Acero 4340: propiedades y aplicaciones clave explicadas

El acero 4340 se clasifica como un acero de aleación con contenido medio de carbono, conocido principalmente por su excelente resistencia y tenacidad. Contiene importantes elementos de aleación, como cromo, níquel y molibdeno, que mejoran sus propiedades mecánicas y su rendimiento general en diversas aplicaciones. La presencia de cromo mejora la templabilidad y la resistencia a la corrosión, mientras que el níquel contribuye a la tenacidad y la ductilidad. El molibdeno aumenta la resistencia a temperaturas elevadas y mejora la resistencia al desgaste.

Características clave

El acero 4340 se caracteriza por su alta resistencia a la tracción, buena resistencia a la fatiga y excelente tenacidad, lo que lo hace ideal para aplicaciones exigentes. Puede tratarse térmicamente para lograr una amplia gama de propiedades mecánicas, lo que le otorga versatilidad en diseño y aplicación.

Ventajas y limitaciones

Ventajas:
- Alta relación resistencia-peso
- Excelente tenacidad y resistencia a la fatiga.
- Buena maquinabilidad en estado recocido
- Opciones versátiles de tratamiento térmico

Limitaciones:
- Resistencia a la corrosión moderada en comparación con los aceros inoxidables.
- Requiere un tratamiento térmico cuidadoso para evitar la fragilidad.
- Mayor coste en comparación con aceros con menor contenido de carbono.

Históricamente, el acero 4340 se ha utilizado ampliamente en las industrias aeroespacial y automotriz, particularmente para componentes que requieren alta resistencia y tenacidad, como engranajes, ejes y trenes de aterrizaje de aeronaves.

Nombres alternativos, estándares y equivalentes

Organización estándar	Designación/Grado	País/Región de origen	Notas/Observaciones
UNS	G43400	EE.UU	Equivalente más cercano a AISI 4340
AISI/SAE	4340	EE.UU	Designación de uso común
ASTM	A829	EE.UU	Especificación estándar para aceros aleados
ES	34CrNiMo6	Europa	Composición similar, pequeñas diferencias
ESTRUENDO	1.6582	Alemania	Equivalente con ligeras variaciones
JIS	SNCM439	Japón	Propiedades similares, utilizadas en aplicaciones automotrices.
GB	40CrNiMo	Porcelana	Grado comparable con pequeñas diferencias de composición
ISO	34CrNiMo6	Internacional	Equivalente a la norma EN

Las diferencias entre estos grados pueden afectar la selección en función de los requisitos específicos de la aplicación, como las propiedades mecánicas o la disponibilidad.

Propiedades clave

Composición química

Elemento (Símbolo y Nombre)	Rango porcentual (%)
C (Carbono)	0,38 - 0,43
Mn (manganeso)	0,60 - 0,80
Si (silicio)	0,15 - 0,40
Cr (cromo)	0,70 - 0,90
Ni (níquel)	1,65 - 2,00
Mo (molibdeno)	0,20 - 0,30
P (Fósforo)	≤ 0,035
S (Azufre)	≤ 0,040

La función principal de los elementos de aleación clave en el acero 4340 incluye:
- Cromo : Mejora la templabilidad y la resistencia al desgaste y la corrosión.
- Níquel : Mejora la tenacidad y la ductilidad, especialmente en secciones soldadas.
- Molibdeno : Aumenta la resistencia a temperaturas elevadas y mejora la templabilidad.

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	980 - 1.100 MPa	142 - 160 ksi	ASTM E8
Límite elástico (0,2 % de compensación)	Templado y revenido	Temperatura ambiente	850 - 1.000 MPa	123 - 145 ksi	ASTM E8
Alargamiento	Templado y revenido	Temperatura ambiente	12 - 15%	12 - 15%	ASTM E8
Dureza (Rockwell C)	Templado y revenido	Temperatura ambiente	28 - 34 HRC	28 - 34 HRC	ASTM E18
Resistencia al impacto	Templado y revenido	-40 °C	27 - 40 J	20 - 30 pies-lbf	ASTM E23

La combinación de estas propiedades mecánicas hace que el acero 4340 sea adecuado para aplicaciones que requieren alta resistencia y tenacidad, particularmente en condiciones de carga dinámica.

Propiedades físicas

Propiedad	Condición/Temperatura	Valor (métrico)	Valor (Imperial)
Densidad	Temperatura ambiente	7,85 g/cm³	0,284 lb/pulgada³
Punto de fusión	-	1.400 - 1.540 °C	2552 - 2804 °F
Conductividad térmica	Temperatura ambiente	45 W/m·K	31 BTU·pulgada/h·pie²·°F
Capacidad calorífica específica	Temperatura ambiente	460 J/kg·K	0,11 BTU/lb·°F
Resistividad eléctrica	Temperatura ambiente	0,0000017 Ω·m	0,0000017 Ω·pulgada

Propiedades físicas clave, como la densidad y la conductividad térmica, son importantes para aplicaciones donde el peso y la disipación del calor son factores críticos, como en los componentes aeroespaciales.

