O aço-liga AISI 4130 é um aço versátil de médio carbono e baixa liga. Também é classificado como um aço de ultra-alta resistência, o que significa que foi projetado para aplicações estruturais que exigem cargas muito elevadas e, frequentemente, exigem uma alta relação resistência-peso, além de boa ductilidade e tenacidade. Sua designação no Sistema Unificado de Numeração (UNS) é G41300. Na Alemanha, corresponde à norma DIN 34CrMo4 e, no Japão, é conhecido como JIS SCM430.
1. Aplicações
- Indústria automotiva: como eixos
- Estruturas aeroespaciais e de mísseis: componentes estruturais de aeronaves e mísseis
- Estruturas Soldadas
- Material da peça de trabalho
- Formas do produto: inclui tubos sem costura e soldados, barras, forjados, chapas, anéis, tarugos e arames de solda
2. Composição do aço 41301
| Carbono (C) | Manganês (Mn) | Silício (Si) | Cromo (Cr) | Molibdênio (Mo) | Fósforo (P) | Enxofre (S) | Cobre (Cu) |
| 0.28-0.33 | 0.40-0.60 | 0.20-0.35 | 0.80-1.10 | 0.15-0.25 | ≤0.035 | ≤0,040 | ≤0.35 |
3. Propriedades do aço 4130
3.1 Propriedades mecânicas
The mechanical properties of AISI 4130 vary significantly depending on the heat treatment e espessura da seção.
3.1.1 Temperado e revenido em água
| Temperatura de têmpera | Resistência à tracção | Resistência ao escoamento | Alongamento em 50 mm (2 pol.), % | Redução de Área, % | Dureza, HB | Energia de Impacto Izod | ||||
| °C | °F | MPa | ksi | MPa | ksi | J | pés-lb | |||
| 205 | 400 | 1765 | 256 | 1520 | 220 | 10 | 33 | 475 | 18 | 13 |
| 260 | 500 | 1670 | 242 | 1430 | 208 | 11.5 | 37 | 455 | 14 | 10 |
| 315 | 600 | 1570 | 228 | 1340 | 195 | 13 | 41 | 425 | 14 | 10 |
| 370 | 700 | 1475 | 214 | 1250 | 182 | 15 | 45 | 400 | 20 | 15 |
| 425 | 800 | 1380 | 200 | 1170 | 170 | 16.5 | 49 | 375 | 34 | 25 |
| 540 | 1000 | 1170 | 170 | 1000 | 145 | 20 | 56 | 325 | 81 | 60 |
| 650 | 1200 | 965 | 140 | 830 | 120 | 22 | 63 | 270 | 135 | 100 |
3.1.2 Temperado e revenido em óleo
| Temperatura de têmpera | Resistência à tracção | Resistência ao escoamento | Alongamento em 50 mm (2 pol.), % | Redução de Área, % | Dureza, HB | Energia de Impacto Izod | ||||
| °C | °F | MPa | ksi | MPa | ksi | J | pés-lb | |||
| 205 | 400 | 1550 | 225 | 1340 | 195 | 11 | 38 | 450 | - | - |
| 260 | 500 | 1500 | 218 | 1275 | 185 | 11.5 | 40 | 440 | - | - |
| 315 | 600 | 1420 | 206 | 1210 | 175 | 12.5 | 43 | 418 | - | - |
| 370 | 700 | 1320 | 192 | 1120 | 162 | 14.5 | 48 | 385 | - | - |
3.1.3 Efeitos da massa nas propriedades típicas do aço de liga 4130 tratado termicamente
| Tamanho da barra | Resistência à tracção | Limite de escoamento | Alongamento em 50 mm (2 pol.), % | Redução de área, % | Dureza superficial, HB |
| milímetros | MPa | ksi | MPa | ksi | % |
| 25 | 1040 | 151 | 880 | 128 | 18 |
| 50 | 740 | 107 | 570 | 83 | 20 |
| 75 | 710 | 103 | 540 | 78 | 22 |
3.2 Physical Properties2
- Condutividade térmica: A 200 °C, a condutividade térmica do 4130 temperado e revenido é de 12,2 W/m·K.
- Coeficiente de Expansão Térmica: Para 4130 temperado e revenido, o coeficiente de expansão térmica é 14,6 x 10^-6/°C na faixa de 20–100 °C e 20–600 °C.
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4. Tratamento térmico
The heat treatments for 4130 steel include normalizing, annealing, hardening, tempering, and stress relief.
4.1 Normalizing
The purpose of normalizing is to refine the grain size and achieve a complete solution of the original structure, resulting in the formation of austenite.
Sugerimos que a temperatura de normalização seja 870-925°C (1600-1700°F), com um tempo de imersão de pelo menos 1 hora ou 15 a 20 minutos por 25 mm (1 polegada) de espessura máxima da seção, seguido de resfriamento ao ar.
4.2 Annealing
O recozimento é usado para amolecer o AISI 4130, aumentando assim sua trabalhabilidade e usinabilidade.
