 % de C, 0,80 – 1,10 % de Cr et 0,15 – 0,25 % de Mo (SAE J404 / ASTM A29). Le chrome et le molybdène donnent la trempabilité qui manque à l'acier au carbone ordinaire.
L'acier 4140 est-il soudable ?
Avec des restrictions. Le carbone équivalent élevé (≈ 0,78) exige un préchauffage de 200 – 320 °C, une électrode à bas hydrogène, une température entre passes contrôlée et un détensionnement ou un revenu immédiatement après le soudage.
Le 4140 résiste-t-il à la corrosion ?
Pas comme un acier inoxydable. Le chrome du 4140 est proche de 1 % et ne forme pas de couche passive. En milieu humide, la pièce doit être protégée : huile, peinture, nitruration ou revêtement.
Quelle est la différence entre le 4140 et le 4340 ?
Le 4340 contient 1,65 – 2,00 % de nickel et une trempabilité supérieure. Pour la même référence (Ø 40 – 100 mm, trempé et revenu), le 34CrNiMo6 a une limite d'élasticité ≥ 800 MPa, contre ≥ 650 MPa pour le 42CrMo4. Utiliser le 4140 en sections moyennes et le 4340 en grandes sections ou lorsque le cœur doit être plus tenace.
Qu'est-ce que l'acier 4140 PET ?
C'est le nom utilisé dans les commandes pour le 4140 destiné aux goujons et boulons de brides de la Petrobras*. Ce n'est pas une désignation normalisée : le matériau doit être commandé selon la spécification de boulonnerie, généralement ASTM A193 B7 (B7M pour l'H2S, A320 L7 pour les basses températures), avec des écrous A194 2H, 2HM ou 7 et les exigences de la procédure de fourniture (filets roulés, dureté, certificat 3.1).
Où acheter SAE 4140 au Brésil ?
Dustre fournit SAE 4140 en barres, tôles, tubes, blocs et pièces forgées ou usinées, selon disponibilité, avec certificat de qualité. Siège à Osasco, SP (Brésil), filiales à Joinville (SC) et Baixo Guandu (ES), avec livraison dans tout le Brésil. Pour un devis, écrivez à Helena, notre assistante sur WhatsApp au +55 11 98649-0075, ou à [email protected].