Resistencia a la corrosión

Agente corrosivo	Concentración (%)	Temperatura (°C/°F)	Clasificación de resistencia	Notas
cloruros	3-5%	20-60 °C (68-140 °F)	Justo	Riesgo de picaduras
Ácido sulfúrico	10%	25 °C (77 °F)	Pobre	No recomendado
Hidróxido de sodio	5%	25 °C (77 °F)	Justo	Riesgo de agrietamiento por corrosión bajo tensión
Atmosférico	-	-	Bien	Requiere recubrimientos protectores

El acero 4340 presenta una resistencia moderada a la corrosión, especialmente en condiciones atmosféricas. Sin embargo, es susceptible a la corrosión por picaduras y corrosión bajo tensión en entornos con cloruros, por lo que no debe utilizarse en condiciones altamente corrosivas sin medidas de protección. En comparación con aceros inoxidables como el 304 o el 316, la resistencia a la corrosión del 4340 es significativamente menor, lo que lo hace menos adecuado para aplicaciones marinas o de procesamiento químico.

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	Empieza a perder fuerza

A temperaturas elevadas, el acero 4340 mantiene buenas propiedades mecánicas, pero puede sufrir oxidación e incrustaciones. Se requiere especial atención en aplicaciones que impliquen exposición prolongada a altas temperaturas.

Propiedades de fabricación

Soldabilidad

Proceso de soldadura	Metal de relleno recomendado (clasificación AWS)	Gas/fundente de protección típico	Notas
MIG	ER80S-Ni	Argón + CO2	Se recomienda precalentar
TIG	ER80S-Ni	Argón	Se recomienda un tratamiento térmico posterior a la soldadura.
Palo	E8018-C3	-	Requiere precalentamiento para evitar el agrietamiento.

El acero 4340 se puede soldar mediante diversos métodos, pero el precalentamiento es esencial para minimizar el riesgo de agrietamiento. También se recomienda un tratamiento térmico posterior a la soldadura para aliviar tensiones y mejorar la tenacidad.

Maquinabilidad

Parámetros de mecanizado	Acero 4340	AISI 1212	Notas/Consejos
Índice de maquinabilidad relativa	60	100	4340 es más difícil de mecanizar
Velocidad de corte típica	30-50 m/min	60-80 m/min	Utilice herramientas de carburo para obtener mejores resultados.

El acero 4340 tiene una maquinabilidad moderada y el uso de herramientas y velocidades de corte apropiadas es crucial para lograr los acabados superficiales y las tolerancias deseados.

Formabilidad

El acero 4340 presenta una conformabilidad moderada. El conformado en frío es posible, pero puede requerir un recocido intermedio para aliviar tensiones. El conformado en caliente es preferible para formas complejas, ya que permite un mejor control de las propiedades finales.

Tratamiento térmico

Proceso de tratamiento	Rango de temperatura (°C/°F)	Tiempo típico de remojo	Método de enfriamiento	Propósito principal / Resultado esperado
Recocido	700 - 750 °C (1292 - 1382 °F)	1-2 horas	Aire	Suavidad, maquinabilidad mejorada
Temple	800 - 850 °C (1472 - 1562 °F)	30 minutos	Aceite o agua	Endurecimiento
Templado	400 - 600 °C (752 - 1112 °F)	1 hora	Aire	Mejora de la dureza

Los procesos de tratamiento térmico alteran significativamente la microestructura del acero 4340, mejorando su dureza y tenacidad. El temple y el revenido son especialmente eficaces para lograr las propiedades mecánicas deseadas en aplicaciones de alta tensión.

Aplicaciones típicas y usos finales

Industria/Sector	Ejemplo de aplicación específica	Propiedades clave del acero utilizadas en esta aplicación	Motivo de la selección
Aeroespacial	Tren de aterrizaje de aeronaves	Alta resistencia, tenacidad.	Componente crítico de seguridad
Automotor	Ejes de transmisión	Resistencia a la fatiga, tenacidad	Cargas dinámicas elevadas
Petróleo y gas	brocas	Resistencia al desgaste, fuerza	Condiciones de funcionamiento duras
Maquinaria pesada	Cajas de cambios	Alta resistencia, resistencia al impacto.	Fiabilidad bajo carga

Otras aplicaciones incluyen:
- Equipo militar
- Componentes automotrices de alto rendimiento
- Componentes estructurales en maquinaria pesada

La selección del acero 4340 para estas aplicaciones se debe principalmente a sus excelentes propiedades mecánicas, que garantizan confiabilidad y seguridad en entornos exigentes.

Consideraciones importantes, criterios de selección y más información

Característica/Propiedad	Acero 4340	AISI 4140	AISI 8620	Breve nota de pros y contras o compensación
Propiedad mecánica clave	Alta resistencia	Buena tenacidad	Buena templabilidad	4340 ofrece una dureza superior
Aspecto clave de la corrosión	Resistencia moderada	Resistencia moderada	Poca resistencia	4340 es mejor que 8620
Soldabilidad	Moderado	Bien	Justo	4340 requiere precalentamiento
Maquinabilidad	Moderado	Bien	Justo	4340 es más desafiante
Formabilidad	Moderado	Bien	Bien	4340 requiere cuidado en la formación
Costo relativo aproximado	Más alto	Moderado	Más bajo	Relación coste-rendimiento
Disponibilidad típica	Común	Común	Menos común	La disponibilidad varía según la región.

Al seleccionar el acero 4340, se deben considerar la rentabilidad, la disponibilidad y los requisitos específicos de las propiedades mecánicas. Su equilibrio entre resistencia y tenacidad lo convierte en la opción preferida para aplicaciones de alto rendimiento, aunque su mayor costo en comparación con los aceros con bajo contenido de carbono puede ser un factor determinante en la decisión.

En resumen, el acero 4340 es una aleación versátil con una combinación única de propiedades que lo hacen adecuado para una amplia gama de aplicaciones exigentes. Sus características mecánicas y físicas, junto con su capacidad de tratamiento térmico, proporcionan a los ingenieros un material confiable para componentes críticos.