A faixa de temperatura de recozimento é 830 a 870°C (1525 a 1600°F), com tempo de espera variando dependendo da espessura da seção ou da carga do forno. Em seguida, é resfriado a uma taxa de 15 °C/h (30 °F/h) até 480 °C (900 °F) e, finalmente, resfriado a ar.
4.3 Têmpera
O objetivo é transformar a microestrutura do aço 4130 em martensita ou bainita, proporcionando alta dureza e tenacidade.
The quenching medium is water or oil. The hardening temperature ranges from 860 to 885 °C (1575 to 1625 °F) for oil quenching and from 845 a 870 °C (1550 a 1600 °F) para têmpera em água.
Como o material 4130 apresenta baixa temperabilidade, sua espessura de seção deve ser cuidadosamente considerada quando se busca alta dureza ou resistência. Quando comparado a Aço 4140, que tem maior teor de carbono e, portanto, maior temperabilidade, o material 4130 é menos propenso a rachaduras e distorções durante a têmpera.
4.4 Têmpera
Tempering is performed after hardening to reduce internal stresses, increase ductility and toughness, and adjust hardness to the desired level.
A faixa de temperatura de revenimento para o aço 4130 é ampla, desde 200 a 700 °C (400 a 1300 °F)A temperatura específica escolhida dependerá das propriedades finais desejadas. O revenimento deve ocorrer assim que as peças 4130 atingirem de 52 a 65 °C (125 a 150 °F) após a têmpera.
O revenimento influencia significativamente as propriedades mecânicas do AISI 4130 em temperatura ambiente, incluindo resistência à tração, resistência ao escoamento e energia de impacto Izod.
4.5 Stress Relieving
O tratamento térmico de alívio de tensões é usado para eliminar tensões geradas no material 4130 durante o processamento, como endireitamento, conformação ou usinagem.
Recomendamos uma faixa de temperatura de 650 a 675°C (1200 a 1250°F). Para material 4130 endurecido, a temperatura de alívio de tensão não deve exceder as temperaturas de revenimento aplicadas anteriormente.
5. Notas equivalentes
- ASTM: A322, A29/A29M
- SAE: J404
- JIS (Japão): SCM 425, SCM 430
- Alemanha: DIN 34CrMo4
- ASM Internacional. (1991). Manual ASM, Volume 4: Tratamento Térmico (p. 496). ASM Internacional. ↩︎
- ASM Internacional. (1991). Manual ASM, Volume 4: Tratamento Térmico (págs. 500-501). ASM Internacional. ↩︎
Perguntas frequentes
Não, o 4130 não é classificado como um aço de alto carbono; é um aço de médio carbono e baixa liga.
Sim. Embora o aço 4130 contenha cromo, ele não está presente em quantidades suficientes para oferecer a resistência à corrosão encontrada no aço inoxidável. Portanto, é propenso à ferrugem. O molibdênio melhora sua resistência à corrosão localizada, como a corrosão por pites.
O aço-liga 4130 é um material resistente, classificado como aço de médio carbono e baixa liga, pertencente à família dos "aços de ultra-alta resistência". Sua resistência pode variar significativamente dependendo de suas condições, como tratamento térmico (recozido, normalizado, temperado e revenido), processamento (trefilado, fundido) e até mesmo do tamanho da seção.
O aço 4130 é usinável, mas a facilidade ou dificuldade de usiná-lo depende significativamente do seu tratamento térmico e da dureza resultante.
O aço 4130 pode ser dobrado, especialmente quando recozido ou temperado adequadamente para aumentar sua ductilidade e reduzir seu limite de escoamento.
Sim, o aço 4130 apresenta boa soldabilidade devido ao seu menor teor de carbono, o que reduz o endurecimento da solda e o risco de trincas. Processos padrão como GTAW (TIG) ou SMAW podem ser utilizados. As melhores práticas incluem o pré-aquecimento para seções com espessura superior a 0,12 polegadas (a cerca de 300°F/150°C), o uso de um material de enchimento adequado como o ER70S-2, evitando calor excessivo e permitindo um resfriamento suave. O tratamento térmico pós-soldagem pode ser necessário em aplicações críticas para aliviar tensões residuais e melhorar a tenacidade da solda.
O aço 4130 é um tipo de aço de baixa liga comumente conhecido como aço cromo-molibdênio (Cromoly). É popular em diversos setores por sua resistência, leveza e boa soldabilidade.
No sistema de classificação SAE-AISI de quatro dígitos, o primeiro dígito (4) indica que o aço pertence à classe de liga de molibdênio. O segundo dígito (1) especifica uma concentração aproximada de cromo 1% e molibdênio em massa. Os dois últimos dígitos (30) representam o teor de carbono, que é de 0,30%.
“Chromoly” é um termo informal para a família de aços SAE 41xx. Esses aços, incluindo o 4130, são ligados com cromo e molibdênio, o que lhes confere uma excelente relação resistência-peso e os torna consideravelmente mais resistentes e duros do que o aço 1020 padrão.
