Acero 4340 propiedades
El acero AISI 4340 es un acero de baja aleación con un contenido de carbono de entre 0.37 % y 0.43 % que, mediante tratamiento térmico, alcanza altos niveles de resistencia y tenacidad. Se clasifica como un acero al cromo-níquel-molibdeno y se suministra normalmente en estado bonificado o recocido. Su capacidad de templar en secciones gruesas lo convierte en una opción frecuente para piezas estructurales sometidas a esfuerzos elevados y fatiga.
Composición química
Sección titulada «Composición química»El acero 4340 contiene aproximadamente 0.40 % de carbono y se caracteriza por la presencia de níquel (1.65‑2.00 %), cromo (0.70‑0.90 %) y molibdeno (0.20‑0.30 %). La tabla siguiente recoge los intervalos típicos de composición, con los límites de fósforo y azufre correspondientes a la especificación de grado aeronáutico.
| Elemento | Mínimo (%) | Máximo (%) |
|---|---|---|
| Hierro, Fe | 95.10 | 96.27 |
| Níquel, Ni | 1.65 | 2.00 |
| Cromo, Cr | 0.70 | 0.90 |
| Manganeso, Mn | 0.65 | 0.90 |
| Carbono, C | 0.38 | 0.43 |
| Molibdeno, Mo | 0.20 | 0.30 |
| Silicio, Si | 0.15 | 0.35 |
| Azufre, S | — | 0.010 |
| Fósforo, P | — | 0.010 |
En calidades comerciales de construcción mecánica (ASTM A29) los contenidos máximos de P y S pueden llegar hasta 0.035 % y 0.040 % respectivamente.
Propiedades físicas
Sección titulada «Propiedades físicas»La densidad del acero 4340 es de 7.85 g/cm³ (0.284 lb/in³) y su punto de fusión se sitúa en 1427 °C (2600 °F). Estos valores, junto con otras constantes físicas, se presentan a continuación.
| Propiedad | Sistema Métrico | Sistema Imperial |
|---|---|---|
| Densidad | 7.85 g/cm³ | 0.284 lb/in³ |
| Punto de fusión | 1427 °C | 2600 °F |
Propiedades mecánicas
Sección titulada «Propiedades mecánicas»En estado recocido el acero 4340 presenta una resistencia a la tracción de 745 MPa (108 ksi) y puede superar los 1960 MPa (284 ksi) tras temple y revenido a baja temperatura. La tabla siguiente resume las propiedades mecánicas representativas para las condiciones de suministro y de tratamiento térmico más habituales.
| Condición | Resistencia a la tracción [MPa / ksi] | Límite elástico [MPa / ksi] | Elongación en 50 mm [%] | Reducción de área [%] | Dureza Brinell [HB] | Dureza Rockwell [HRC] |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Recocido (844 °C, enf. horno) | 745 / 108 | 470 / 68.2 | 22 | 50 | 217 | 17 |
| Temple en aceite + revenido 425 °C | 1965 / 285 | 1725 / 250 | 11 | 45 | — | 53 |
| Temple en aceite + revenido 540 °C | 1240 / 180 | 1100 / 160 | 14 | 50 | 380 | 38 |
| Temple en aceite + revenido 650 °C | 1000 / 145 | 850 / 123 | 20 | 55 | 300 | 28 |
Las constantes elásticas son prácticamente independientes del estado de tratamiento:
- Módulo de elasticidad: 190‑210 GPa (27.6‑30.5 Msi)
- Coeficiente de Poisson: 0.27‑0.30
- Módulo de cortadura: 80 GPa (11.6 Msi)
- Módulo de compresibilidad: 140 GPa (20.3 Msi)
Propiedades térmicas
Sección titulada «Propiedades térmicas»El coeficiente de dilatación térmica lineal a 20 °C es 12.3 µm/m·°C (6.83 µin/in·°F) tras temple en aceite y revenido a 600 °C. La conductividad térmica y el calor específico se reflejan en la tabla.
| Propiedad | Métrico | Imperial |
|---|---|---|
| Coeficiente de dilatación térmica (20 °C, temple + revenido 600 °C) | 12.3 µm/m·°C | 6.83 µin/in·°F |
| Conductividad térmica (típica en aceros) | 44.5 W/m·K | 309 BTU·in/hr·ft²·°F |
Tratamiento térmico
Sección titulada «Tratamiento térmico»Los tratamientos térmicos del acero 4340 incluyen austenización a 816‑857 °C, temple en aceite y revenido entre 205 °C y 649 °C. Los parámetros recomendados para cada etapa son:
- Forja: 982‑1121 °C (1800‑2050 °F); enfriar lentamente después de forjar.
- Recocido: calentar a 844 °C (1550 °F), mantener y enfriar en horno.
- Normalizado: 844‑899 °C (1550‑1650 °F), enfriamiento al aire.
- Austinización para temple: 816‑857 °C (1500‑1575 °F).
- Medio de temple: aceite; en secciones delgadas puede usarse agua, aunque aumenta el riesgo de distorsión y fisuración.
- Revenido: seleccionar entre 205 °C (400 °F) para máxima resistencia y 649 °C (1200 °F) para máxima tenacidad. Mantener al menos 1 h por pulgada de espesor.
Soldadura
Sección titulada «Soldadura»El acero 4340 tiene una soldabilidad aceptable si se precalienta a 200‑300 °C y se realiza un tratamiento post‑soldadura de alivio de tensiones a temperaturas próximas a 600 °C. Se recomienda aporte de material de bajo hidrógeno (por ejemplo electrodos E12018 o AWS ER80S‑B2) y, siempre que sea posible, aplicar un recocido de normalizado después de soldar para restaurar la microestructura de la zona afectada térmicamente.
