가이드 / 소재
4140 vs 4340 단조품: 내 부품에 맞는 합금강은 무엇인가
2026년 10월 12일
4140과 4340은 샤프트, 기어, 크랭크샤프트, 중량 피팅의 단조 도면에서 구매자가 가장 자주 만나는 두 가지 합금강입니다. 서류상으로는 비슷해 보이며, 많은 구매자가 더 비싼 4340에 추가 비용을 낼 가치가 있는지 묻습니다. 답은 일반적인 우열이 아니라 단면 두께와 하중에 달려 있습니다. 이 가이드는 둘을 화학 성분, 담금질성, 인성, 일반적인 물성, 비용으로 비교하고 선택 방법을 설명합니다.
두 강재는 무엇인가
둘 다 담금질과 템퍼링으로 경화하는 중탄소 저합금강입니다. 약 0.40%의 탄소를 공통으로 가지고 있으며, 이것이 쓸 만한 강도까지 경화할 수 있게 해 줍니다.
4140은 크롬-몰리브덴강입니다. 일반적인 조성은 탄소 약 0.380.43%, 망간 0.751.0%, 크롬 0.801.10%, 몰리브덴 0.150.25%입니다. 크롬과 몰리브덴은 담금질성과 강도를 높이고 템퍼링 시 연화에 저항하도록 돕습니다.
4340은 니켈-크롬-몰리브덴강입니다. 일반적인 조성은 탄소 약 0.380.43%, 망간 0.600.80%, 니켈 1.652.00%, 크롬 0.700.90%, 몰리브덴 0.20~0.30%입니다. 니켈이 주된 차이입니다. 담금질성과 인성을 더하고 비용을 높입니다.
둘 다 AISI와 SAE 번호로 지정되며 봉재용 ASTM A29 같은 규격에 수록되어 있습니다. 이들 재질의 단조품은 ASTM A668 또는 고객이나 업계 규격으로 구매되는 경우가 많습니다. 정확한 한계는 규격마다 다르므로 도면에 있는 것을 사용하십시오.
담금질성이 진짜 차이다
담금질성은 담금질할 때 강재가 단면의 얼마나 깊은 곳까지 경화할 수 있는지를 말합니다. 얇은 부품은 끝까지 빠르게 식기 때문에 거의 모든 합금강이 완전히 경화합니다. 두꺼운 부품은 중심이 천천히 식으므로 담금질성이 낮은 강재는 거기가 무른 채로 남습니다. 4340은 4140보다 담금질성이 높아서 더 큰 단면까지 경화합니다.
대략적인 기준으로, 4140은 유냉 담금질에서 두께 약 50~75 mm까지의 단면을 관통 경화하고, 4340은 100 mm 이상의 단면을 관통 경화합니다. 이 수치는 담금질 방식, 정확한 성분, 목표 경도에 따라 달라집니다. 대형 샤프트나 중량 링처럼 두꺼운 단면의 중심에 하중이 걸리는 부품이라면 4340이 더 안전한 선택입니다. 부품이 얇거나 작다면 4140으로 더 적은 비용으로 같은 물성에 도달할 수 있습니다.
일반적인 물성
같은 경도로 담금질 및 템퍼링한 뒤에는 두 강재의 강도가 비슷합니다. 강도를 정하는 것은 템퍼링 온도이며 둘 다 넓은 범위의 수준으로 맞출 수 있습니다. 표는 각각의 일반적인 범위를 보여 주지만 실제 값은 단면과 열처리에 따라 달라집니다.
| 물성 | 4140 Q&T | 4340 Q&T |
|---|---|---|
| 인장 강도 | 약 850~1,100 MPa | 약 900~1,200 MPa |
| 항복 강도 | 약 650~950 MPa | 약 750~1,050 MPa |
| 경도 | 약 26~34 HRC | 약 28~38 HRC |
| 강도 수준에서의 충격 인성 | 양호 | 더 높음, 특히 저온에서 |
| 관통 경화 단면(유냉) | 약 50~75 mm까지 | 약 100 mm 이상 |
| 상대 비용 | 기준 | 약 15~30% 높음, 니켈 가격에 따라 다름 |
이것은 계획용 수치로 취급하십시오. ASTM A668이나 고객 규격 같은 규격이 각 등급과 단면 크기의 실제 최솟값을 정합니다. 담금질과 템퍼링이 이를 어떻게 정하는지는 단조품의 열처리 가이드에서 설명합니다.
인성과 피로
니켈은 인성, 특히 저온에서의 인성을 개선합니다. 같은 강도에서 4340은 보통 4140보다 충격 에너지가 높고, 강도가 올라갈수록 그 차이가 커집니다. 항공기 랜딩기어, 중량 로터 샤프트, 구동계 부품, 대형 엔진의 크랭크샤프트처럼 충격을 받는 고하중 부품에 4340이 전통적으로 선택되는 이유입니다. 보통 수준의 강도에서 쓰이는 부품에는 4140의 인성으로 충분하며 기어, 샤프트, 공구 홀더, 유전 부품에 쓰입니다.
