Acero 4140: composición, características, métodos de procesamiento y campos de aplicación

walter
septiembre 8, 2022

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¿Qué es el acero 4140?

El acero 4140 es una pieza de acero de baja aleación enriquecida con cromo, molibdeno y manganeso, conocida por su calidad distintiva de alta tenacidad, alta resistencia a la torsión y buena resistencia a la fatiga. Esta estructura compuesta proporciona excelente tenacidad, resistencia y resistencia al desgaste. El proceso de tratamiento térmico, recocido y revenido, fortalece el acero para un uso específico. La robustez y durabilidad del acero 4140 lo convierten en una buena opción para producir componentes como engranajes, ejes y pernos, donde se usa ampliamente en muchas industrias como el petróleo y el gas, la agricultura, la defensa y la automotriz por su capacidad de mantenerse en buenas condiciones incluso en condiciones difíciles.

¿Cómo se nombra el acero 4140 según qué regla?

El acero 4140 se designa según el sistema de clasificación de acero AISI/SAE, donde el primer dígito (4) denota una aleación de molibdeno, el segundo dígito (1) indica elementos de aleación adicionales como cromo y molibdeno, y los dos dígitos finales (40) especifican el contenido de carbono del acero como aproximadamente 0,40%. Esta nomenclatura proporciona una referencia rápida a la composición química y las propiedades del acero, destacando el uso de molibdeno para mejorar la resistencia, la tenacidad y la resistencia al desgaste, y facilitando su identificación para aplicaciones que requieren materiales robustos.

Composición química del acero 4140

El acero 4140 se clasifica como un acero de bajo carbono y baja aleación con buena resistencia al impacto, resistencia al desgaste, templabilidad, tenacidad estructural, fuerza y leve resistencia a la corrosión. Si bien es pobre en soldabilidad, debe calentarse a más de 800 °C si se forja. El 4140 es versátil, como acero para herramientas natural, definitivamente se usa para herramientas y partes de máquinas industriales sujetas a grandes cargas, como cigüeñales, ejes traseros, clips de resorte, colectores, engranajes, direccion etc.

Componente	Peso %
Carbono (C)	0,38 – 0,43
Hierro (Fe)	96.785 – 97.77
Cromo (Cr)	0,75 – 1,00
Manganeso (Mn)	0,60 – 0,90
Molibdeno (Mo)	0,15 – 0,25
Fósforo (P)	0,0 – 0,035
Silicio (Si)	0,15 – 0,30
Azufre (S)	0,0 – 0,04

La influencia de la composición química en las propiedades del acero 4140

Uno de los factores esenciales que determinan las propiedades mecánicas del acero 4140, con aproximadamente 0,40% de carbono, 0,80-1,10% de cromo, 0,15-0,25% de molibdeno y 0,75-1,0% de manganeso, es su composición química. El carbono proporciona una combinación de resistencia y ductilidad, el cromo añade resistencia, dureza, resistencia a la tracción y resistencia a la corrosión adicionales, el molibdeno proporciona resistencia a la tracción a altas temperaturas, así como resistencia al desgaste, y el manganeso mejora la templabilidad e imparte resistencia al agrietamiento. Al tener una composición de aleación tan única, el acero 4140 gana alta resistencia, tenacidad, resistencia al desgaste y la capacidad de someterse a un tratamiento térmico y de usarse en aplicaciones que no son dañinas y en las que el rendimiento bajo tensión es crucial, como engranajes, ejes y flechas.

