O que é aço 4140? Composição, Propriedades e Aplicações

O que é aço 4140

O aço 4140 é um aço de liga de cromo-molibdênio conhecido por uma combinação de alta resistência, boa tenacidade e resistência ao desgaste após tratamento térmico. Ele pertence à família de ligas de carbono médio-: o teor de carbono de cerca de 0,40% permite que ele seja endurecido por têmpera, enquanto o cromo e o molibdênio fornecem temperabilidade para que seções espessas possam ser endurecidas por meio de-em vez de endurecidas-. É fornecido na maioria das vezes na condição temperada e revenida para peças como engrenagens, eixos, eixos, parafusos, acoplamentos e componentes de máquinas que devem suportar carga e resistir ao desgaste ao mesmo tempo.

Por ser uma liga de aço e não uma especificação de tubo, 4140 é normalmente especificado como produto de barra, forjamento ou tubo de parede-pesada de acordo com padrões como ASTM A29 e ASTM A322 para barras de aço, ou um grau nacional equivalente, como 42CrMo4 sob EN 10083-3 ou 42CrMo sob GB/T 3077.

Composição Química e Designações

Designações equivalentes são amplamente utilizadas nas cadeias de fornecimento: UNS G41400 nos Estados Unidos, 1.7225/42CrMo4 na Europa e 42CrMo na China. As faixas de composição diferem ligeiramente entre os padrões, portanto, o comprador deve sempre indicar a especificação aplicável e, quando for importante, a faixa de temperabilidade necessária, em vez de apenas o nome comercial popular.

Tratamento térmico e propriedades mecânicas resultantes

4140 atinge propriedades úteis somente após tratamento térmico correto. A rota usual é austenitização na faixa de cerca de 840{6}}880 graus, têmpera em óleo para formar martensita e revenimento entre aproximadamente 400 graus e 650 graus para trocar dureza por tenacidade. A temperatura de revenido é, portanto, a principal alavanca do projeto: um revenido baixo proporciona uma peça dura e resistente ao desgaste na região de 40 HRC e acima, enquanto um revenido alto produz um núcleo tenaz e forte na região de 25-35 HRC com resistência à tração normalmente na faixa de 850-1.100 MPa. O tamanho da seção também é importante, porque a taxa de resfriamento através do centro de uma barra pesada é mais lenta do que na superfície.

Normalizando:refina a estrutura granular antes do endurecimento e melhora a usinabilidade da-barra fornecida.

Têmpera:a têmpera em óleo é padrão; a têmpera com polímero ou água é usada apenas onde a seção e a geometria toleram a taxa de resfriamento mais alta sem distorção ou rachaduras.

Temperamento:revenir imediatamente após a têmpera para evitar fissuras retardadas; segure o tempo suficiente para que o centro da seção atinja a temperatura.

Alívio do estresse:aplicado após usinagem de desbaste em componentes com-tolerância estreita para limitar a distorção durante a usinagem de acabamento.

Endurecimento superficial:tratamentos de indução ou nitretação podem adicionar resistência ao desgaste superficial, mantendo ao mesmo tempo um núcleo resistente.

Como o 4140 se compara às classes de aço comuns

As classes de aço não são classificadas em uma escala única, porque a classe correta depende da tarefa. Os tubos de{1}}resistência mais baixa são os aços-de baixo carbono, como ASTM A53 Grau A ou AISI 1018, com teor de carbono na faixa de 0,15-0,25%; eles têm rendimento e resistência à tração modestos, o que é adequado para encanamentos de baixa-pressão, cercas e fabricação em geral, mas não para máquinas de alta tensão.

O próprio aço é geralmente agrupado em três grandes categorias: aço carbono, cujas propriedades vêm principalmente do carbono e do manganês; aço-liga, onde cromo, molibdênio, níquel ou vanádio são adicionados para temperabilidade ou resistência a altas-temperaturas; e aço inoxidável, onde o teor de cromo de pelo menos cerca de 10,5% proporciona uma película superficial passiva e, portanto, resistência à corrosão.