피로 강도는 주어진 청정도에서 인장 강도를 밀접하게 따릅니다. 강재의 청정도와 표면 마감도 재질만큼 중요합니다. 진공 아크 재용해 4340은 항공우주에서 고사이클 피로를 위해 쓰이지만 대기 용해 4340보다 훨씬 비싸며 대부분의 산업용 부품에는 필요하지 않습니다.
비용
4340이 더 비싼 것은 주로 니켈 때문입니다. 니켈 가격은 등락하므로 4140과 4340의 차이는 시기와 지역에 따라 변합니다. 일반적인 범위는 4340 봉재나 빌릿이 kg당 약 15~30% 더 비싼 정도입니다. 단조 부품에서 소재는 가격의 일부일 뿐입니다. 단조 비용, 열처리, 기계 가공은 둘이 비슷하지만 같은 경도에서는 4340이 가공하기 약간 더 어려울 수 있습니다. 금속이 총액에서 차지하는 비중이 작은 부품이라면 차이가 개당 단가의 몇 퍼센트에 불과할 수 있습니다.
입수성도 중요합니다. 4140은 둥근 봉재와 단조품 형태로 널리 재고가 있어 보통 납기가 짧습니다. 4340은 재고가 적고, 맞춤 크기는 밀 주문이 필요할 수 있습니다. 납기가 촉박하다면 공급업체에 무엇을 보유하고 있는지 물어보십시오.
각 재질이 쓰이는 곳
| 부품 종류 | 일반적인 선택 | 이유 |
|---|---|---|
| 단면 75 mm 이하 샤프트 | 4140 | 관통 경화되고 비용이 낮음 |
| 중량 샤프트와 로터 | 4340 | 두꺼운 단면까지 경화됨 |
| 기어와 기어 블랭크 | 4140 또는 4320, 침탄 기어는 8620 | 관통 경화인지 표면 경화인지에 따라 다름 |
| 유전용 플랜지, 드릴 부품 | 4130 또는 4140 | 석유·가스 규격에서 표준 |
| 랜딩기어와 중량 구동계 | 4340 또는 더 고합금 변형 | 높은 강도에서의 인성 |
| 대형 엔진의 크랭크샤프트 | 4340 또는 42CrMo4 계열 | 단면 크기, 피로, 인성 |
적용 측면에서는 단조 크랭크샤프트와 캠샤프트 및 단조 기어 블랭크 가이드에서 부품 종류마다 어떻게 지정되는지 보여 줍니다.
지배 단면과 질량 효과
규격의 강도 수치는 보통 지배 단면이라 부르는 단면 크기에 묶여 있습니다. 이유는 질량 효과입니다. 큰 부품은 담금질에서 작은 부품보다 천천히 식으므로 같은 강재라도 더 큰 단면에서는 강도가 낮게 나옵니다. 규격은 단면 50 mm까지는 4140에 하나의 강도를 허용하고 100 mm 단면에는 더 낮은 강도를 허용할 수 있습니다. 도면이 얇은 단면과 두꺼운 단면이 모두 있는 부품에 하나의 강도 수준만 제시한다면, 시험편이 어느 단면을 대표할지 공급업체에 물어보십시오. 얇은 연장부에서 채취한 시험편은 부품의 두꺼운 부위의 강도를 과대하게 나타낼 수 있고, 가장 두꺼운 단면의 중심에서 채취한 시험편은 얇은 부위의 강도를 과소하게 나타낼 수 있습니다.
여기가 4340이 값을 하는 곳입니다. 두꺼운 단면의 중심에서 더 많은 강도를 유지하므로, 4340 부품은 4140이 맞출 수 없는 단면에서 중심의 주어진 강도를 충족할 수 있습니다. 도면이 약 75 mm를 넘는 단면의 반경 중간 위치에서 강도 수준을 요구한다면, 공급업체는 요청받지 않아도 4340이나 비슷한 강재를 제안하는 경우가 많으며, 그 이유를 알아 두면 도움이 됩니다.
용해 방식과 청정도
4140으로 만든 두 부품도 강재가 얼마나 깨끗한지에 따라 피로 수명이 크게 다를 수 있습니다. 제강에서 생기는 작은 비금속 입자인 개재물은 피로 균열의 시작점입니다. 좋은 밀의 대기 용해강은 대부분의 산업용 부품에 충분히 깨끗합니다. 진공 탈가스강은 수소와 개재물이 더 적으며 중량 단조품에서 흔합니다. 진공 아크 재용해강은 더 깨끗하며 용도가 비용을 정당화할 때 쓰입니다. 부품이 수백만 번의 하중 사이클을 받는다면 공급업체에 어떤 용해 방식을 쓰는지, 규격에 청정도 한계가 있는지 물어보십시오. 많은 일반 부품에는 표준 등급으로 충분하며, 더 깨끗한 용해에 돈을 쓰면 이점 없이 비용만 늘어납니다.