Mecanizado
Sección titulada «Mecanizado»La maquinabilidad del acero 4340 en estado recocido y estirado en frío se califica como 57 %, tomando como referencia 100 % para el acero de fácil mecanizado AISI 1212. Esta baja maquinabilidad exige velocidades de corte reducidas, refrigeración abundante y el empleo de herramientas de carburo metálico o acero rápido con recubrimientos avanzados.
Aplicaciones
Sección titulada «Aplicaciones»Por su capacidad de temple profundo y alta resistencia, el acero 4340 se emplea en componentes como ejes de transmisión de hasta 500 mm de diámetro, pernos estructurales de clase 12.9 y trenes de aterrizaje de aeronaves. Se encuentra habitualmente en los siguientes sectores:
- Aeronáutica: soportes estructurales, bielas, bulkheads.
- Automoción y vehículos pesados: cigüeñales, palieres, engranajes de caja de cambios.
- Petróleo y gas: árboles de Navidad submarinos, bridas, ejes de bombas.
- Maquinaria pesada: ejes de molinos, mandrinos de laminación, portamatrices.
Designaciones equivalentes
Sección titulada «Designaciones equivalentes»El acero AISI 4340 tiene como equivalente europeo más cercano el 34CrNiMo6 (EN 1.6582) y una amplia gama de designaciones internacionales.
| Norma / País | Designación |
|---|---|
| AISI / SAE (EE.UU.) | 4340 |
| UNS (EE.UU.) | G43400 |
| EN (Europa) | 34CrNiMo6 (1.6582) |
| DIN (Alemania) | 34CrNiMo6 |
| JIS (Japón) | SNCM447 |
| AFNOR (Francia) | 35NCD6 |
| BS (Reino Unido) | 817M40 |
| GOST (Rusia) | 40KHN2MA |
| ASTM | A29, A322, A331, A519, A646, A711 (entre otras) |
| AMS | 6359, 6409, 6414, 6415, 6454 |
Comparativa con aceros similares
Sección titulada «Comparativa con aceros similares»Frente al acero 4140, el 4340 incluye un 1.65‑2.00 % de níquel, lo que le confiere mayor tenacidad y templabilidad, alcanzando resistencias superiores a 1960 MPa en contraste con los aproximadamente 1500 MPa del 4140 en condiciones similares. La tabla siguiente contrasta algunas características clave de tres aceros de referencia.
| Propiedad | AISI 4130 | AISI 4140 | AISI 4340 |
|---|---|---|---|
| Carbono típico (%) | 0.30 | 0.40 | 0.40 |
| Aleantes principales | Cr, Mo | Cr, Mo | Cr, Ni, Mo |
| Níquel (%) | — | — | 1.65‑2.00 |
| Resistencia máx. alcanzable (MPa) | ~1300 | ~1500 | >1960 |
| Tenacidad a baja temperatura | Baja | Media | Alta |
| Diámetro de temple crítico (pulgadas) | ~1.5 | ~2.5 | ~4.0 |
El 4340 suele elegirse cuando la pieza va a estar sometida a altos niveles de fatiga, impacto o grandes secciones que requieran propiedades homogéneas en el núcleo.
Preguntas frecuentes (FAQ)
Sección titulada «Preguntas frecuentes (FAQ)»¿Cuál es la composición química del acero 4340?
Sección titulada «¿Cuál es la composición química del acero 4340?»Contiene 0.38‑0.43 % de carbono, 0.65‑0.90 % de manganeso, 0.70‑0.90 % de cromo, 1.65‑2.00 % de níquel, 0.20‑0.30 % de molibdeno, 0.15‑0.35 % de silicio y el resto hierro.
¿Cuál es la resistencia a la tracción máxima que puede alcanzar el acero 4340?
Sección titulada «¿Cuál es la resistencia a la tracción máxima que puede alcanzar el acero 4340?»Supera los 1960 MPa (285 ksi) cuando se templa en aceite desde 845 °C y se reviene a unos 425 °C.
¿Qué dureza máxima se puede obtener en el acero 4340?
Sección titulada «¿Qué dureza máxima se puede obtener en el acero 4340?»Alcanza hasta 53 HRC (aproximadamente 560 HB) en estado de temple y revenido bajo, aunque la dureza se reduce al aumentar la temperatura de revenido.
¿Cuál es el equivalente europeo del acero 4340?
Sección titulada «¿Cuál es el equivalente europeo del acero 4340?»El grado 34CrNiMo6 (EN 1.6582) es el equivalente normalizado más próximo.
¿Cuál es la maquinabilidad del acero 4340 en estado recocido?
Sección titulada «¿Cuál es la maquinabilidad del acero 4340 en estado recocido?»En estado recocido y estirado en frío su maquinabilidad es del 57 % en comparación con el acero AISI 1212, que se toma como referencia 100 %.
¿A qué temperatura funde el acero 4340?
Sección titulada «¿A qué temperatura funde el acero 4340?»Su punto de fusión se sitúa alrededor de 1427 °C (2600 °F).
Fuentes consultadas
Sección titulada «Fuentes consultadas»- azom.com: https://www.azom.com/article.aspx?ArticleID=6772
- engineeringtoolbox.com: https://www.engineeringtoolbox.com/aisi-sae-steel-numbering-system-d_1449.html
- steelnumber.com: https://www.steelnumber.com/en/equivalent_steel_iron_eu.php?zname_id=402