Acero 4135: Propiedades y aplicaciones clave

El acero 4135 se clasifica como un acero de aleación con contenido medio de carbono, conocido principalmente por su excelente templabilidad y resistencia. Este grado de acero contiene importantes elementos de aleación, como el cromo (Cr) y el molibdeno (Mo), que mejoran sus propiedades mecánicas y su resistencia al desgaste. La presencia de estos elementos de aleación contribuye a la capacidad del acero para mantener su resistencia a temperaturas elevadas y mejorar su tenacidad.

Descripción general completa

El acero 4135 se utiliza frecuentemente en aplicaciones que requieren alta resistencia y tenacidad, lo que lo hace adecuado para diversos procesos de ingeniería y fabricación. Entre sus características más destacadas se incluyen su buena maquinabilidad, soldabilidad y la posibilidad de ser tratado térmicamente para alcanzar las propiedades mecánicas deseadas. Las propiedades inherentes del acero se definen por su composición química, que generalmente incluye entre un 0,30 % y un 0,40 % de carbono, entre un 0,70 % y un 0,90 % de cromo y entre un 0,15 % y un 0,25 % de molibdeno.

Ventajas del acero 4135:
- Alta resistencia: Los elementos de aleación proporcionan una mayor resistencia a la tracción y al rendimiento.
- Buena tenacidad: Presenta una excelente resistencia al impacto, lo que lo hace adecuado para aplicaciones dinámicas.
- Templabilidad: El acero puede tratarse térmicamente para lograr una amplia gama de niveles de dureza.
- Soldabilidad: El acero 4135 se puede soldar utilizando varios métodos, lo que lo hace versátil para la fabricación.

Limitaciones del acero 4135:
- Resistencia a la corrosión: en comparación con los aceros inoxidables, el 4135 tiene una resistencia limitada a la corrosión.
- Coste: Los elementos de aleación pueden hacerlo más caro que los aceros de menor calidad.
- Sensibilidad al tratamiento térmico: Un tratamiento térmico inadecuado puede provocar fragilidad.

Históricamente, el acero 4135 se ha utilizado en las industrias automotriz y aeroespacial, especialmente para componentes como engranajes, ejes y otras piezas críticas que requieren una combinación de resistencia y tenacidad. Su posición en el mercado se mantiene sólida gracias a sus propiedades favorables y su versatilidad en diversas aplicaciones.

Nombres alternativos, estándares y equivalentes

Organización estándar	Designación/Grado	País/Región de origen	Notas/Observaciones
UNS	G41350	EE.UU	Equivalente más cercano a AISI 4135
AISI/SAE	4135	EE.UU	Designación de uso común
ASTM	A29/A29M	EE.UU	Especificación general para aceros aleados
ES	1.7035	Europa	Pequeñas diferencias de composición
ESTRUENDO	34CrMo4	Alemania	Propiedades similares pero diferentes aplicaciones
JIS	SCM435	Japón	Equivalente con ligeras variaciones en la composición.

La tabla de equivalencias destaca que, si bien varios grados pueden considerarse equivalentes al acero 4135, sutiles diferencias en la composición pueden afectar el rendimiento en aplicaciones específicas. Por ejemplo, el SCM435 puede ofrecer una templabilidad ligeramente mejor debido a su mayor contenido de cromo.

Propiedades clave

Composición química

Elemento (Símbolo y Nombre)	Rango porcentual (%)
C (Carbono)	0,30 - 0,40
Cr (cromo)	0,70 - 0,90
Mo (molibdeno)	0,15 - 0,25
Mn (manganeso)	0,60 - 0,90
Si (silicio)	0,15 - 0,40
P (Fósforo)	≤ 0,035
S (Azufre)	≤ 0,040

Los elementos de aleación primarios del acero 4135 desempeñan un papel crucial en la definición de sus propiedades:
- Cromo (Cr): Mejora la templabilidad y la resistencia a la corrosión.
- Molibdeno (Mo): Mejora la resistencia a altas temperaturas y contribuye a la tenacidad.
- Manganeso (Mn): Aumenta la templabilidad y mejora la resistencia al desgaste.

