Acero 4130 vs 4140: guía definitiva de materiales

Los aceros AISI 4130 y AISI 4140 pertenecen a la familia de los aceros de baja aleación y medio carbono. Los principales elementos de aleación son el carbono, el cromo y el molibdeno. La principal diferencia entre estos aceros es su contenido de carbono. Debido al mayor porcentaje de carbono en AISI 4140, es un fuerte candidato en aplicaciones de alta resistencia que AISI 4130. La aplicación donde la buena soldabilidad y la relatividad de alta resistencia son la principal preocupación, AISI 4130 es la mejor opción para los diseñadores. En este artículo obtendrá una visión profunda de la comparación técnica de AISI 4130 y AISI 4140.

¿Qué es el acero 4130?

AISI 4130 tiene un contenido de carbono en el rango de 0.28-0.33% en peso de carbono. Se utiliza en la industria automotriz, aeroespacial, de herramientas, de bicicletas y de petróleo y gas. También es famosa como aleación de cromo-molibdeno.

¿Qué es el acero 4140?

El AISI 4140 es un acero al cromo-molibdeno . Contiene entre un 0.38 y un 0.48 % en peso de carbono, lo que le confiere una mayor dureza que al 4130. Es más resistente que el acero al carbono. El acero equivalente al 4140 es el 25CrMo ₄.

¿El acero de aleación 4140 es magnético?

Sí, es magnético. El tratamiento térmico y el contenido de carbono pueden influir en las propiedades magnéticas del 4041. Cuanto mayor sea el contenido de carbono, la respuesta magnética será más prominente.

¿Es el acero 4140 con alto contenido de carbono?

No, no es acero con alto contenido de carbono, sino que se considera acero de baja aleación.

Diferencia entre 4130 y 4140

Propiedades químicas del acero 4130 y 4140.

Excepto el porcentaje de contenido de carbono, la composición química de AISI 4130 y AISI 4140 es la misma. La composición química en porcentaje en peso se proporciona en la siguiente tabla:

El mayor contenido de carbono del AISI 4140 es responsable de su alta dureza y resistencia superior. Después del carbono, el cromo y el molibdeno son los principales contribuyentes a aumentar la templabilidad y la resistencia del acero 4130 y 4140.

Propiedades físicas

AISI 4130 y AISI 4140 pertenecen a la misma familia de aceros que tienen un ligero cambio en su contenido de carbono. Las propiedades físicas de ambos aceros son casi las mismas.

1. Densidad: La densidad de AISI 4130 y AISI 4140 es la misma, es decir, 7.85 g/cm³.
2. Ferromagnético: Ambos aceros son ferromagnéticos a temperatura ambiente. Es una propiedad importante que se utiliza para separar los restos de AISI 4130 y AISI 4140 de los restos de acero inoxidable.
3. punto de fusión: El punto de fusión de ambas aleaciones es ~1432 ˚C.
4. Relación de Poisson: El ratio de Poisson de ambos aceros es de alrededor de 0.27.

Propiedades del acero 4130 frente a 4140

Las propiedades mecánicas de AISI 4130 y AISI 4140 están directamente relacionadas con su condición de tratamiento térmico y su historial de procesamiento. El proceso de tratamiento térmico de normalización, recocido y esferoidización de AISI 4130 y AISI 4140 forma una microestructura más suave que corresponde a una menor dureza y resistencia. Sin embargo, estos aceros normalmente se utilizan en condiciones de templado y revenido. Las propiedades mecánicas finales dependen de su temperatura de templado. Las propiedades mecánicas promedio a temperatura ambiente en condiciones de templado y revenido se dan en la siguiente tabla:

La fecha presentada en la tabla anterior se basa en varias temperaturas de templado.

Las propiedades mecánicas de AISI 4130 y 4140 son realmente importantes cuando se trata de trabajo en frío. Los parámetros de ductilidad, es decir, un mayor porcentaje de alargamiento y una alta reducción del área, favorecen los procesos de trabajo en frío como el laminado en frío, el hilado en frío y la conformación por flujo, etc. La baja ductilidad y la alta resistencia afectan negativamente a los procesos de trabajo en frío. Por otro lado, el requisito de alta resistencia es de primordial interés en los productos finales. Los productos finales se utilizan normalmente en condiciones de templado y revenido.

