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Pièces forgées 4140 ou 4340 : quel acier allié convient à votre pièce

12 octobre 2026

Le 4140 et le 4340 sont les deux aciers alliés que les acheteurs rencontrent le plus souvent sur des plans de forgeage d’arbres, d’engrenages, de vilebrequins et de raccords lourds. Ils se ressemblent sur le papier, et beaucoup d’acheteurs se demandent si le 4340, plus cher, vaut son supplément. La réponse dépend de l’épaisseur de section et de la charge, pas d’un classement général. Ce guide compare les deux sur la composition, la trempabilité, la ténacité, les propriétés types et le coût, et explique comment choisir.

Ce que sont ces deux aciers

Les deux sont des aciers faiblement alliés à teneur moyenne en carbone, durcis par trempe et revenu. Ils partagent environ 0.40 pour cent de carbone, ce qui leur permet de durcir jusqu’à une résistance utile.

Le 4140 est un acier au chrome-molybdène. Sa composition type est d’environ 0.38 à 0.43 pour cent de carbone, 0.75 à 1.0 pour cent de manganèse, 0.80 à 1.10 pour cent de chrome et 0.15 à 0.25 pour cent de molybdène. Le chrome et le molybdène augmentent la trempabilité et la résistance et aident à résister à l’adoucissement au revenu.

Le 4340 est un acier au nickel-chrome-molybdène. Sa composition type est d’environ 0.38 à 0.43 pour cent de carbone, 0.60 à 0.80 pour cent de manganèse, 1.65 à 2.00 pour cent de nickel, 0.70 à 0.90 pour cent de chrome et 0.20 à 0.30 pour cent de molybdène. Le nickel est la principale différence. Il ajoute de la trempabilité et de la ténacité et fait monter le coût.

Les deux sont désignés par les numéros AISI et SAE et figurent dans des normes comme ASTM A29 pour les barres. Les pièces forgées dans ces nuances sont souvent achetées selon ASTM A668 ou une spécification client ou sectorielle. Les limites exactes diffèrent entre normes, utilisez donc celle de votre plan.

La trempabilité est la vraie différence

La trempabilité est la profondeur à laquelle l’acier peut durcir dans une section lors de la trempe. Une pièce mince refroidit vite jusqu’au cœur, si bien que presque tout acier allié durcit entièrement. Une pièce épaisse refroidit lentement au centre, et un acier de faible trempabilité y reste mou. Le 4340 a une trempabilité supérieure à celle du 4140, il durcit donc à cœur dans de plus grandes sections.

À titre indicatif, le 4140 durcit à cœur en trempe à l’huile dans des sections jusqu’à environ 50 à 75 mm d’épaisseur, alors que le 4340 durcit à cœur dans des sections de 100 mm et plus. Ces chiffres dépendent de la trempe, de la composition exacte et de la dureté visée. Si votre pièce a une section épaisse sollicitée en son centre, comme un grand arbre ou un anneau lourd, le 4340 est le choix le plus sûr. Si votre pièce est mince ou petite, le 4140 peut atteindre les mêmes propriétés pour moins cher.

Propriétés types

Après trempe et revenu à la même dureté, les deux aciers ont une résistance voisine. La température de revenu fixe la résistance, et les deux peuvent être amenés à une large gamme de niveaux. Le tableau montre les plages types de chacun, mais les valeurs réelles dépendent de la section et du traitement thermique.

Propriété	4140 trempé revenu	4340 trempé revenu
Résistance à la traction	Environ 850 à 1,100 MPa	Environ 900 à 1,200 MPa
Limite d’élasticité	Environ 650 à 950 MPa	Environ 750 à 1,050 MPa
Dureté	Environ 26 à 34 HRC	Environ 28 à 38 HRC
Résilience à niveau de résistance égal	Bonne	Plus élevée, surtout à basse température
Section durcie à cœur (huile)	Jusqu’à environ 50 à 75 mm	Environ 100 mm et plus
Coût relatif	Base	Environ 15 à 30 pour cent de plus, selon le prix du nickel

Considérez ces chiffres comme des valeurs de planification. Des normes comme ASTM A668 ou des spécifications client fixent les minimums réels pour chaque classe et taille de section. Notre guide sur le traitement thermique des pièces forgées explique comment la trempe et le revenu les établissent.