Propiedades mecánicas

Propiedad	Condición/Temperamento	Temperatura de prueba	Valor/rango típico (métrico)	Valor/rango típico (imperial)	Norma de referencia para el método de prueba
Resistencia a la tracción	Templado y revenido	Temperatura ambiente	850 - 1000 MPa	123 - 145 ksi	ASTM E8
Límite elástico (0,2 % de compensación)	Templado y revenido	Temperatura ambiente	650 - 850 MPa	94 - 123 ksi	ASTM E8
Alargamiento	Templado y revenido	Temperatura ambiente	15 - 20%	15 - 20%	ASTM E8
Dureza (HRC)	Templado y revenido	Temperatura ambiente	28 - 35 HRC	28 - 35 HRC	ASTM E18
Resistencia al impacto	Charpy con muesca en V	-20 °C	30 - 50 J	22 - 37 pies-lbf	ASTM E23

Las propiedades mecánicas del acero 4135 lo hacen adecuado para aplicaciones que requieren alta resistencia y tenacidad, como en componentes automotrices y aeroespaciales. Su capacidad para soportar cargas significativas y resistir la deformación bajo tensión es crucial para la integridad estructural.

Propiedades físicas

Propiedad	Condición/Temperatura	Valor (métrico)	Valor (Imperial)
Densidad	Temperatura ambiente	7,85 g/cm³	0,284 lb/pulgada³
Punto de fusión	-	1425 - 1540 °C	2600 - 2800 °F
Conductividad térmica	Temperatura ambiente	45 W/m·K	31 BTU·pulgada/pie²·h·°F
Capacidad calorífica específica	Temperatura ambiente	460 J/kg·K	0,11 BTU/lb·°F
Resistividad eléctrica	Temperatura ambiente	0,0000015 Ω·m	0,0000009 Ω·pulgada

Las propiedades físicas del acero 4135, como su densidad y punto de fusión, son importantes para aplicaciones en entornos de alta temperatura. Su conductividad térmica es adecuada para la disipación del calor en componentes mecánicos, mientras que su capacidad calorífica específica indica su respuesta a los cambios térmicos.

Resistencia a la corrosión

Agente corrosivo	Concentración (%)	Temperatura (°C/°F)	Clasificación de resistencia	Notas
cloruros	Varía	Ambiente	Justo	Riesgo de picaduras
Ácido sulfúrico	10-20	Ambiente	Pobre	No recomendado
Agua de mar	-	Ambiente	Justo	Resistencia moderada
Atmosférico	-	Ambiente	Bien	Requiere capa protectora

El acero 4135 presenta una resistencia moderada a la corrosión, especialmente en condiciones atmosféricas. Sin embargo, es susceptible a la corrosión por picaduras en ambientes con cloruros y no debe utilizarse en condiciones ácidas sin medidas de protección. En comparación con aceros inoxidables como el 304 o el 316, la resistencia a la corrosión del acero 4135 es significativamente menor, lo que lo hace menos adecuado para aplicaciones marinas o químicas.

Resistencia al calor

Propiedad/Límite	Temperatura (°C)	Temperatura (°F)	Observaciones
Temperatura máxima de servicio continuo	400 °C	752 °F	Adecuado para aplicaciones de alta temperatura.
Temperatura máxima de servicio intermitente	500 °C	932 °F	Sólo exposición a corto plazo
Temperatura de escala	600 °C	1112 °F	Riesgo de oxidación a altas temperaturas
Consideraciones sobre la resistencia a la fluencia	400 °C	752 °F	La resistencia a la fluencia disminuye por encima de esta temperatura.

A temperaturas elevadas, el acero 4135 mantiene su resistencia, pero puede oxidarse si no se protege adecuadamente. Su rendimiento en aplicaciones de alta temperatura lo hace adecuado para componentes como álabes de turbinas y piezas de motores, donde la estabilidad térmica es crucial.

Propiedades de fabricación

Soldabilidad

Proceso de soldadura	Metal de relleno recomendado (clasificación AWS)	Gas/fundente de protección típico	Notas
MIG	ER70S-6	Argón/CO2	Bueno para secciones delgadas
TIG	ER80S-Ni	Argón	Requiere precalentamiento
Palo	E7018	-	Adecuado para trabajo de campo.

