Comment souder l’acier AISI 4140

AISI 4140 est un acier à teneur moyenne en carbone à haute résistance. 4140 peut être facilement soudé avec les bonnes mesures de précaution appliquées. D’autres aciers de cette catégorie comme AISI 4130 et 4340 suivent les mêmes conseils de soudage. Cet article fournit une introduction détaillée aux matériaux AISI 4140, à leurs propriétés, au soudage et aux exigences PWHT.

Qu’est-ce que l’acier AISI 4140 ?

AISI 4140 est un acier faiblement allié à haute résistance à base de Cr-Mo-Mn offrant une résistance à la fatigue, une ténacité, une résistance à l’abrasion et aux chocs élevées. Étant une gamme d’aciers à teneur moyenne en carbone, AISI 4140 se durcit pendant la réparation par soudage, en particulier dans les zones affectées par la chaleur (ZAT) en raison des cycles thermiques et de la transformation microstructurale ainsi que des contraintes résiduelles bloquées produites par la chaleur de soudage. Il en résulte la formation de bainite et de martensite en fonction des vitesses de refroidissement. La dureté élevée de la ZAT est associée aux contraintes résiduelles verrouillées et à la transformation martensitique de la microstructure AISI 4140.

Spécification matérielle pour l’approvisionnement pour AISI 4140

ASTM A322, ASTM A331, ASTM A506, ASTM A513, ASTM A519, ASTM A646, ASTMA752, SAE J404, SAE J412, SAE J1397 etc.

Propriétés chimiques de l’AISI 4140

Le tableau ci-dessous montre les propriétés chimiques typiques du matériau en acier AISI 4140 dans les conditions de livraison. Le matériau est généralement disponible en état trempé et revenu et désigné comme AISI 4140HT. Bien qu’il soit également disponible en état recuit.

   Carbone       Si     Mn       Cr       Mo        S      P
      0,40     0,30      0,88      1.10      0,24     0,015    0,021

Soudabilité de l’AISI 4140

Étant un acier faiblement allié avec une teneur élevée en carbone et un équivalent carbone élevé (CE) d’environ 0,8, le soudage devient un défi en raison de la propension à une dureté élevée dans la zone affectée par la chaleur et du métal fondu entraînant une fissuration de la soudure si les bonnes précautions sont pas considéré. Les figures montrent la microstructure typique du matériau AISI 4140 et du métal fondu.

Comment souder AISI 4140

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Sélection de consommables de soudage :

Le choix du fil d’apport est basé sur les propriétés chimiques et mécaniques du matériau AISI 4140. Le meilleur fil ou électrode d’apport est E8018-B2 comme électrode SMAW ou ER80S-B2 lors du soudage avec TIG ou GMAW. Le tableau ci-dessous montre les propriétés chimiques typiques du fil d’apport ER80S-B2.

  Carbone     Si    Mn    Cr     Mo   Ni      S      P
0,07- 0,120,4- 0,700,4- 0,70 1,2-1,500,40-0,65  0,20    0,025    0,025

L’AISI 4140 peut également être soudé avec succès à l’aide de E7018, ER70S-2 (consommables inférieurs) ou d’autres consommables de soudage en acier au carbone les plus courants, bien qu’ils entraînent un métal d’apport plus tendre ainsi que des propriétés mécaniques réduites de la soudure par rapport à l’AISI 4140.

Préchauffage :

L’acier AISI 4140 doit être préchauffé pour éviter :

  1. Formation de microstructures dures telles que martensite et bainite dans la soudure et la ZAT.
  2. Laissez la soudure refroidir lentement et aidez ainsi à libérer les contraintes résiduelles.
  3. Permettre la libération de l’hydrogène du métal fondu.

L’acier AISI 4140 est recommandé pour préchauffer :

  1. Épaisseur jusqu’à ½ pouce (12 mm) : 400-500℉ (200-250℃ environ)
  2. Au-dessus de ½ pouce (25 mm) d’épaisseur : 500-600℉ (250-300℃ environ)

La température de préchauffage ci-dessus est basée sur les recommandations données dans les manuels de soudage tels que ASM et AWS.

Vous pouvez utiliser notre calculateur de préchauffage de soudage en ligne pour trouver la bonne température de préchauffage pour la variété de matériaux en fonction de la chimie de l’alliage, de l’épaisseur de la plaque et du niveau d’hydrogène.

Température entre les passes :

Habituellement, la température entre les passes est maintenue au-dessus de la température minimale de préchauffage. En aucun cas, la température entre les passes ne doit dépasser la température de revenu des matériaux fournis car cela endommagerait les propriétés des matériaux.

Après la finition de la soudure :

Laisser la zone de soudage refroidir lentement à l’aide d’une couverture chauffante est une bonne pratique. Il empêchera un refroidissement rapide, empêchera ainsi toute fissuration de la soudure, soutiendra la microstructure molle et éliminera l’hydrogène de la soudure.

Traitement thermique post-soudage :

Le traitement thermique post-soudage doit être effectué de 1225 à 1275℉ (660-690℃). Dans le cas où le matériau est trempé, revenu (Q & T), la température PWHT doit être inférieure à la température de revenu généralement 50 à 60 (10-15 ℃) en dessous.