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。
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