Caracteristicas Del Acero 4140

ROJAS ESTRADA DIEGO IVÁN, INSTITUTO TECNOLOGICO DE SAN LUIS POTOSÍ. 2013

INSTITUTO TECNOLOGICO DE SAN LUIS POTOSÍ MATERIA

PROCESOS DE FABRICACIÓN TRABAJO:

ACERO 4140 ALUMNO:

ROJAS ESTRADA DIEGO IVÁN PROFESOR:

DOMÍNGUEZ LÓPEZ JOSÉ ÁNGEL FECHA DE ENTREGA:

06/OCTUBRE/2013

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Índice

INTRODUCCION - HISTORIA _____________________ ____________________________ _______ ( 3 ) - SIDERURGIA _____________________ ___________________________ ______ ( 4 ) - PROCESOS DE ACABADO ___________________ ___________________ ( 4 )

ACERO 4140 1. DESCRIPCION ___________________ ___________________________ ________ ( 5 ) 2. NORMAS INVOLUCRADAS __________________ __________________ ( 5 ) 3. PROPIEDADES MECANICAS __________________ __________________ ( 5 ) 4. PROPIEDADES FISICAS _____________________ _____________________ ( 6 ) 5. PROPIEDADES QUIMICAS ___________________ ___________________ ( 6 ) 6. PROCESOS (TEMPLE Y REVENIDO)_____________________ (7 ) 7. APLICACIONES ____________________ __________________________ ______ ( 8 ) 8. TRATAMIENTOS TERMICOS __________________ __________________ ( 9 )

BIBLIOGRAFIA __________ BIBLIOGRAFIA ____________________ _________________ _______ ( 10 )

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INTRODUCCIÓN El acero es una aleación de hierro con carbono en una proporción que oscila entre 0,03 0 ,03 y 2%. Se suele componer de otros elementos, ya inmersos en el material del que se obtienen. Pero se le pueden añadir otros materiales para mejorar su dureza, maleabilidad u otras propiedades. Las propiedades físicas de los aceros y su comportamiento a distintas temperaturas dependen sobre todo de la cantidad de carbono y de su distribución. Antes del tratamiento térmico, la mayoría de los aceros son una mezcla de tres sustancias, ferrita, perlita, cementita. La ferrita, blanda y dúctil, es hierro con pequeñas cantidades de carbono y otros elementos en disolución. La cementita es un compuesto de hierro con el 7% de carbono aproximadamente, es de gran dureza y muy quebradiza. La perlita es una mezcla de ferrita y cementita, con una composición específica y una estructura características, sus propiedades físicas con intermedias entre las de sus dos componentes. La resistencia y dureza de un acero que no ha sido tratado térmicamente depende de la proporciones de estos tres ingredientes. Cuanto mayor es el contenido en carbono de un acero, menor es la cantidad de ferrita y mayor la de perlita: cuando el acero tiene un 0,8% de carbono, está por compuesto de perlita. El acero con cantidades de carbono aún mayores es una mezcla de perlita y cementita.

HISTORIA No se conoce la fecha exacta en que se descubrió la técnica de fundir mineral de hierro para producir un metal susceptible de ser utilizado. Los primeros útiles de hierro descubiertos datan del año 3000 a. C. pero se sabe que antes ya se empleaba este mineral para hacer adornos de hierro. Los griegos descubrieron hacia el 1000 a. C. una técnica para endurecer las armas de hierro mediante un tratamiento térmico. Todas las aleaciones de hierro fabricadas hasta el siglo XIV d.c se clasifican en la actualidad como hierro forjado. Para obtener estas aleaciones, se calentaba en un horno una masa de mineral de hierro y carbón vegetal. Mediante este tratamiento se reducía el mineral a una masa esponjosa de hierro llena de escoria formada por impurezas metálicas y cenizas de carbón vegetal. Esta masa esponjosa se retiraba m ientras permanecía incandescente incandescente y se golpeaba con pesados martillos para eliminar la escoria y darle una determinada forma. El hierro que se producía en estas condiciones solía tener un 3% de partículas de escoria y un 0,1% de otras impurezas. En algunas ocasiones, y por error, solían producir autentico acero en lugar de hierro forjado. Los artesanos del hierro acabaron por aprender a fabricar acero, calentando hierro forjado y carbón vegetal en un recipiente de arcilla durante varios días, con lo que el hierro absorbía suficiente carbono para convertirse en acero. Después del siglo XIV se aumento el tamaño de los hornos empleados para fundir. En estos hornos, el mineral de hierro de la parte superior se convertía en hierro metálico y a continuación absorbía mas corbono debido a los gases que lo atravesaban. Como resultado daba arrabio, un metal que funde a temperatura menor men or que el hierro y el acero. Posteriormente se refinaba el arrabio para obtener acero. En la producción moderna de acero se emplean altos hornos que son modelos perfeccionados de los que se usaban antiguamente. El arrabio se refina mediante chorros de aire. aire . Este invento de debe a un británico llamado Henry Bessemer, que en 1855 desarrollo este inventó. Desde 1960 funcionan varios minihornos que emplean electricidad para la producción de acero a partir de chatarra pero las instalaciones de altos hornos son esenciales para producir acero a partir de mineral de hierro. 3