황 함량도 중요합니다. 쾌삭강에는 칩 절단에 도움이 되는 여분의 황이 있지만 횡방향 인성이 떨어집니다. 좋은 인성이 필요한 단조품은 보통 낮은 황 한도로 구매합니다. 도면의 한도가 용도에 맞는지 확인하십시오.
탈탄과 가공 여유
중탄소강은 공기 중에서 가열하면 표면에서 탄소를 잃어 담금질과 템퍼링 후에 무른 표층이 남습니다. 깊이는 온도, 시간, 가열로 분위기에 따라 달라집니다. 피로 하중을 받는 부품에 그 표층이 남으면 균열이 시작되는 표면에서 피로 강도가 낮아집니다. 가공 여유는 최종 열처리 후에 탈탄층을 제거하기에 충분해야 하며, 이는 피로 용도의 부품이 전체를 연삭이나 기계 가공으로 마감하는 경우가 많은 이유 중 하나입니다. 공급업체에 계획한 가공 여유를 물어보고 예상 깊이보다 큰지 확인하십시오. 일반적인 가공 여유 값은 단조 공차와 구배 가이드에 있습니다.
기계 가공과 용접
담금질 및 템퍼링된 상태에서 두 강재 모두 중간 경도에서는 가공이 상당히 잘 되며, 같은 경도에서 4340이 약간 더 깎기 어렵습니다. 많은 부품이 노멀라이징 후에 황삭 가공하고, 담금질과 템퍼링 후에 마무리 가공합니다. 두 강재 모두 열영향부가 경화되어 균열이 생길 수 있어 용접이 어렵고, 용접에는 예열, 입열 관리, 용접 후 열처리가 필요합니다. 설계상 용접이 필요하다면 탄소 함량이 낮은 강재로 가능한지 공급업체에 물어보십시오.
알아 둘 다른 재질
어느 쪽도 최선의 답이 아닐 때가 있습니다. 4130은 4140의 저탄소 계열로 용접이나 사워 환경 제한이 있는 석유·가스와 항공우주에서 쓰입니다. 4330V와 300M은 항공우주에서 쓰이는 4340의 고강도 변형입니다. 8620은 강인한 심 위에 단단한 표층이 필요할 때 쓰는 침탄용 강재입니다. 큰 단면의 담금질과 템퍼링에서는 유럽의 34CrNiMo6와 미국의 4340이 가까운 대응 재질입니다. 서로 다른 재질의 견적을 비교한다면 공급업체에 그 선택의 이유를 설명해 달라고 요청하십시오.
RFQ에 적을 내용
재질과 판을 포함한 규격, 필요한 상태(예: 인장 범위까지 담금질 및 템퍼링), 물성을 충족해야 하는 단면 크기를 적으십시오. 시험편을 어디에서 채취하는지와 필요한 시험, 온도를 포함한 충격 시험을 명시하십시오. 어느 쪽 재질이든 받아들일 수 있다면 그렇게 말하고 두 가지 가격을 모두 요청하십시오. 완성 중량과 연간 수량도 포함하십시오.
다음 단계
도면과, 있다면 하중 조건을 담아 RFQ를 보내 주십시오. 귀하의 크기 범위에서 합금강을 다루는 단조 공급업체를 최대 3곳 매칭하며, 24 영업시간 이내에 회신드립니다. 더 넓은 체크리스트는 단조 공급업체 선정 방법을 읽어 보십시오.
자주 묻는 질문
4340이 항상 4140보다 강합니까?
아닙니다. 같은 경도에서는 두 강재의 강도가 비슷합니다. 차이는 4340이 그 강도를 더 두꺼운 단면 깊숙이까지 유지하고 높은 강도 수준에서 인성이 더 좋다는 점입니다. 작은 부품이라면 4140이 4340에 필적할 수 있습니다. 큰 단면에서는 4340이 앞섭니다.
유럽의 상당 재질은 무엇입니까?
4140은 42CrMo4(재료 번호 1.7225)에 가깝고 4340은 34CrNiMo6(재료 번호 1.6582)에 가까우며, 둘 다 EN 10083-3에 있습니다. 상당하다는 것이 동일하다는 뜻은 아니므로 도면의 성분 한계를 확인하십시오.
4140과 4340은 용접할 수 있습니까?
둘 다 열영향부가 경화하여 균열이 생길 수 있어 용접이 어렵습니다. 용접에는 예열, 패스 간 온도 관리, 용접 후 열처리가 필요합니다. 설계상 용접이 필요하다면 대신 탄소 함량이 낮은 합금에 대해 공급업체에 문의하십시오.