El acero 4135 generalmente se considera soldable, pero se recomienda precalentarlo para minimizar el riesgo de agrietamiento. El tratamiento térmico posterior a la soldadura puede mejorar las propiedades de la unión soldada, garantizando su integridad bajo carga.

Maquinabilidad

Parámetros de mecanizado	[Acero 4135]	AISI 1212	Notas/Consejos
Índice de maquinabilidad relativa	70	100	Buena maquinabilidad pero requiere herramientas afiladas
Velocidad de corte típica (torneado)	30 metros por minuto	50 metros por minuto	Ajuste según las herramientas

El mecanizado de acero 4135 requiere una cuidadosa consideración de las velocidades de corte y las herramientas debido a su dureza. El uso de herramientas de acero de alta velocidad o carburo puede mejorar la eficiencia y reducir el desgaste.

Formabilidad

El acero 4135 presenta una conformabilidad moderada, lo que lo hace adecuado para procesos de conformado en frío y en caliente. Sin embargo, puede experimentar endurecimiento por acritud, lo que requiere un control cuidadoso de los radios de curvatura y las técnicas de conformado para evitar el agrietamiento.

Tratamiento térmico

Proceso de tratamiento	Rango de temperatura (°C/°F)	Tiempo típico de remojo	Método de enfriamiento	Propósito principal / Resultado esperado
Recocido	600 - 650 °C / 1112 - 1202 °F	1 - 2 horas	Aire	Suaviza, mejora la ductilidad
Temple	850 - 900 °C / 1562 - 1652 °F	30 - 60 minutos	Aceite o agua	Endurecimiento, aumento de la resistencia.
Templado	400 - 600 °C / 752 - 1112 °F	1 - 2 horas	Aire	Reducir la fragilidad, mejorar la tenacidad.

Los procesos de tratamiento térmico afectan significativamente la microestructura del acero 4135, transformando sus propiedades de dúctil a dura y frágil, según el tratamiento aplicado. Un tratamiento térmico adecuado es crucial para lograr el equilibrio deseado entre resistencia y tenacidad.

Aplicaciones típicas y usos finales

Industria/Sector	Ejemplo de aplicación específica	Propiedades clave del acero utilizadas en esta aplicación	Motivo de la selección
Automotor	Engranajes	Alta resistencia, tenacidad.	Crítico para el rendimiento
Aeroespacial	Componentes de aeronaves	Alta relación resistencia-peso	Esencial para la seguridad
Petróleo y gas	brocas	Resistencia al desgaste, tenacidad	Durabilidad en entornos hostiles
Maquinaria	Ejes	Alta resistencia a la fatiga	Fiabilidad bajo carga

Otras aplicaciones incluyen:
- - Componentes de maquinaria pesada
- - Piezas estructurales en la construcción
- - Elementos de fijación y herrajes

La selección del acero 4135 para estas aplicaciones se debe principalmente a sus excelentes propiedades mecánicas, que garantizan confiabilidad y rendimiento en condiciones exigentes.

Consideraciones importantes, criterios de selección y más información

Característica/Propiedad	Acero 4135	AISI 4140	AISI 4340	Breve nota de pros y contras o compensación
Propiedad mecánica clave	Alta resistencia	Mayor tenacidad	Mayor dureza	4140 ofrece mejor tenacidad, 4340 mejor dureza
Aspecto clave de la corrosión	Justo	Justo	Bien	4340 tiene mejor resistencia a la corrosión
Soldabilidad	Bien	Justo	Bien	4140 puede requerir más precalentamiento
Maquinabilidad	Moderado	Moderado	Justo	4140 es más difícil de mecanizar
Formabilidad	Moderado	Moderado	Pobre	4340 es menos moldeable
Costo relativo aproximado	Moderado	Más alto	Más alto	4135 es más rentable para muchas aplicaciones
Disponibilidad típica	Común	Común	Menos común	4135 está ampliamente disponible

Al seleccionar el acero 4135, se deben considerar su rentabilidad, disponibilidad e idoneidad para aplicaciones específicas. Si bien no ofrece la misma resistencia a la corrosión que algunos aceros inoxidables, sus propiedades mecánicas lo convierten en la opción preferida para numerosas aplicaciones de ingeniería. Además, su soldabilidad y maquinabilidad permiten opciones de fabricación versátiles, lo que lo convierte en un material valioso en diversas industrias.