Compreendendo a resistência à tração do aço 4140

Ao selecionar materiais para aplicações exigentes, compreender as propriedades mecânicas é fundamental. Para engenheiros que trabalham com componentes estruturais e máquinas, a resistência à tração é uma métrica fundamental. Vamos dar uma olhada direta no aço AISI 4140, uma escolha popular que fornecemos aqui na Aço Aobo, e especificamente seu resistência à tracção.

O que é aço 4140?

Em primeiro lugar, o AISI 4140 é um aço de média liga, especificamente do tipo cromo-molibdênio (Cr-Mo). Sua composição típica, de acordo com a norma AISI, inclui 0,38%-0,45% de carbono, 0,90%-1,2% de cromo e 0,15%-0,30% de molibdênio. O teor de molibdênio é importante – ele ajuda a obter uma microestrutura fina após o trabalho a quente e o tratamento térmico, resultando em um bom equilíbrio entre resistência e tenacidade.

Este aço é conhecido por sua alta temperabilidade, o que significa que pode atingir alta resistência mesmo em componentes maiores. Isso o torna adequado para peças de máquinas com seções transversais significativas que exigem maior resistência após o refinamento. Na Aobo Steel, frequentemente fornecemos o aço 4140 para peças exigentes, como virabrequins e eixos, onde apresenta bom desempenho sob cargas estáticas e dinâmicas.

Resistência à tração: varia

Agora, vamos discutir os números. A resistência à tração do aço 4140 não é um valor fixo. Depende significativamente de sua condição e, crucialmente, da tratamento térmico aplicado – particularmente a temperatura de revenimento após a têmpera. Têmpera e revenimento são processos padrão usados para melhorar significativamente suas propriedades, resultando em maiores resistências ao escoamento e à tração e melhor tenacidade ao entalhe em comparação com os laminados a quente. recozido, ou normalizado estados.

Aqui está uma análise dos valores típicos de resistência à tração com base na condição:

• Condição recozida: Quando recozido, o 4140 é mais macio e dúctil. A resistência à tração neste estado é geralmente menor, variando de aproximadamente 620 MPa (90 ksi) a 703 MPa (102 ksi). No entanto, algumas fontes podem relatar variações de até 150-200 ksi, dependendo de métodos de processamento específicos, como laminação a quente versus trefilação a frio.
• Condição temperada e revenida (Q&T): É aqui que o aço 4140 realmente demonstra seu potencial de resistência. A têmpera cria uma estrutura martensítica dura, e o revenimento a ajusta para atingir o equilíbrio desejado entre resistência e tenacidade. É importante ressaltar que temperaturas de revenimento mais altas geralmente resultam em menor resistência à tração, mas maior tenacidade e ductilidade. Aqui estão os valores típicos de resistência à tração para barras de aço 4140 temperadas em óleo (a partir de 845 °C / 1550 °F) quando revenidas em diferentes temperaturas:
  • Temperado a 205°C (400°F): ~1965 MPa (285 ksi)
  • Temperado a 315°C (600°F): ~1720 MPa (250 ksi)
  • Temperado a 425°C (800°F): ~1450 MPa (210 ksi)
  • Temperado a 540°C (1000°F): ~1150 MPa (167 ksi)
  • Temperado a 650°C (1200°F): ~900 MPa (130 ksi)
  • Temperado a 705°C (1300°F): ~810 MPa (117 ksi)
  Como você pode ver, o revenimento permite um controle preciso sobre as propriedades mecânicas finais.

O Efeito do Tamanho (Mass Effect)

Para níveis de alta resistência, o tamanho ou a seção transversal do componente 4140 é crucial. Embora apresente boa temperabilidade, não apresenta um endurecimento tão profundo quanto algumas outras ligas, como a 4340. Para peças de diâmetro maior, obter alta resistência uniforme em toda a seção transversal, especialmente com têmpera em óleo, torna-se mais desafiador.

Por exemplo, os dados mostram que para 4140 temperado em óleo a 845°C (1550°F) e revenido a 540°C (1000°F):

• Uma barra de 25 mm (1 pol.) pode atingir ~1140 MPa (165 ksi).
• Uma barra de 50 mm (2 pol.) pode atingir ~920 MPa (133 ksi).
• Uma barra de 75 mm (3 pol.) pode atingir ~860 MPa (125 ksi).

A resistência à tração diminui à medida que o diâmetro aumenta devido à taxa de resfriamento mais lenta nas profundezas do material durante a têmpera.

Resumo e Considerações

Em resumo, a resistência à tração do aço 4140 depende fortemente de seu tratamento térmico. Recozido, ele atinge cerca de 620-703 MPa (90-102 ksi). Quando temperado e revenido, especialmente em temperaturas de revenimento mais baixas, pode atingir resistências próximas a 1965 MPa (285 ksi). No entanto, lembre-se de que seções maiores normalmente apresentam menor resistência atingível devido ao efeito de massa.

Também é essencial considerar outras propriedades além da resistência à tração, como:

• Limite de escoamento: Geralmente alto em condições de Q&T com alta relação de resistência à tração.
• Ductilidade: Medido pelo alongamento e redução na área.
• Robustez: Medido por testes de impacto como Izod ou Charpy.

O revenimento nos permite ajustar esse equilíbrio. Aumentar a temperatura de revenimento reduz a resistência, mas melhora a ductilidade e a tenacidade. Observe também que o revenimento do 4140 entre aproximadamente 230 °C e 370 °C (450 °F a 700 °F) é geralmente evitado para prevenir a "fragilidade azul".

Na Aobo Steel, com mais de 20 anos de experiência em aço para ferramentas, entendemos essas nuances. Se você possui um componente específico, conhece as dimensões e as propriedades necessárias (incluindo tenacidade), podemos aconselhá-lo sobre o tratamento térmico e as condições de fornecimento ideais para atender às suas necessidades específicas. Entre em contato para discutir os requisitos do seu projeto.