Ténacité et fatigue

Le nickel améliore la ténacité, et surtout la ténacité à basse température. À résistance égale, le 4340 a généralement une énergie de résilience supérieure à celle du 4140, et l’écart grandit avec la résistance. C’est pourquoi le 4340 est le choix traditionnel pour les pièces très sollicitées soumises à des chocs, comme les trains d’atterrissage, les arbres de gros rotors, les pièces de transmission et les vilebrequins de gros moteurs. Pour des pièces qui travaillent à des niveaux de résistance modérés, la ténacité du 4140 suffit, et il est utilisé pour les engrenages, arbres, porte-outils et pièces de champs pétrolifères.

La résistance à la fatigue suit de près la résistance à la traction pour une propreté donnée. La propreté de l’acier et l’état de surface comptent autant que la nuance. Le 4340 refondu à l’arc sous vide est utilisé en aéronautique pour la fatigue à grand nombre de cycles, mais il coûte beaucoup plus cher que le 4340 élaboré à l’air et n’est pas nécessaire pour la plupart des pièces industrielles.

Coût

Le 4340 coûte plus cher principalement à cause du nickel. Les cours du nickel fluctuent, si bien que l’écart entre 4140 et 4340 varie dans le temps et d’une région à l’autre. Une plage courante est d’environ 15 à 30 pour cent de plus au kilogramme pour la barre ou le lopin en 4340. Pour une pièce forgée, la matière n’est qu’une partie du prix. Le coût de forgeage, le traitement thermique et l’usinage sont comparables pour les deux, même si le 4340 peut être un peu plus difficile à usiner à la même dureté. Pour une pièce où le métal représente une faible part du total, la différence peut n’être que de quelques pour cent du prix à la pièce.

La disponibilité compte aussi. Le 4140 est largement stocké en barre ronde et sous forme forgée, les délais sont donc généralement plus courts. Le 4340 est moins largement stocké, et une dimension spéciale peut exiger une commande d’usine. Si votre livraison est serrée, demandez aux fournisseurs ce qu’ils ont en stock.

Où chaque nuance est utilisée

Type de pièce	Choix habituel	Raison
Arbres de section inférieure à 75 mm	4140	Durcit à cœur, coût plus faible
Gros arbres et rotors	4340	Durcit à travers une section épaisse
Engrenages et ébauches d’engrenages	4140 ou 4320, 8620 pour engrenages cémentés	Selon trempe à cœur ou cémentation
Brides et pièces de forage pétrolier	4130 ou 4140	Standard dans les spécifications pétrole et gaz
Trains d’atterrissage et transmissions lourdes	4340 ou variantes plus alliées	Ténacité à haute résistance
Vilebrequins de gros moteurs	4340 ou types 42CrMo4	Taille de section, fatigue et ténacité

Côté applications, nos guides sur les vilebrequins et arbres à cames forgés et les ébauches d’engrenages forgées montrent comment chaque type de pièce est spécifié.

Section de référence et effet de masse

Les valeurs de résistance d’une spécification sont liées à une taille de section, généralement appelée section de référence. La raison est l’effet de masse : une grande pièce refroidit plus lentement à la trempe qu’une petite, si bien que le même acier donne une résistance plus faible dans une section plus grande. Une spécification peut autoriser du 4140 à une résistance donnée pour des sections jusqu’à 50 mm et à une résistance plus faible pour des sections de 100 mm. Si votre plan impose un seul niveau de résistance pour une pièce comportant des sections minces et épaisses, demandez au fournisseur quelle section l’éprouvette représentera. Une éprouvette prélevée sur une surlongueur mince peut surestimer la résistance de la zone épaisse de la pièce, et une éprouvette prélevée au centre de la section la plus épaisse peut sous-estimer celle des zones minces.

C’est là que le 4340 justifie son prix. Parce qu’il conserve plus de résistance au centre des sections épaisses, une pièce en 4340 peut atteindre une résistance donnée au centre dans une section où le 4140 ne le peut pas. Si le plan exige un niveau de résistance à mi-rayon d’une section de plus de 75 mm environ, le fournisseur proposera souvent du 4340 ou un acier similaire sans qu’on le lui demande, et il est utile de savoir pourquoi.

