Acero 4140 propiedades
Composición química
Sección titulada «Composición química»El acero AISI 4140 contiene entre 0,38 y 0,43 % de carbono, junto con cromo y molibdeno como elementos de aleación principales.
| Elemento | Contenido (%) |
|---|---|
| Carbono, C | 0,380 – 0,430 |
| Cromo, Cr | 0,80 – 1,10 |
| Manganeso, Mn | 0,75 – 1,00 |
| Silicio, Si | 0,15 – 0,30 |
| Molibdeno, Mo | 0,15 – 0,25 |
| Fósforo, P (máx.) | 0,035 |
| Azufre, S (máx.) | 0,040 |
| Hierro, Fe | Balance |
Propiedades físicas
Sección titulada «Propiedades físicas»La densidad del acero 4140 es de 7,85 g/cm³ (0,284 lb/pulg³) y su punto de fusión se sitúa alrededor de 1416 °C (2580 °F).
| Propiedad | Métrico | Imperial |
|---|---|---|
| Densidad | 7,85 g/cm³ | 0,284 lb/pulg³ |
| Punto de fusión | 1416 °C | 2580 °F |
Propiedades mecánicas
Sección titulada «Propiedades mecánicas»Las propiedades mecánicas del AISI 4140 varían significativamente según el estado de tratamiento térmico. A continuación se presentan los valores típicos en estado recocido y en estado bonificado (temple y revenido).
Estado recocido (suministro)
Sección titulada «Estado recocido (suministro)»| Propiedad | Métrico | Imperial |
|---|---|---|
| Resistencia a la tracción (Rm) | 655 MPa | 95 000 psi |
| Límite elástico (Rp0,2) | 415 MPa | 60 200 psi |
| Alargamiento (rotura en 50 mm) | 25,7 % | 25,7 % |
| Dureza Brinell | 197 HB | 197 |
| Dureza Rockwell B (convertida) | 92 HRB | 92 |
| Módulo elástico | 190 – 210 GPa | 27,6 – 30,5 Msi |
| Coeficiente de Poisson | 0,27 – 0,30 | 0,27 – 0,30 |
| Maquinabilidad (base AISI 1212 = 100) | 65 % | 65 % |
Temple y revenido (bonificado)
Sección titulada «Temple y revenido (bonificado)»Los valores dependen de la sección transversal de la pieza. Se muestran datos para diámetros entre 16 y 40 mm (espesores de 8 a 20 mm).
| Propiedad | Métrico | Imperial |
|---|---|---|
| Resistencia a la tracción (Rm) | 1000 – 1200 MPa | 145 – 174 ksi |
| Límite elástico (Rp0,2) mín. | 750 MPa | 109 ksi |
| Alargamiento (mín.) | 11 % | 11 % |
| Estricción (mín.) | 45 % | 45 % |
| Resiliencia (Charpy V, mín.) | 35 J | 26 ft·lbf |
Para secciones mayores (40 – 100 mm) la resistencia a la tracción se sitúa en 900 – 1100 MPa, con límite elástico mínimo de 650 MPa.
Propiedades térmicas
Sección titulada «Propiedades térmicas»El coeficiente de dilatación térmica del 4140 es de 12,2 µm/m·°C en el rango de 0 a 100 °C. La conductividad térmica a 100 °C alcanza 42,6 W/m·K (296 BTU·in/h·ft²·°F).
| Propiedad | Condición | Métrico | Imperial |
|---|---|---|---|
| Coef. expansión térmica | 0 – 100 °C | 12,2 µm/m·°C | 6,78 µPulg/pulg·°F |
| Conductividad térmica | @ 100 °C | 42,6 W/m·K | 296 BTU·in/h·ft²·°F |
Tratamiento térmico
Sección titulada «Tratamiento térmico»- Austenización y temple: Calentar a 845 °C (1550 °F) hasta homogeneización, enfriar en aceite. Así se obtiene la estructura martensítica de máxima dureza.
- Revenido: Realizar a una temperatura entre 200 y 650 °C según la dureza deseada; los revenidos bajos mantienen alta resistencia, los revenidos altos mejoran la tenacidad.
- Normalizado: Calentar a 913 °C (1675 °F) durante un período prolongado y enfriar al aire para refinar el grano y homogeneizar la microestructura.
- Recocido: Calentar a 872 °C (1600 °F), luego enfriar lentamente en el horno para ablandar el material y mejorar la maquinabilidad.
Forja y conformado
Sección titulada «Forja y conformado»- Forja: Temperatura de trabajo entre 926 y 1205 °C (1700 – 2200 °F). No forjar por debajo de 850 °C.
- Trabajo en caliente: Realizar entre 816 y 1038 °C (1500 – 1900 °F).
