4340 Propiedades del acero
El acero 4340 es una aleación de níquel-cromo-molibdeno de carbono medio (AISI/SAE 4340). Pertenece a la categoría de aceros estructurales de ultra alta resistencia y se valora por su gran templabilidad, alta tenacidad a alta resistencia y excelente comportamiento ante la fatiga. Sus aplicaciones típicas incluyen trenes de aterrizaje de aeronaves, ejes y ejes de alta resistencia, engranajes, cigüeñales y otras piezas sometidas a altas tensiones en secciones gruesas.
Es útil establecer expectativas desde el principio. El acero 4340 no es un acero para herramientas. Es un acero aleado estructural y no está diseñado para la resistencia al desgaste ni la dureza en caliente requeridas para el troquelado y el corte. Si está eligiendo un material para un troquel, punzón o herramienta para trabajo en caliente, consulte la comparación con aceros para herramientas más adelante.
Equivalentes internacionales
| Estándar | Designación |
| AISI/SAE (EE. UU.) | 4340 |
| GB (China) | 40CrNiMoA |
| JIS (Japón) | SNCM439 |
| DIN/EN (Alemania) | 1,6565 (40NiCrMo6) |
| BS (Reino Unido) | 817M40 (EN24) |
Se trata de equivalentes cercanos, no de réplicas exactas. El SNCM439 es el que más se asemeja al AISI 4340 en cuanto a contenido de níquel. El GB 40CrNiMoA se sitúa en el extremo inferior de la banda de níquel, entre el 1,25 y el 1,65 %, en comparación con el 1,65 al 2,00 % del 4340, y el 817M40 contiene mayor cantidad de cromo. Confirme la especificación exacta al realizar sustituciones cruzadas.
Composición química
| Elemento | AISI 4340 | GB 40CrNiMoA |
| Carbono © | 0,38 a 0,43 | 0,37 a 0,44 |
| Manganeso (Mn) | 0,60 a 0,80 | 0,50 a 0,80 |
| Silicio (Si) | 0,15 a 0,35 | 0,17 a 0,37 |
| Níquel (Ni) | 1,65 a 2,00 | 1,25 a 1,65 |
| Cromo (Cr) | 0,70 a 0,90 | 0,60 a 0,90 |
| Molibdeno (Mo) | 0,20 a 0,30 | 0,15 a 0,25 |
| Fósforo (P) | 0,035 máximo | 0,035 máximo |
| Azufre (S) | 0,040 máx. | 0,035 máximo |
Valores expresados en porcentaje. La combinación de níquel, cromo y molibdeno es lo que confiere al acero 4340 su carácter distintivo. El níquel aumenta la tenacidad, especialmente a bajas temperaturas, y, junto con el cromo y el molibdeno, favorece la templabilidad en las capas más profundas de la sección. El molibdeno también reduce la susceptibilidad a la fragilización por revenido y contribuye a que el acero mantenga su resistencia durante este proceso.
Propiedades mecánicas y respuesta al tratamiento térmico
El acero 4340 alcanza una resistencia muy alta sin perder su tenacidad, y ese equilibrio es su característica principal. Las cifras que se muestran a continuación representan rangos típicos para un temple en aceite seguido de un revenido. Los valores reales dependen del tamaño de la sección, la temperatura exacta de revenido y la norma de ensayo.
| Condición | De tensión | Producir | Alargamiento | Dureza |
| Recocido | ~745 MPa | ~470 MPa | ~22% | ~217 HB |
| Templado y templado, a baja temperatura (~200 °C) | 1800 a 2000 MPa | 1500 a 1700 MPa | 8 a 12% | 50 a 54 HRC |
| Templado y templado, temperatura media (~400 °C) | 1300 a 1500 MPa | 1150 a 1350 MPa | 10 a 14% | 40 a 45 HRC |
| Templado y templado, alta temperatura (~600 °C) | 1000 a 1200 MPa | 850 a 1000 MPa | 14 a 20% | 32 a 38 HRC |
La dureza en estado de temple es de aproximadamente 55-57 HRC antes del revenido. El revenido sacrifica dureza y resistencia a cambio de tenacidad y ductilidad, por lo que el punto de trabajo se elige de acuerdo con la carga aplicada.