Élaboration et propreté

Deux pièces en 4140 peuvent avoir des durées de vie en fatigue très différentes selon la propreté de l’acier. Les inclusions, de petites particules non métalliques issues de l’élaboration, sont les points de départ des fissures de fatigue. Un acier élaboré à l’air par une bonne aciérie est assez propre pour la plupart des pièces industrielles. L’acier dégazé sous vide contient moins d’hydrogène et moins d’inclusions et est courant sur les grosses pièces forgées. L’acier refondu à l’arc sous vide est encore plus propre et sert là où l’application justifie le coût. Si votre pièce subit des millions de cycles de charge, demandez au fournisseur quelle pratique d’élaboration il utilise et si la spécification fixe une limite de propreté. Pour de nombreuses pièces générales, la nuance standard suffit, et payer une élaboration plus propre ajoute du coût sans bénéfice.

La teneur en soufre compte aussi. Les nuances de décolletage contiennent du soufre en plus, ce qui aide à briser les copeaux mais réduit la ténacité transversale. Les pièces forgées qui exigent une bonne ténacité sont normalement achetées avec une limite de soufre basse. Vérifiez que la limite de votre plan convient à l’usage.

Décarburation et surépaisseur

Les aciers à teneur moyenne en carbone perdent du carbone en surface lorsqu’ils sont chauffés à l’air, ce qui laisse une peau molle après trempe et revenu. La profondeur dépend de la température, de la durée et de l’atmosphère du four. Si la peau reste sur une pièce soumise à la fatigue, elle abaisse la résistance à la fatigue en surface, là où les fissures s’amorcent. La surépaisseur d’usinage doit suffire à enlever la couche décarburée après le traitement thermique final, ce qui explique que les pièces destinées à la fatigue soient souvent finies par rectification ou usinage sur toutes leurs surfaces. Demandez au fournisseur quelle surépaisseur il prévoit, et vérifiez qu’elle dépasse la profondeur attendue. Notre guide sur les tolérances de forgeage et dépouilles donne des valeurs de surépaisseur types.

Usinage et soudage

À l’état trempé et revenu, les deux aciers s’usinent assez bien à dureté moyenne, le 4340 étant un peu plus difficile à couper à la même dureté. De nombreuses pièces sont ébauchées après normalisation, puis trempées et revenues et usinées à la cote. Les deux aciers sont difficiles à souder car ils durcissent dans la zone affectée thermiquement et peuvent se fissurer, le soudage exige donc un préchauffage, un apport de chaleur maîtrisé et un traitement thermique après soudage. Si votre conception exige du soudage, demandez au fournisseur si un acier à plus faible teneur en carbone ferait l’affaire.

Autres nuances à connaître

Parfois, aucune des deux nuances n’est la meilleure réponse. Le 4130 est un cousin du 4140 à plus faible teneur en carbone, utilisé en pétrole et gaz et en aéronautique lorsque le soudage ou le service en milieu acide imposent des limites. Le 4330V et le 300M sont des variantes du 4340 à plus haute résistance utilisées en aéronautique. Le 8620 est un acier de cémentation utilisé lorsqu’on veut une couche dure sur un cœur tenace. Pour la trempe et le revenu dans de grandes sections, le 34CrNiMo6 en Europe et le 4340 aux États-Unis sont des équivalents proches. Si vous comparez des offres avec des nuances différentes, demandez au fournisseur d’expliquer la raison de son choix.

À indiquer dans la demande de prix

Indiquez la nuance et la spécification avec leur édition, l’état exigé, par exemple trempé et revenu dans une plage de résistance à la traction, et la taille de section où les propriétés doivent être atteintes. Précisez où sont prélevées les éprouvettes et quels essais vous exigez, y compris les essais de résilience avec leur température. Si vous acceptez l’une ou l’autre nuance, dites-le et demandez les deux prix. Indiquez le poids fini et la quantité annuelle.

Étape suivante

Envoyez une demande de prix avec le plan et le cas de charge si vous l’avez. Nous vous mettons en contact avec 3 fournisseurs de pièces forgées au maximum qui travaillent l’acier allié dans votre plage de tailles, et nous répondons dans un délai de 24 heures ouvrées. Pour la liste de contrôle plus large, lisez comment choisir un fournisseur de pièces forgées.

Questions fréquentes

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