- Trabajo en frío: Solo en estado recocido; el 4140 es más duro que los aceros al carbono simples, por lo que requiere fuerzas mayores.
Soldadura y mecanizado
Sección titulada «Soldadura y mecanizado»Soldadura: Acepta todos los procesos convencionales (arco eléctrico, MIG/MAG, TIG). Si se suelda en estado templado es obligatorio un precalentamiento (200 – 300 °C) y un tratamiento posoldadura para evitar fisuración en frío.
Mecanizado: La maquinabilidad en estado recocido es buena (índice 65 % respecto al acero AISI 1212). Tras el temple y revenido a baja dureza se puede mecanizar con herramientas de carburo, aunque resulta más difícil que en estado recocido.
Aplicaciones
Sección titulada «Aplicaciones»- Automoción e industria mecánica: cigüeñales, ejes, engranajes, bielas, pernos, pasadores, tornillería de alta resistencia.
- Petróleo y gas: bridas, espárragos (ASTM A193 B7), válvulas, tuberías de alta presión.
- Aeronáutica: componentes estructurales como tubos para tren de aterrizaje y soportes críticos.
- Armamento: piezas de armas de fuego (por ejemplo, cañones de fusil y componentes de cierre).
- Bicicletas y automovilismo deportivo: cuadros y jaulas de seguridad (roll cages) gracias a su excelente relación resistencia/peso.
Comparativa con aceros similares
Sección titulada «Comparativa con aceros similares»| Propiedad | AISI 4140 | AISI 4130 | AISI 4340 |
|---|---|---|---|
| Carbono (%) | 0,38 – 0,43 | 0,28 – 0,33 | 0,38 – 0,43 |
| Aleación principal | Cr, Mo | Cr, Mo | Cr, Ni, Mo |
| Resistencia mecánica | Alta | Media‑alta | Muy alta |
| Tenacidad | Buena | Buena | Excelente |
| Soldabilidad | Requiere pre/post | Buena | Requiere pre/post |
| Aplicaciones típicas | Ejes, engranajes, pernos | Tubos aeronáuticos, jaulas | Componentes muy exigentes (aviación, ejes pesados) |
El acero 4140 ofrece un balance óptimo entre resistencia, tenacidad y coste, siendo más robusto que el 4130 pero más económico que el 4340.
Designaciones equivalentes
Sección titulada «Designaciones equivalentes»| Norma / País | Designación |
|---|---|
| AISI / SAE | 4140 |
| UNS | G41400 |
| EN (Europa) | 42CrMo4 (1.7225) / 42CrMoS4 (1.7227) |
| DIN (Alemania) | 42CrMo4 |
| JIS (Japón) | SCM440 |
| BS (Reino Unido) | 708M40 |
| UNI (Italia) | 42CrMo4 |
| AFNOR (Francia) | 42CD4 |
| GOST (Rusia) | 38ChM |
| ASTM | A193 B7, A194 7/7M, A29, A322, A519, entre otras |
Preguntas frecuentes (FAQ)
Sección titulada «Preguntas frecuentes (FAQ)»¿Cuál es la dureza típica del acero 4140 en estado recocido?
La dureza Brinell del 4140 recocido es de 197 HB, equivalente a 92 HRB o 207 HV en escala Vickers.
¿Qué resistencia a la tracción alcanza el 4140 tras temple y revenido?
En secciones de 16 a 40 mm se logra una resistencia a la tracción entre 1000 y 1200 MPa, con un límite elástico mínimo de 750 MPa.
¿Cuál es la temperatura de austenización para el temple del acero 4140?
La temperatura recomendada es de 845 °C (1550 °F), seguida de un enfriamiento rápido en aceite.
¿Hasta qué temperatura mantiene el acero 4140 sus propiedades mecánicas?
Se recomienda su uso hasta aproximadamente 400 °C; por encima de 500 °C la resistencia cae significativamente aunque aún se emplea con revenidos altos.
¿Qué índice de maquinabilidad tiene el 4140 en comparación con un acero de fácil mecanizado?
En estado recocido posee un índice del 65 %, tomando como referencia el acero AISI 1212 con índice 100 %.
¿Cuál es la energía de impacto mínima que garantiza el 4140 bonificado?
Según la sección, se exige un mínimo de 35 J (26 ft·lbf) en ensayo Charpy con entalle en V para diámetros superiores a 16 mm.
Fuentes consultadas
Sección titulada «Fuentes consultadas»- azom.com: https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=6769
- engineeringtoolbox.com: https://www.engineeringtoolbox.com/compositions-steel-d_1494.html
- steelnumber.com: https://www.steelnumber.com/en/equivalent_steel_iron_eu.php?zname_id=371