AISI / SAE 4140(42CrMo4) çeliği krom – molibden çeliği olarak da isimlendirilmekte olup, düşük alaşımlı Cr ve Mo alaşım elementli ıslah çeliği grubunda yer almaktadır. AISI/SAE 4140 çelikleri merdane, plaka, çubuk, mil veya döküm yöntemiyle üretilip şekillendirilebilir.

Bu çeliğin kalite standart karşılıkları şu şekildedir:

• Amerikan Demir Ve Çelik Enstitüsü : AISI 4140
• Otomotiv Mühendisleri Birliği : SAE 4140
• Alman Standartları Enstitüsü Normu : DIN 1.7225
• Fransa Standardı : AFNOR 42 CD 4
• TÜRK STANDARDI TS EN 10250 : 42CrMo4

42CrMo4 (4140) çeliği içerdiği alaşım elementleri sayesinde yüksek mekanik özelliklere sahiptirler; krom ilavesi ile çelikte, korozyona ve oksidasyona karşı dayanımı, sertleşebilirliği ve aşınma direncini artırır. Çeliğe ilave edilen krom Cr7C3 ve Cr23C6 olarak isimlendirdiğimiz sert karbürler oluşturarak çeliğin sertliğini ve dönüşüm hızlarını da yavaşlatarak sertlik derinliğini de aynı ölçüde artırır. Malzemeye % 25 oranlarında ilave edilmesi durumunda malzeme yüzeyinde oksit tabakası meydana gelerek paslanmaya karşı direnç kazandırıp, malzeme yüzeyine parlak bir görüntü oluşturur. Ayrıca sıcağa dayanımı ve çekme dayanımını da arttırma özelliğine sahiptir. Bazı alaşım elementlerinde meneviş kırılganlığına neden olabilir veya süneklik özelliğini azaltabilir. Bu davranışları azaltmak için nikel ve molibden daha çok birlikte kullanılması tercih edilmektedir.

Düşük krom ve nikel içeren çeliklerde molibden ( % 0.3 civarında ) ilavesi temper gevrekliği eğilimini gidermek için kullanılır. Nikel – krom çeliklerine molibden ilavesi yapılarak temper sonrası darbe dayanımları da önemli oranda artar. Aynı zamanda akma ve çekme dayanımını artırır.

Cr - Mo’li çeliklerde östenitten perlite dönüşümde büyük bir gecikme vardır. AISI 4140 alaşımının mikro yapısı blok ferrit ve kaba perliti sınırlayan ferritten meydana gelmiştir. Yaklaşık 840°C sıcaklıkta östenitlemenin ardından yağda soğutmadan sonra martenzitik bir yapı elde edilir ve 315°C’de temperleme ile ince temperlenmiş martenzitik yapı oluşur. Bu çelikler, bu ısıl işlemlerden sonra yüksek tokluk özelliği, daha iyi çekme dayanımı ve daha iyi kaynak kabiliyeti özelliğine sahip olurlar.

AISI / SAE 4140 çeliğinin mekanik ve fiziksel özellikleri:

Yoğunluk d x 1000 kg/m3 : 7.7 – 8.03

Poisson Oranı : 0.27-0.30

Elastisite Modülü (GPa) : 190-210

Çekme Mukavemeti (MPa) : 655.0, 1650 (Isıl işlem uygulanarak)

Akma Mukavemeti (MPa) : 417.1

% Uzama : 25.7

% Kesit Daralması : 56.9

Sertlik (HV) : 210, 285 – 350 (* Ön sertleştirilmiş halde sertlik değeri)

Darbe dayanımı (J) : 54,5

AISI / SAE 4140 çeliğinin ısıl işlem özellikleri:

Sıcak Şekil Verme: 850-1050 °C

Normalizasyon: 840 - 880 °C

Yumuşak Tavlama: 680-720 °C

Sertleştirme: 820-860 °C (su/yağ)

Islah çeliklerinde sertleşebilirlik özelliklerinin yanında, yüksek dayanım ve süneklik de istenir. Yeterli seviyede sertlik elde edilebilmesi için, ıslah çelikleri diğerlerine nispeten yüksek karbon içerirler. Kalın kesitli parçalar için sertlik derinliğinin en önemli kriter olması sebebiyle, bu parçalar alaşımlı ıslah çeliklerinden imal edilirler.

Islah çeliklerinin seçiminde, parça boyutları ve dayanım değerleri ön plandadır. Alaşımsız ıslah çelikleri ancak küçük kesitli parçalarda verimli olabilir. Kalın kesitli parçalar için, sertlik dağılımının homojen olması, çeliğin alaşımlı olmasına bağlıdır. Sertlik dağılımının, malzeme alaşımlarına  göre değişimleri Jominy testi sonuçları ile gözlenebilir. Jominy testi basit bir ifade ile; sertleştirme sıcaklığına kadar ısıtılan çubuk şeklinde bir malzemenin sadece bir ucundan soğutulmasıyla soğutulan uca  olan mesafelerdeki sertleşme değerlerini ifade eder.

Islah çelikleri alevle ve indüksiyonla sertleştirilebileceği gibi, ıslah edildikten sonra da alev ve indüksiyonla sertleştirilebilirler. Bu şekilde ısıl işlem görecek malzemenin seçiminde, kimyasal bileşimin yanısıra, yüzeyde elde edilecek sertlik değeri ve sertleşme derinliği göz önünde bulundurulur. Alaşımsız çeliklerde sertlik derinliği 3 – 4 mm olabilirken, alaşımlı çeliklerde bu derinlik 10 – 12 mm’yi  bulur. Ayrıca indüksiyonla sertleştirme esnasında yüksek mangan çatlama tehlikesi yaratacağından, yüksek karbonlu – düşük manganlı Cf  kalite çeliklerin kullanılması daha uygundur. Ayrıca çatlama tehlikesinin azalması, malzeme tane yapısının küçük olmasıyla yakından ilişkilidir.

Islah Çelikleri kimyasal bileşimlerine göre 4 ana grupta toplanır.

1.Alaşımsız ıslah çelikleri

2.Mangan Alaşımlı Islah çelikleri

3.Krom alaşımlı Islah çelikleri

4.Krom-Molibden alaşımlı Islah çelikleri

Alaşımsız Çeliklerde ,ıslah dayanımı karbon miktarıyla artmaktadır.16 mm çapa kadar en düşük akma sınırı 370 N/MM’² (%C:0,25)ila 570 N/MM’²(%c:0,50)arasındadır.16-40 mm çap arasındaki boyutlarda 50-80 N/MM’² daha düşük olur.

Mangan Alaşımlı Islah çeliklerinde mangan setreleşebilirliği arttırdığından 30 MN 4 ve 40 MN 4 çeliklerinde akma sınırı C 60 çeliğindeki  özelliklerini gösterir.

Krom alaşımlı ıslah çeliklerinde Krom elementi sertleşebilirliği oldukça fazla arttırır ve plastisiteye de olumlu etki yapar.Örneğin 40 Cr 4 çeliğinde 16-40 mm çap aralığında minimum akma 700 N/MM’² dir.

Molibden kroma nazaran daha kuvvetli sertleşebilme kabiliyetini arttırır.Ayrıca meneviş dayanımını arttırır ve meneviş kırılganlığı ihtimalini azaltır.