Propiedades mecánicas del acero 4140

Propiedades mecánicas	Métrico	inglés
Resistencia a la tracción	1020 MPa	148000psi
Resistencia a la tracción	655 MPa	95000psi
Alargamiento a la rotura	17.7 %	17.7 %
Reducción del área	46.8 %	46.8 %
Dureza, Brinell	302	302
Dureza, Nudo	328	328
Dureza, Rockwell B	99	99
Dureza, Rockwell C	32	32
Dureza, Vickers	319	319
Módulo de elasticidad	205 GPa	29700 ksi
Módulo de volumen	160 GPa	23200 ksi
Módulo de corte	80,0 GPa	11600 ksi
El coeficiente de Poisson	0.29	0.29
maquinabilidad	65 %	65 %

Propiedades físicas del acero 4140

Propiedades físicas	Valor
Densidad	7,85 g/cc
Punto de fusion	2580-2650 °F
Calor especifico	1,13 x 10^-1 BTU/lb-°F
Conductividad térmica	296 BTU-in/hr-ft^2-°F

Materiales equivalentes Acero 4140

UE	EE.UU	Alemania	Francia	Italia	España	Enterrar
ES	–	DIN,WNr	AFNOR	UNI	UNE	YO ASI
42CrMoS4 (1.7227)	4140	42CrMoS4	42CD4u	42CrMo4	40CrMo41	42CrMoS4

El precio del acero 4140

El precio del acero 4140 es algo volátil ante los cambios provocados por factores que incluyen la demanda del mercado, los costos de las materias primas, los niveles de oferta y la economía en general. Depende de la forma del acero (por ejemplo, barras, placas y láminas), el tamaño y otras operaciones como el tratamiento térmico, etc. Debido a que los precios son variables, en un momento dado, para obtener los precios más correctos y actualizados, se recomienda ponerse en contacto con los proveedores de acero o estudiar directamente los informes de mercado recientes. El precio del acero se cotiza principalmente por libra o tonelada métrica, y podrían ser posibles reducciones de costos por unidad para compras de gran volumen. Además, el paso por los minoristas puede incluir gastos de envío, manipulación y otros gastos.

¿Qué limitaciones tiene el acero 4140?

El acero 4140 a pesar de sus múltiples ventajas en resistencia, tenacidad y versatilidad enfrenta límites como la reducida soldabilidad que requiere procedimientos de soldadura especiales para detener el agrietamiento, menor resistencia a la corrosión en comparación con los aceros inoxidables, por lo que se requieren recubrimientos protectores, y los problemas técnicos en el mecanizado. comportamiento debido a su dureza lo que provoca un aumento de los costes de fabricación. Además, sus elementos de aleación añaden, no sólo el material sino también los gastos de procesamiento, lo que lo hace más caro que los aceros al carbono más simples. Además, las secciones más gruesas son más difíciles de tratar para lograr propiedades homogéneas y, por lo tanto, pueden agrietarse si no se templan adecuadamente. Además, algunos tamaños específicos de acero 4140 no están disponibles fácilmente, lo que hace que las opciones personalizadas requieran mucho tiempo y sean costosas, lo que genera retrasos y gastos adicionales. Sopesar estos factores con los beneficios es una gran decisión que se toma para cada aplicación determinada.

Métodos de procesamiento comunes utilizados para el acero 4140

Las propiedades del acero 4140 mejorarán mediante diferentes métodos de procesamiento para adaptarse a diversas aplicaciones. Al forjar el acero, la estructura se fortalece y se vuelve más resistente, mientras que el recocido se realiza para reducir la dureza y eliminar las tensiones internas, lo que hace que sea más fácil trabajar con el acero (más trabajable). La normalización agrega refinamiento a la estructura del grano y, por lo tanto, mejora la tenacidad y la uniformidad. El endurecimiento, que es el proceso de calentamiento y enfriamiento seguido de revenido, aumenta la durabilidad y la resistencia al desgaste, pero disminuye la tenacidad para evitar la fragilidad. En cambio, el proceso de cementación endurece la superficie de las piezas, donde el núcleo debe ser resistente y las partes exteriores deben ser duras. Aunque es bastante resistente, el 4140 se puede mecanizar utilizando las herramientas y condiciones adecuadas. En conjunto, el proceso hace que el acero 4140 sea personalizable, por lo que cumple con el rendimiento esperado de aplicaciones específicas, como la resistencia mecánica, la tenacidad y la resistencia al desgaste requeridas.