SIDERURGIA La siderurgia es la tecnología t ecnología relacionada con la producción del hierro y sus aleaciones, en especial las que contiene un pequeño porcentaje de carbono, que constituyen los aceros. En general, el acero es una aleación de hierro y carbono a la que suelen añadirse otros elementos. Algunas aleaciones denominadas hierros contienen más carbono que algunos aceros comerciales. Los distintos tipos de aceros contienen entre el 0,04 y el 2.25% de carbono. El hierro colado, el hierro colado maleable y el arrabio contienen entre un 2 y un 4% de carbono. Para fabricar aleaciones de hierro y acero se emplea un tipo especial de aleaciones de hierro denominadas ferroaleaciones, que contienen entre un 20 y un 80% del elemento de aleación, que pueden ser manganeso, silicio o cromo.

PROCESOS DE ACABADO Existen distintos tipos de acabados para el acero, por lo tanto tiene una salida al mercado de gran variedad de formas y de tamaños, como varillas, tubos, raíles de ferrocarril o perfiles en H o en T. Estas formas se obtienen en las instalaciones siderúrgicas siderúrgicas laminado los lingotes calientes o modelándolos de algún otro modo. El acabado del acero mejora también su calidad al refinar su estructura cristalina y aumentar su resistencia. El método principal de trabajar el acero se conoce como laminado en caliente. En este proceso, el lingote colado se calienta al rojo vivo en un horno hor no denominado foso de termodifusión y a continuación se hace pasar entre una serie de rodillos metálicos colocados en pares que lo aplastan hasta darle la forma y tamaño t amaño deseados. La distancia entre los rodillos va disminuyendo a medida que se reduce el espesor del acero. El primer par de rodillos por el que pasa el lingote se conoce como tren de desbaste o de eliminación de asperezas. Después del tren de debaste, el acero pasa a trenes de laminado en bruto y a los trenes de acabado que lo reducen a láminas con la sección transversal correcta. Los rodillos para producir raíles o ríeles de ferrocarril o perfiles en H, en T o en L tienen estrías para proporcionar la forma adecuada. Los procesos de fabricación modernos requieren gran cantidad de chapa de acero delgada. Los trenes o rodillos de laminado continuo producen tiras y láminas con anchuras de hasta 2,5m. Estos laminadores procesan con rapidez la chapa de acero antes de que se enfríe y no pueda ser trabaja. Las planchas de acero caliente de más de 10 cm de espesor se pasan por una serie de cilindros que reducen progresivamente su espesor hasta unos 0,1 cm y aumentan su longitud de 4 a 370 metros. Los trenes de laminado continuo están equipados con una serie de accesorios como rodillos de borde, aparatos de decapado o eliminación y dispositivos para enrollar de modo automático la chapa cuando llega al final del tren. El sistema de colada continua, en cambio, produce una plancha continua de acero con un espesor inferior a 5 cm, lo que elimina la necesidad de trenes de desbaste y laminado en bruto.

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Acero 4140 ACERO AISI-SAE 4140 (UNS G41400) 1. Descripción: es un acero medio carbono aleado con cromo y molibdeno de alta templabilidad y buena resistencia a la fatiga, abrasión e impacto. Este acero puede ser nitrurado para darle mayor resistencia a la abrasión. Es susceptible al endurecimiento por tratamiento térmico .

