El grado AISI/SAE 4140 es una aleación versátil con buena resistencia a la corrosión atmosférica y resistencia razonable. Muestra buenas combinaciones generales de resistencia, tenacidad, resistencia al desgaste y resistencia a la fatiga.
APLICACIONES
Esta aleación encuentra muchas aplicaciones como piezas forjadas para las industrias aeroespacial y de petróleo y gas, junto con innumerables usos en las industrias automotriz, agrícola y de defensa. Los usos típicos son engranajes y ejes forjados, husillos, accesorios, plantillas y collares.
FORJAR
El forjado de este acero debe realizarse entre 2200 y 1650 ºF (1200 y 900 ºC). Cuanto más baja sea la temperatura de acabado de la forja, más fino será el tamaño del grano. Idealmente, esta aleación no debe forjarse por debajo de 1650 º F (900 º C) y debe enfriarse lentamente después de la forja.
TRATAMIENTO TÉRMICO
El tratamiento térmico se lleva a cabo después del trabajo en caliente para hacer que el acero sea adecuado para el mecanizado y para cumplir con los rangos de propiedades mecánicas especificados para las aplicaciones particulares del acero.
RECOCIDO
Las piezas forjadas de grado 4140 se pueden recocer transfiriendo las piezas directamente de la operación de forjado a un horno mantenido a una temperatura adecuada, entre 1450 y 1550 º F (790 y 840 º C), manteniéndolas durante un tiempo adecuado y luego enfriándolas en el horno, formando un estructura apta para el mecanizado. Este tipo de tratamiento se utiliza mejor para piezas con formas simples. Si algunas áreas de un forjado terminarán mucho más frías que otras, entonces no se obtendrá una estructura uniforme, en cuyo caso se puede usar un recocido de esferoidización a alrededor de 1380 º F (750 ºC). Es seguro decir que la experiencia por sí sola decidirá el mejor tipo de tratamiento de recocido que se utilizará antes del mecanizado.
NORMALIZANDO
Este proceso se define como calentar un acero a una temperatura por encima del rango de transformación de ferrita a austenita y luego enfriarlo en aire a una temperatura muy por debajo de este rango de transformación. Este tratamiento puede realizarse en productos forjados como tratamiento de acondicionamiento previo al tratamiento térmico final. La normalización también sirve para refinar la estructura de las piezas forjadas que podrían haberse enfriado de manera no uniforme a partir de su operación de forjado. La temperatura de normalización nominal para el grado 4140 es de 870 ºC (1600 ºF), pero la experiencia de producción puede requerir una temperatura de 10 ºC (50 ºF) por encima o por debajo de esta cifra. De hecho, cuando las piezas forjadas se normalizan antes, por ejemplo, de cementación o endurecimiento y revenido, se utiliza el rango superior de temperaturas de normalización. Cuando la normalización es el tratamiento térmico final, se utiliza el rango de temperatura más bajo.
ENDURECIMIENTO
Este tratamiento térmico da como resultado la formación de martensita después del enfriamiento, por lo tanto, un gran aumento en la dureza y la resistencia a la tracción junto con cierta pérdida de ductilidad. El acero debe ser austenizado a 1500 a 1550 º F (815 a 845 º C), siendo la temperatura real una función de la composición química dentro del rango permitido, el tamaño de la sección y el método de enfriamiento. La austenización debe garantizar que todos los microcomponentes del acero se transformen en austenita. Las secciones más pequeñas de 4140 pueden enfriarse en aceite, las secciones más pesadas en agua.
El templado se lleva a cabo para aliviar las tensiones del proceso de endurecimiento, pero principalmente para obtener las propiedades mecánicas requeridas. La temperatura de revenido real se elegirá para cumplir con las propiedades requeridas y, en muchos casos, será una cuestión de prueba y error.
MAQUINABILIDAD
La aleación es fácilmente maquinable. Las formas simples pueden mecanizarse siguiendo un tratamiento de normalización, mientras que las formas más complejas requerirán recocido. . En el nivel de carbono de este grado, una estructura de perlita laminar gruesa a esferoidita gruesa es normalmente óptima para la maquinabilidad.
SOLDADURA
Este grado tiene buena soldabilidad y puede soldarse usando cualquier método comercial. Las piezas se deben precalentar antes de soldar a alrededor de 1100 º F (590 º C) y aliviar la tensión después. Las piezas en condiciones templadas y revenidas no deben soldarse ya que las propiedades mecánicas se verán afectadas negativamente. Las piezas deben soldarse únicamente en estado recocido.
