SAE5140合金结构钢热处理工艺 具有良好的性价比常用于哪些领域

SAE 5140 合金结构钢（铬中碳合金钢）详解

SAE 5140 是美国汽车工程师协会（SAE）标准中的一种中碳铬合金结构钢，具有良好的强度、韧性和淬透性平衡，是机械制造、汽车零部件等领域的常用材料。

1. 基本概述

标准：SAE J404（美国汽车工程师协会标准）

对应中国牌号：40Cr（GB/T 3077）

UNS编号：G51400

主要特点：

中碳含量（0.38~0.43%），适合调质处理

**铬（0.70~0.90%）**为主要合金元素

良好的淬透性，直径50mm以下可完全淬透

优异的强韧性匹配，抗疲劳性能良好

性价比高，应用范围广

2. 化学成分（典型值）

元素

碳(C)

锰(Mn)

硅(Si)

铬(Cr)

磷(P)

硫(S)

其他

含量 0.38~0.43% 0.70~0.90% 0.15~0.35% 0.70~0.90% ≤0.025% ≤0.025% -

合金元素作用：

铬（Cr）：提高淬透性、耐磨性和高温强度

锰（Mn）：提高淬透性，改善热加工性能

3. 机械性能（典型值）

(1) 调质态（淬火+回火）

抗拉强度 (MPa)

屈服强度 (MPa)

延伸率 (%)

断面收缩率 (%)

冲击功 (J)

硬度 (HB)

800~950 600~800 14~18 40~50 35~50 230~280

(2) 不同热处理状态的性能变化

热处理状态

硬度 (HRC)

应用特点

正火 18~23 改善切削性能

淬火+低温回火 40~50 高硬度耐磨件

淬火+高温回火 25~30 最佳强韧性平衡

4. 热处理工艺

(1) 常规热处理

正火：850~880℃空冷

淬火：830~860℃油淬

回火：

低温回火：150~250℃（高硬度）

高温回火：540~680℃（最佳强韧性）

(2) 特殊热处理

感应淬火：表面硬化处理

氮化处理：提高表面硬度和耐磨性

5. 典型用途

轴类零件：传动轴、曲轴、凸轮轴

齿轮：变速箱齿轮、差速器齿轮

紧固件：高强度螺栓、连杆

模具：塑料模具、压铸模架

石油机械：钻铤、钻杆接头

6. 加工特性

切削加工性：退火态良好（HB≤220）

焊接性：较差，需预热200~300℃

磨削性：调质态磨削需注意烧伤

锻造温度：1150~850℃（终锻温度≥850℃）

7. 与其他合金钢对比

钢号

典型成分

核心优势

主要应用

SAE 5140 0.4%C,0.8%Cr 性价比高 通用机械零件

SAE 4140 0.4%C,1%Cr,0.2%Mo 更高淬透性 大截面零件

SAE 4340 0.4%C,1.8%Ni,0.8%Cr,0.25%Mo 超高强度 航空关键件

8. 注意事项

热处理变形：复杂形状零件需控制淬火冷却速度

氢脆风险：电镀后需去氢处理（200℃×4h）

大截面处理：直径>50mm时淬透性下降

替代选择：

更高强度需求：SAE 4140

更好焊接性：SAE 4130

更经济方案：SAE 1045

9. 市场供应形式

圆钢：Φ20~200mm

扁钢：厚度10~100mm

锻件：各类定制形状

板材：厚度5~100mm

如需具体的加工工艺建议或热处理参数优化，可提供详细零件尺寸和服役条件进一步分析。