Rangos de templado a tener en cuenta
Dos formas de fragilización son importantes al templar el acero 4340. El templado entre 230 °C y 370 °C puede causar fragilización de la martensita templada, lo que reduce la tenacidad al impacto, aunque la dureza se mantenga alta. Por otro lado, el enfriamiento lento entre 375 °C y 575 °C aproximadamente puede causar fragilización reversible por templado, debido a la segregación de fósforo en los límites de grano de la austenita previa. Para piezas sometidas a cargas de impacto, los fabricantes suelen mantener el templado por debajo de 230 °C o por encima de 425 °C, y enfrían rápidamente desde el rango de alta temperatura de templado. El molibdeno en el acero 4340 reduce esta sensibilidad, pero no la elimina.
Templabilidad: La principal ventaja
La gran templabilidad es la razón por la que los ingenieros prefieren el acero 4340 a los aceros de aleación más delgados. El sistema níquel-cromo-molibdeno permite que el 4340 se transforme en martensita en secciones gruesas durante el temple en aceite, de modo que un eje grande o un componente del tren de aterrizaje puede alcanzar una dureza casi uniforme desde la superficie hasta el núcleo. Los aceros más delgados, como el 4140, se endurecen bien en barras más pequeñas, pero tienden a ablandarse en el centro de secciones gruesas, dejando un núcleo más blando y débil. Cuando se requieren todas las propiedades en secciones de más de 75-100 mm aproximadamente, el 4340 suele ser la opción más práctica.
4340 vs 4140
4140 Los aceros 4140 y 4340 comparten la base de cromo-molibdeno. La diferencia radica en el níquel. El 4140 prácticamente no contiene níquel, mientras que el 4340 contiene entre un 1,65 y un 2,00 por ciento, y ese níquel es lo que los distingue en la práctica.
| Propiedad | 4340 | 4140 |
| Templanzabilidad profunda | Excelente en secciones pesadas | Moderado |
| Resistencia a alta fuerza | Excelente | Bien |
| Resistencia a la fatiga | Más alto | Bien |
| Resistencia a bajas temperaturas | Bien | Adecuado |
| Costo relativo | Mayor (contenido de níquel) | Más bajo |
Elija el acero 4340 en lugar del 4140 cuando se requiera la máxima dureza en secciones gruesas que el 4140 no puede endurecer por completo, cuando se necesite la máxima tenacidad a alta resistencia, cuando la pieza esté sometida a cargas de fatiga, como en componentes de aeronaves y ejes de alta resistencia, o cuando la tenacidad a bajas temperaturas sea importante. Para secciones más ligeras con resistencia moderada, el 4140 suele ser la opción más económica.
Acero 4340 frente a acero para herramientas
Esta es la distinción que atrae a muchos compradores a esta página, por lo que conviene ser directos. El acero 4340 no sustituye al acero para herramientas en trabajos de troquelado y corte.
| Requisito | 4340 | Acero para herramientas (D2 / H13) |
| Resistencia al desgaste | Bajo | Alto, por volumen de carburo |
| Dureza en caliente | Pobre | Bueno (H13) |
| retención de bordes | Pobre | Bien |
| Dureza práctica máxima | ~50 a 55 HRC | 58 a 64 HRC |
| Resistencia estructural con tenacidad | Excelente | Moderado |
El acero 4340 gana cuando la pieza es estructural y requiere extrema resistencia y tenacidad a temperatura ambiente o moderada. El acero para herramientas gana cuando la pieza debe resistir el desgaste, mantener un filo de corte o permanecer dura a temperaturas elevadas. Un troquel de trabajo en frío requiere D2 o A2. Una matriz de trabajo en caliente o herramienta de extrusión requiere H13 o H11. El uso de 4340 en esas funciones produce desgaste y deformación prematuros.
Aplicaciones comunes
El acero 4340 se utiliza en trenes de aterrizaje y componentes estructurales de aeronaves, ejes de helicópteros y sistemas de propulsión, ejes y árboles de transmisión de alta resistencia, engranajes, cigüeñales, pernos de alta resistencia y cañones de armas. Las piezas aeroespaciales críticas para la fatiga suelen fabricarse con acero 4340 refundido al vacío (VAR o ESR) para reducir las inclusiones y aumentar la vida útil, ya que un acero más limpio resiste la iniciación de grietas bajo cargas cíclicas.