Usinabilidade, soldabilidade e notas de fabricação

Na condição recozida ou normalizada, o 4140 usina razoavelmente bem e sua usinabilidade melhora ainda mais após a normalização. Na condição endurecida e revenida é marcadamente mais difícil de trabalhar, portanto a usinagem de desbaste é planejada antes do tratamento térmico final e somente os cortes de acabamento são feitos depois. A soldagem é possível, mas requer cuidado: pré-aquecimento de aproximadamente 200-300 graus, dependendo da espessura, temperatura controlada entre passes, consumíveis com baixo-hidrogênio e tratamento térmico pós{6}}soldagem são normalmente necessários para evitar uma zona dura e suscetível a rachaduras-afetada pelo calor. Onde a soldagem for inevitável em uma peça endurecida, o amolecimento local e a redistribuição da tensão residual devem ser considerados no projeto da junta.

Candidaturas e Orientações de Seleção

4140 é escolhido quando um componente deve suportar carga significativa, resistir ao desgaste e ser produzido em uma seção espessa o suficiente para se beneficiar de sua temperabilidade profunda. Os usuários típicos são os setores de máquinas, automotivo, petróleo e gás e equipamentos pesados ​​para produtos como eixos de transmissão, peças brutas de engrenagens, hastes hidráulicas, corpos de acoplamento e fixadores de alta-resistência. Não é a resposta certa para serviços resistentes- à corrosão, onde um tipo de aço inoxidável austenítico é mais apropriado, nem para tubos de grande-diâmetro e baixa{6}}pressão, onde uma especificação de tubo de aço carbono como ASTM A53 Grau B ou ASTM A106 Grau B é mais econômica.

Perguntas frequentes

P: O que é aço 4140?
O aço 4140 é uma liga de aço de cromo-molibdênio contendo cerca de 0,40% de carbono, 0,8-1,1% de cromo e 0,15-0,25% de molibdênio. É temperado e revenido para obter alta resistência, tenacidade e resistência ao desgaste em engrenagens, eixos e peças de máquinas.

P: Qual é o tipo de tubo de aço mais fraco?
Tubos com baixo-carbono, como ASTM A53 Grau A, e barras de aço com baixo-carbono, como AISI 1018, têm o menor rendimento e resistência à tração porque seu teor de carbono é de apenas cerca de 0,15-0,25%. Eles são adequados para encanamentos de baixa-pressão e fabricação em geral, em vez de trabalhos de alto estresse.

P: Qual tipo de aço é melhor para uma determinada aplicação?
Não existe uma nota universalmente melhor. O serviço de tubulação de alta-pressão e alta-temperatura favorece ASTM A106 Grau B ou ligas como ASTM A335 P91, o serviço resistente-à corrosão favorece o aço inoxidável 304 ou 316, e a construção geral favorece ASTM A36 ou ASTM A53 Grau B.

P: Como o aço 4140 é endurecido?
É austenitizado em aproximadamente 840-880 graus, temperado em óleo e depois revenido entre cerca de 400 graus e 650 graus. A temperatura de revenimento define o equilíbrio final entre dureza e tenacidade.

P: O aço 4140 é soldável?
Sim, mas com precauções: pré-aquecimento na faixa de 200-300 graus dependendo da espessura, temperatura controlada entre passes, consumíveis com baixo-hidrogênio e tratamento térmico pós{3}}soldagem para evitar rachaduras na zona afetada pelo calor.

P: O aço 4140 é resistente à corrosão?
Apenas marginalmente. O teor de cromo de cerca de 0,8-1,1% está muito abaixo dos cerca de 10,5% necessários para um filme passivo, portanto, o 4140 requer galvanização, revestimento ou mudança para aço inoxidável em serviços corrosivos.

P: Quais são os três grandes tipos de aço?
Aço carbono, cujas propriedades provêm principalmente do carbono e do manganês; aço-liga, onde é adicionado cromo, molibdênio, níquel ou vanádio; e aço inoxidável, onde pelo menos cerca de 10,5% de cromo proporciona resistência à corrosão.