Os principais elementos de liga são o cromo (Cr) e o molibdênio (Mo). O carbono (C) aumenta a resistência e a dureza. O cromo melhora a temperabilidade, a resistência à corrosão e a resistência ao desgaste. O molibdênio aumenta a resistência a altas temperaturas, a resistência à fluência e a tenacidade, além de refinar a estrutura dos grãos.
O aço 4130 é composto principalmente por Carbono (C) (0,28% – 0,33%), Cromo (Cr) (0,8% – 1,1%) e Molibdênio (Mo) (0,15% – 0,25%). Contém também Manganês (0,40% – 0,60%) e Silício (0,15% – 0,35%).
O aço 4130 possui resistência à tração variando de 560 MPa (81.000 psi) a 725 MPa (105.000 psi) e limite de escoamento de aproximadamente 460 MPa (67.000 psi), dependendo do tratamento térmico. Oferece boa resistência ao impacto e apresenta alta ductilidade (alongamento na ruptura entre 21,50% e 25,5%). Sua dureza Rockwell B é tipicamente de 92-95.
A densidade do aço 4130 é 7,85 g/cm³ (0,284 lb/in³).
Sim, o aço cromo 4130 possui altíssima resistência à fluência e à fadiga. Essa propriedade é crucial para aplicações que envolvem tensões repetidas ou cargas cíclicas.
O aço 4130 é considerado mais usinável do que aços com alto teor de carbono, como o 4140, principalmente devido ao seu menor teor de carbono. Oferece menor resistência às ferramentas de corte, resultando em cortes mais limpos, maior vida útil da ferramenta e menor formação de cavacos. Sua classificação média de usinabilidade na condição recozida é de cerca de 70%.
O revenimento é fundamental porque o aço 4130, em sua condição de têmpera, é muito frágil devido à sua alta dureza e tensões internas. O revenimento (reaquecimento a uma temperatura mais baixa) alivia essas tensões, reduz a fragilidade e melhora a tenacidade e a ductilidade, mantendo parte da dureza aumentada pela têmpera.
Sim, o aço cromo 4130 pode ser submetido a processos de encruamento. Processos mecânicos, como o trabalho a frio, podem aumentar ainda mais sua dureza, resistência à tração e limite de escoamento.
O aço 4130 é amplamente utilizado em aplicações que exigem um equilíbrio entre resistência, tenacidade e soldabilidade. Seus usos comuns incluem:
Aeroespacial: componentes da fuselagem da aeronave, trem de pouso, suportes de motor.
Automotivo/Esportes motorizados: Gaiolas de proteção em carros de corrida, componentes de suspensão, peças de transmissão, chassis.
Quadros de bicicleta: quadros de mountain bike de alta qualidade e personalizados.
Petróleo e gás: colares de perfuração e componentes de cabeça de poço.
Armas de fogo: Mangas de cano e componentes do receptor.
Máquinas industriais: rolamentos, engrenagens, eixos, eixos e algumas ferramentas.
The primary difference is the carbon content: 4130 has a carbon content of 0.28% to 0.33%, while 4140 has a carbon content of 0.38% to 0.43%. This higher carbon makes 4140 stronger and harder (higher tensile and yield strength), but 4130 offers a better balance of strength and toughness with slightly better impact resistance. 4130 is also more machinable and has better weldability than 4140. 4130 is generally slightly less expensive. For more information, please read Aço 4130 vs 4140.
Não, o aço 4130 é um aço de liga, especificamente um aço de baixa liga. O aço carbono (por exemplo, aço carbono 1018) é geralmente mais fraco e menos durável, carecendo dos elementos de liga especializados que conferem ao aço 4130 suas propriedades aprimoradas, como maior resistência à tração, tenacidade e resistência à fadiga.
O aço 4130 é conhecido por sua excelente relação resistência-peso. Enquanto o alumínio normalmente apresenta uma relação rigidez-peso mais alta, o aço (incluindo o 4130) apresenta uma relação resistência-peso mais alta. O limite de escoamento do 4130 (435 MPa) supera significativamente o da maioria das ligas de alumínio.
Aços inoxidáveis (por exemplo, 304) oferecem resistência superior à corrosão devido ao seu maior teor de cromo. No entanto, os aços inoxidáveis tendem a ser mais densos e geralmente não correspondem à excepcional relação resistência-peso do 4130. Embora o 4130 seja soldável, o aço inoxidável pode exigir um controle térmico mais preciso durante a soldagem para manter suas propriedades.
Após a têmpera, o aço 4130 pode atingir sua dureza máxima, potencialmente variando de 20 HRC a 50 HRC (escala Rockwell C), dependendo dos parâmetros específicos do tratamento térmico e da temperatura de revenimento. Para aplicações práticas que também exigem tenacidade, uma faixa de dureza mais comum após o revenimento adequado é de 38 HRC a 42 HRC. Em sua condição recozida, apresenta uma dureza em torno de 155 HRC (Dureza Brinell) e, após a normalização, varia de 165 a 220 HRC.
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