Comprensión de la resistencia a la tracción del acero 4140

Al seleccionar materiales para aplicaciones exigentes, comprender las propiedades mecánicas es fundamental. Para los ingenieros que trabajan con componentes estructurales y maquinaria, la resistencia a la tracción es una métrica clave. Analicemos el acero AISI 4140, una opción popular que ofrecemos aquí. Acero Aobo, y en concreto su resistencia a la tracción.

¿Qué es el acero 4140?

En primer lugar, el AISI 4140 es un acero de aleación media, específicamente de tipo cromo-molibdeno (Cr-Mo). Su composición típica, según la norma AISI, incluye entre 0,38% y 0,45% de carbono, entre 0,90% y 1,2% de cromo y entre 0,15% y 0,30% de molibdeno. El contenido de molibdeno es importante, ya que contribuye a lograr una microestructura fina tras el trabajo en caliente y el tratamiento térmico, lo que resulta en un buen equilibrio entre resistencia y tenacidad.

Este acero es conocido por su alta templabilidad, lo que significa que puede alcanzar una alta resistencia incluso en componentes de mayor tamaño. Esto lo hace adecuado para piezas de maquinaria con secciones transversales considerables que requieren mayor resistencia tras el refinamiento. En Aobo Steel, solemos suministrar acero 4140 para piezas exigentes, como cigüeñales y ejes, donde ofrece un excelente rendimiento tanto bajo cargas estáticas como dinámicas.

Resistencia a la tracción: varía

Ahora, analicemos las cifras. La resistencia a la tracción del acero 4140 no es un valor fijo. Depende significativamente de su estado y, fundamentalmente, de... tratamiento térmico Se aplican, en particular la temperatura de revenido posterior al temple. El temple y el revenido son procesos estándar que mejoran significativamente sus propiedades, lo que resulta en una mayor resistencia a la fluencia y a la tracción, así como una mejor tenacidad a la entalla en comparación con los productos laminados en caliente. recocido, o normalizado estados.

A continuación se muestra un desglose de los valores típicos de resistencia a la tracción según la condición:

• Estado recocido: Tras el recocido, el acero 4140 es más blando y dúctil. La resistencia a la tracción en este estado suele ser menor, oscilando entre aproximadamente 620 MPa (90 ksi) y 703 MPa (102 ksi). Sin embargo, algunas fuentes pueden indicar variaciones de hasta 150-200 ksi, dependiendo de los métodos de procesamiento específicos, como el laminado en caliente o el estirado en frío.
• Condición templada y revenida (Q&T): Aquí es donde el acero 4140 demuestra verdaderamente su potencial de resistencia. El temple crea una estructura martensítica dura, y el revenido la ajusta para lograr el equilibrio deseado entre resistencia y tenacidad. Cabe destacar que las temperaturas de revenido más altas generalmente resultan en una menor resistencia a la tracción, pero una mayor tenacidad y ductilidad. A continuación, se presentan los valores típicos de resistencia a la tracción para barras de acero 4140 templadas en aceite (desde 845 °C/1550 °F) al revenerarse a diferentes temperaturas:
  • Templado a 205 °C (400 °F): ~1965 MPa (285 ksi)
  • Templado a 315 °C (600 °F): ~1720 MPa (250 ksi)
  • Templado a 425 °C (800 °F): ~1450 MPa (210 ksi)
  • Templado a 540 °C (1000 °F): ~1150 MPa (167 ksi)
  • Templado a 650 °C (1200 °F): ~900 MPa (130 ksi)
  • Templado a 705 °C (1300 °F): ~810 MPa (117 ksi)
  Como puede ver, el templado permite un control preciso sobre las propiedades mecánicas finales.

El efecto del tamaño (Mass Effect)

Para niveles de alta resistencia, el tamaño o la sección transversal del componente 4140 es crucial. Si bien presenta buena templabilidad, no presenta un endurecimiento tan profundo como el de otras aleaciones, como la 4340. Para piezas de mayor diámetro, lograr una alta resistencia uniforme en toda la sección transversal, especialmente con temple en aceite, se vuelve más difícil.

Por ejemplo, los datos muestran que para el acero 4140 templado en aceite a 845 °C (1550 °F) y revenido a 540 °C (1000 °F):

• Una barra de 25 mm (1 pulgada) podría alcanzar ~1140 MPa (165 ksi).
• Una barra de 50 mm (2 pulgadas) podría alcanzar ~920 MPa (133 ksi).
• Una barra de 75 mm (3 pulgadas) podría alcanzar ~860 MPa (125 ksi).

La resistencia a la tracción disminuye a medida que aumenta el diámetro debido a la velocidad de enfriamiento más lenta en el interior del material durante el enfriamiento.

Resumen y consideraciones

En resumen, la resistencia a la tracción del acero 4140 depende en gran medida de su tratamiento térmico. En el recocido, ronda los 620-703 MPa (90-102 ksi). En el temple y revenido, especialmente a temperaturas de revenido más bajas, puede alcanzar resistencias cercanas a los 1965 MPa (285 ksi). Sin embargo, recuerde que las secciones más grandes suelen tener una resistencia alcanzable menor debido al efecto de masa.

También es vital considerar otras propiedades junto con la resistencia a la tracción, como:

• Fuerza de fluencia: Generalmente alto en condiciones Q&T con una alta relación con la resistencia a la tracción.
• Ductilidad: Medido por elongación y reducción de área.
• Tenacidad: Medido mediante pruebas de impacto como Izod o Charpy.

El revenido nos permite ajustar este equilibrio. Aumentar la temperatura de revenido reduce la resistencia, pero mejora la ductilidad y la tenacidad. Cabe destacar también que generalmente se evita el revenido del acero 4140 entre aproximadamente 230 °C y 370 °C (450 °F y 700 °F) para prevenir la fragilidad azul.

En Aobo Steel, con más de 20 años de experiencia en acero para herramientas, comprendemos estos matices. Si tiene un componente específico, conoce las dimensiones y las propiedades requeridas (incluida la tenacidad), podemos asesorarle sobre el tratamiento térmico óptimo y las condiciones de suministro para satisfacer sus necesidades específicas. No dude en contactarnos para hablar sobre los requisitos de su proyecto.