Tabla de dureza del acero 4130.

Tabla de dureza del acero 4140.

La dureza del acero 4140 se da en la tabla;

Resistencia a la tracción

La resistencia a la tracción también se conoce como resistencia máxima a la tracción, que es la carga máxima que soporta la muestra. AISI 4140 tiene mayor resistencia a la tracción que AISI 4130.

límite de elasticidad

Máx. La tensión soportada por una muestra u objeto antes de la deformación plástica se conoce como límite elástico. El acero 4140 tiene un mejor límite elástico que el material 4130. El límite elástico del acero 4130 es de 600-1200 MPa.

Conductividad térmica

La conductividad térmica de ambos aceros es de 36-42 W/m·K.

Alargamiento

Los aceros 4041 tienen un alargamiento en el rango del 12 al 20 % mientras que el acero 4130 tiene un alargamiento del 12 al 24 %.

Mayor templabilidad

El alto contenido de carbono en AISI 4140 es responsable de una mayor templabilidad que el AISI 4130. Sin embargo, AISI 4130 tiene una templabilidad baja a media y generalmente se endurece en agua. Sin embargo, su templabilidad es mucho mayor en comparación con los aceros al carbono simples. Debido a la alta templabilidad del AISI 4140, se pueden fabricar piezas más gruesas con una dureza uniforme desde la superficie hasta el centro. Relativamente, la templabilidad inferior del AISI 4130 en comparación con el AISI 4140 lo restringe para la fabricación de piezas más pequeñas. Para piezas más gruesas, AISI 4130 no es una buena opción para los diseñadores.

Acero 4130 vs 4140: soldabilidad

La soldabilidad de cualquier acero es inversamente proporcional a su contenido de carbono. La soldabilidad del AISI 4130 es mejor que la del AISI 4140 debido a la diferencia en el porcentaje de carbono. La soldadura de AISI 4140 es crucial debido a su mayor contenido de carbono. El agrietamiento de la soldadura es un problema importante en la soldadura de acero 4140. Las condiciones del tratamiento térmico también contribuyen a la soldabilidad de estos aceros. Las condiciones de enfriamiento y revenido aumentan la posibilidad de que se produzcan grietas en la soldadura. Sin embargo, el calentamiento previo y posterior, el diseño adecuado, las condiciones de tratamiento térmico adecuadas y la selección del electrodo de soldadura apropiado son importantes para una mejor soldabilidad. Por lo general, la operación de soldadura en la fabricación de AISI 4140 rara vez se utiliza debido a su menor soldabilidad.

Acero 4130 vs 4140: ​maquinabilidad

La maquinabilidad es una consideración importante en la fabricación de componentes de acero. Por lo general, una menor dureza del acero favorece la maquinabilidad y una mayor dureza provoca el desgaste de las herramientas de corte. En esta perspectiva, AISI 4130 tiene mejor maquinabilidad que AISI 4140 en condición endurecida y revenida. Normalmente el mecanizado de estos aceros se realiza en condiciones normalizadas. Las dimensiones finales del producto se logran mediante la operación de rectificado.

Propiedades del tratamiento térmico del acero.

El tratamiento térmico altera la microestructura del acero lo que cambia las propiedades mecánicas del acero AISI 4130 y AISI4140. El recocido, la normalización, el endurecimiento, el revenido y la esferoidización son los procesos de tratamiento térmico más comunes que se aplican a estos aceros en función de sus propiedades requeridas. Estos procesos de tratamiento térmico tienen una aplicación específica. Normalmente, el templado y revenido es el proceso de tratamiento térmico final que se aplica a estos aceros aleados. Sin embargo, el recocido y la esferoidización se suelen utilizar como procesos intermedios en el conformado en frío.

La normalización se lleva a cabo en productos trabajados en caliente de AISI 4130 y AISI 4140. Crea una microestructura uniforme y elimina tensiones internas. El tratamiento térmico de normalización o esferoidización se utiliza comúnmente para lograr una estructura más blanda en estos aceros, lo que facilita aún más las operaciones de trabajo en frío sin agrietarse.

El acero AISI 4130 se puede templar en un amplio rango de 200-700 ˚C. Por el contrario, AISI 4140 tiene un rango de fragilización entre 230-375 ˚C. Al templar en este rango, la tenacidad a la entalla del AISI 4140 se redujo notablemente.

