4340 Propriedades do Aço

O aço 4340 é um aço-liga de níquel-cromo-molibdênio com teor médio de carbono (AISI/SAE 4340). Pertence à classe dos aços estruturais de ultra-alta resistência e é valorizado por sua temperabilidade em altas temperaturas, alta tenacidade em altas resistências e excelente desempenho à fadiga. Suas aplicações típicas incluem trens de pouso de aeronaves, eixos e engrenagens de grande porte, virabrequins e outras peças que suportam altas tensões em seções espessas.

É importante definir expectativas desde o início. O aço 4340 não é um aço ferramenta. Trata-se de um aço-liga estrutural e não foi projetado para a resistência ao desgaste ou a dureza a quente necessárias para trabalhos de corte e usinagem. Se você estiver escolhendo um material para uma matriz, punção ou ferramenta de trabalho a quente, consulte a comparação com os aços ferramenta mais adiante.

Equivalentes Internacionais

Esses aços são equivalentes aproximados, e não correspondências exatas. O SNCM439 é o que mais se assemelha ao AISI 4340 em termos de teor de níquel. O GB 40CrNiMoA situa-se na extremidade inferior da faixa de níquel, com 1,25 a 1,65%, em comparação com 1,65 a 2,00% para o 4340, e o 817M40 apresenta um teor de cromo mais elevado. Confirme a especificação exata ao realizar substituições cruzadas.

Composição Química

Valores em porcentagem. A combinação de níquel, cromo e molibdênio é o que confere ao aço 4340 suas características. O níquel aumenta a tenacidade, especialmente em baixas temperaturas, e atua em conjunto com o cromo e o molibdênio para aumentar a temperabilidade em toda a espessura da peça. O molibdênio também reduz a suscetibilidade à fragilização por revenido e ajuda o aço a manter sua resistência durante o processo de revenido.

Propriedades mecânicas e resposta ao tratamento térmico

O aço 4340 atinge uma resistência muito alta, mantendo uma tenacidade utilizável, e esse equilíbrio é sua propriedade definidora. Os valores abaixo representam faixas típicas para têmpera em óleo seguida de revenido. Os valores reais dependem da dimensão da seção transversal, da temperatura exata de revenido e da norma de ensaio.

A dureza após têmpera é de aproximadamente 55-57 HRC antes do revenido. O revenido sacrifica dureza e resistência em prol de tenacidade e ductilidade, portanto, o ponto de trabalho é escolhido para corresponder à carga aplicada.

Faixas de têmpera a serem observadas

Duas formas de fragilização são relevantes durante o revenimento do aço 4340. O revenimento na faixa de 230 °C a 370 °C pode causar fragilização da martensita revenida, reduzindo a resistência ao impacto, mesmo que a dureza permaneça alta. Além disso, o resfriamento lento entre aproximadamente 375 °C e 575 °C pode causar fragilização reversível por revenimento, impulsionada pela segregação de fósforo nos contornos de grão da austenita prévia. Para peças sujeitas a impacto, os fabricantes geralmente mantêm o revenimento abaixo de cerca de 230 °C ou acima de cerca de 425 °C e resfriam rapidamente a partir da faixa de alta temperatura de revenimento. O molibdênio presente no aço 4340 reduz essa sensibilidade, mas não a elimina completamente.

Temperabilidade: a principal vantagem

A alta temperabilidade é o motivo pelo qual os engenheiros preferem o aço 4340 em vez de aços-liga mais leves. O sistema níquel-cromo-molibdênio permite que o 4340 se transforme em martensita em seções espessas durante a têmpera em óleo, de modo que um eixo grande ou um componente de trem de pouso possa atingir dureza quase uniforme da superfície ao núcleo. Aços mais leves, como o 4140, endurecem bem em barras menores, mas tendem a amolecer no centro de seções espessas, deixando um núcleo mais macio e frágil. Quando as propriedades completas são necessárias em seções com mais de 75-100 mm, aproximadamente, o 4340 costuma ser a escolha prática.

4340 vs 4140

4140 O aço 4140 e o 4340 compartilham a base de cromo-molibdênio. A diferença está no níquel. O 4140 praticamente não contém níquel, enquanto o 4340 apresenta de 1,65% a 2,00%, e é esse níquel que os diferencia na prática.

Escolha o aço 4340 em vez do 4140 quando for necessária dureza máxima em seções espessas que o 4140 não consegue endurecer completamente, quando for exigida tenacidade máxima em alta resistência, quando a peça estiver sujeita a carregamento de fadiga, como componentes de aeronaves e eixos de serviço pesado, ou quando a tenacidade a baixas temperaturas for importante. Para seções mais leves com resistência moderada, o aço 4140 geralmente é a opção mais econômica.

Aço 4340 versus aço ferramenta

Essa é a distinção que atrai muitos compradores a esta página, por isso vale a pena ser direto. O aço 4340 não substitui o aço ferramenta em trabalhos de corte e usinagem.

O aço 4340 é a melhor opção quando a peça é estrutural e requer extrema resistência e tenacidade em temperaturas ambiente ou moderadas. O aço ferramenta é a melhor escolha quando a peça precisa resistir ao desgaste, manter o fio de corte ou permanecer dura em altas temperaturas. Uma matriz para trabalho a frio exige... D2 ou A2. Uma matriz de trabalho a quente ou ferramenta de extrusão requer H13 ou H11. O uso do aço 4340 nessas funções resulta em desgaste e deformação prematuros.

Aplicações comuns

O aço 4340 é encontrado em trens de pouso e acessórios estruturais de aeronaves, eixos de helicópteros e motores, eixos de transmissão e de serviço pesado, engrenagens, virabrequins, parafusos de alta resistência e canos de armas. Peças aeroespaciais críticas em termos de fadiga são frequentemente fabricadas com aço 4340 refundido a vácuo (VAR ou ESR) para reduzir inclusões e aumentar a vida útil à fadiga, uma vez que um aço mais limpo resiste ao início de trincas sob carga cíclica.

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