Figura 1 que muestra la tenacidad al impacto del acero AISI4140 en función de la temperatura de templado.

Endurecimiento de la caja

En algunas aplicaciones, el endurecimiento es un requisito de diseño esencial, por ejemplo, en piezas de tractores, cigüeñales y engranajes de automóviles y motocicletas, etc. El endurecimiento de AISI 4130 y AISI 4140 es posible utilizando técnicas cuidadosas. En lo que respecta al AISI 4130, la cementación se utiliza para endurecer la superficie de cualquier componente. Utilizando la técnica de endurecimiento de la superficie por carburación, se puede lograr una dureza de hasta 60 HRC manteniendo el núcleo más blando con una alta tenacidad.

La nitruración y el endurecimiento por inducción son técnicas populares de endurecimiento aplicadas al AISI 4140. Después del templado y revenido, se lleva a cabo el endurecimiento por inducción del AISI 4140 para lograr una carcasa más dura. Es posible alcanzar una dureza de hasta 64 HRC utilizando el endurecimiento por inducción de AISI 4140. La profundidad del endurecimiento por inducción depende de los parámetros del proceso y la frecuencia de la máquina. El endurecimiento por cementación con nitruración se aplica al cilindro hidráulico, al engranaje de la bomba de aceite, al manguito para el embrague de herramientas neumáticas y al engranaje de transmisión helicoidal marina, etc.

Gráfico de diferencia entre 4130 y 4140

cual es mas caro

El acero AISI 4140 tiene mayor resistencia y dureza en comparación con el acero AISI 4130. Los procesos de fabricación de AISI 4140 implican matrices, herramientas y energía costosas. Los procesos de fabricación, por ejemplo, laminado, forjado, laminado en frío, conformación por flujo y mecanizado del acero AISI 4140, son más caros que los del AISI 4130. Entonces, según su costo de fabricación, se puede decir que el AISI 4140 es más caro que el AISI 4130.

¿Para qué se utiliza el acero 4140?

El acero AISI 4140 encuentra su amplia aplicación en la industria automotriz, agrícola, de petróleo y gas, aeroespacial y marina. También se utiliza en herramientas y matrices debido a su capacidad para soportar altas tensiones y desgaste.

En la industria automotriz el acero AISI 4140 se utiliza para fabricar cigüeñales, excels, árboles de levas y múltiples tipos de engranajes. También se utiliza en la fabricación de tractores que se utilizan en la industria agrícola. Diversos tipos de tornillería y herrajes fabricados en acero AISI 4140.

¿El acero 4140 es bueno para cuchillos?

AISI 4140 no es la mejor opción para la fabricación de cuchillos. Sin embargo, debido a su capacidad para endurecerse, es una opción para esta aplicación. Pero las propiedades finales de los cuchillos deben lograrse mediante la selección adecuada de la temperatura de templado para impartir la dureza adecuada a los cuchillos. El producto final debe tener alta dureza, resistencia superior y suficiente tenacidad.

¿Para qué se utiliza el acero 4130?

Una resistencia moderadamente alta, buena tenacidad, soldabilidad superior y excelentes propiedades de mecanizado hacen del acero AISI 4130 un candidato adecuado en múltiples aplicaciones en diversas industrias.

En la industria automotriz, diversos componentes, como piezas del tren de aterrizaje, soportes de motor, accesorios y elementos de fijación, se fabrican con acero AISI 4130. Este acero también se emplea en la industria estructural para la fabricación de vigas de diversos tipos. Asimismo, se utilizan múltiples tipos de conjuntos soldados, accesorios y remaches de AISI 4130 en las industrias del petróleo y el gas, naval y automotriz.

Pros y contras de 4130 y 4140

AISI 4130 y AISI 4140 son miembros de la misma familia de acero. Un ligero cambio en su composición química les confiere un conjunto especial de propiedades que los hacen adecuados para una aplicación particular. Las ventajas del acero AISI 4130 son una buena maquinabilidad, una mejor soldabilidad y una resistencia moderadamente alta. Los componentes y conjuntos fabricados en AISI 4130 también presentan buena tenacidad y resistencia a la fatiga. Debido a la templabilidad relativamente baja del AISI 4130 en comparación con el AISI 4130, generalmente tiene restricciones de tamaño de pieza pequeño y bajo. La capacidad del acero AISI 4130 para endurecerse desde la superficie hasta el núcleo es inferior en comparación con el AISI 4140. Sin embargo, en aplicaciones donde se requieren muy alta resistencia y dureza, el acero AISI 4130 no es una buena opción.

El acero AISI 4140 posee propiedades únicas que lo hacen idóneo para aplicaciones específicas. En aplicaciones donde la alta resistencia, la resistencia al desgaste y la alta dureza son requisitos de diseño primordiales, el AISI 4140 siempre será preferible al AISI 4130. Sin embargo, el acero AISI 4140 también presenta algunas desventajas, como su baja soldabilidad. En ensamblajes que requieren soldadura, el AISI 4140 normalmente no será la mejor opción para los fabricantes. Además, su maquinabilidad es inferior a la del AISI 4130. Gracias a su excelente templabilidad, el acero AISI 4140 permite la fabricación de piezas de mayor tamaño .

¿Cuál es mejor 4130 y 4140?

Los materiales son la aplicación especificada. La respuesta, mejor o inferior, depende de la aplicación en la que se vayan a utilizar estos aceros. Como AISI 4140 tiene muy alta resistencia, dureza y resistencia al desgaste, por lo tanto, en aplicaciones donde tales propiedades son esenciales, es la mejor opción para los fabricantes. Por otro lado, cuando se requiere alta resistencia, excesiva resistencia al desgaste y alta dureza, no se puede preferir el AISI 4130. En las aplicaciones en las que intervienen cargas cíclicas, soldadura y una buena maquinabilidad es esencial, AISI 4130 es la mejor opción en comparación con AISI 4140. AISI 4130 también proporciona mejor tenacidad y amortiguación en las estructuras. Ambos aceros tienen un conjunto único de propiedades que los hacen adecuados para un conjunto específico de aplicaciones.

¿Cómo se debe elegir?

La selección del material dependerá enteramente de la aplicación. Supongamos que el producto final tiene una resistencia de moderada a alta junto con buena soldabilidad y maquinabilidad, entonces la elección será 4130.

Cuándo utilizar accesorios de acero inoxidable 4130 y 4140

Debido a sus propiedades únicas, los accesorios de acero AISI 4130 y AISI 4140 se utilizan ampliamente en diversas industrias según su aplicación específica. Como usted sabe, el acero AISI 4140 es más fuerte y duro que el acero AISI 4130, por lo que se utilizan accesorios de AISI 4140 cuando se requiere una combinación de alta resistencia, tenacidad moderada y resistencia al desgaste. Estos accesorios se utilizan principalmente en maquinaria industrial pesada donde no existe carga dinámica o cíclica.

Como AISI 4130 es mucho más resistente que AISI 4140, sus accesorios se utilizan en aplicaciones donde las condiciones de resistencia no son severas. Estos accesorios se utilizan en aplicaciones donde se requiere alta resistencia, buena tenacidad y resistencia a cargas dinámicas y vibraciones. La soldadura de dichos accesorios es posible y sencilla en comparación con los accesorios de acero AUI 4140.

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Preguntas frecuentes sobre piezas de acero inoxidable

¿Es el 4140 un acero para herramientas?

AISI 4140 no se utiliza específicamente como acero para herramientas. Pertenece a los aceros de baja aleación y medio carbono. Los aceros para herramientas populares son H-13, D2 y K105. Estos aceros tienen un alto contenido de carbono y otros elementos de aleación y generalmente se encuentran en la categoría de aceros de alta aleación.

¿Qué es más resistente que el acero 4140?

AISI 4140 es más resistente que el acero AISI 4130. Sin embargo, hay varios otros aceros disponibles que son mucho más resistentes que el AISI 4140. Los aceros para herramientas y el maraging-300, 350 y 400 son algunos ejemplos de aceros más resistentes.

¿Cuál es la diferencia entre el acero 4140 y 4340?

El porcentaje de carbono es la principal diferencia entre el acero AUSI 4130 y AISI 4140. El mayor porcentaje de carbono en AISI 4140 lo hace más fuerte y duro en comparación con AISI 4130.