2. Normas involucradas: ASTM 322 3. Propiedades mecánicas: Características mecánicas orientativas

Rp 0,2 Rm Dureza Alargamiento Tratamiento MPa Mpa HB HRC % Laminado en caliente 680 1030 311 33 15 Normalizado 670 1020 311 33 17 Recocido 380 650 192 25

Rp 0,2: Límite de fluencia al 0,2% de alargamiento. Rm: Resistencia a la tracción. - Dureza 275 - 320 HB (29 – (29 – 34 HRc) - Esfuerzo a la fluencia: 690 MPa (100 KSI) - Esfuerzo máximo: 900 - 1050 MPa (130 - 152 KSI) KSI) - Elongación mínima 12% - Reducción de área mínima mínima 50%

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4. Propiedades físicas: - Densidad 7.85 g/cm3 (0.284 lb/in3) Punto crítico superior Ac3 = 793 ºC. Punto crítico inferior Ac1 = 749 ºC.

Coeficiente de dilatación térmica en estado recocido (promedio x 10-6 ºC-1) Entre: 0 y 100º C = 11,2 0 y 300º C = 12,4 0 y 500º C = 13,6 El acero 4140 HT es pretemplado durante la fabricación para una dureza media de 28-32 HRC. El acero tiene un módulo de elasticidad de 200 GPa y una gravedad específica de 7,81. También tiene una densidad de .282 libras por pulgada cúbica, o 7.810 kilogramos por metro cúbico.

5. Propiedades químicas: En términos de química, el AISI 4140 contiene cantidades medibles de carbono, molibdeno, silicio, fósforo, azufre, cromo y manganeso. Cada uno de estos elementos son añadidos para propiedades y cantidades específicas. Dar al acero carbono de entre 0,38% y 0,43% es esencial para convertir el hierro en acero y lo hace capaz de ser tratado con calor. 

El cromo (0,8% a 1,1%) el manganeso (0,75 a 1 por ciento), el silicio (0,15% a 0,35%) y el molibdeno (0,15% a 0,25%) añaden resistencia y fuerza a la torsión. El fósforo (menos de 0,035 por ciento) y el azufre (menos de 0,04%) están presentes en todo el acero y son considerados como impurezas.

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6. Procesos Temple y revenido

Para obtener la martensita, se introdujo una de las muestras del acero en un horno a 850 °C en el cual permaneció durante 15 minutos hasta alcanzar la austenización completa, para luego ser templada en aceite. Finalmente se la introdujo en un baño de sales a 460 °C durante 2 horas para alcanzar la dureza final determinada. Los criterios utilizados para determinar los tiempos de permanencia, temperaturas y velocidades de enfriami enfriamiento ento fue el siguiente: Los 850°c se escogieron porque según la curva TTT de nuestro acero el punto crítico superior se encuentra a los 793°C y, de acuerdo la teoría, hay que incrementar esta temperatura en 27,8 ºC (50 °F) para obtener la temperatura de austenización. En realidad la temperatura resultante es levemente inferior a los 850°c pero el horno se encontraba a esta temperatura y se aprovechó. En cuanto a los 20 minutos de permanencia se obtienen al considerar un tiempo de 1 minuto por milímetro de espesor de la pieza, con un mínimo de 15 minutos, como necesario para la penetración y homogeneización de la temperatura en el volumen y alcanzar una austenización completa, evitando al mismo tiempo un excesivo crecimiento de grano. La temperatura del revenido se obtuvo del gráfico de Propiedades mecánicas en función de las temperaturas de revenido para el acero IRAM 4140 sabiendo que el tiempo de permanencia es de dos horas y que la dureza debia ser 410 HB, según los objetivos prestablecidos.

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7. Aplicaciones El contenido de acero 4140 incluye cromo, molibdeno y hierro. El molibdeno y el cromo le proporcionan proporcionan una dureza dureza uniforme, uniforme, así así como una una alta resistencia. resistencia. Debido Debido a esta esta resistencia, el acero 4140 se mecaniza fácilmente y responde bien al tratamiento térmico. El 4140 es un acero fuerte con alta resistencia a la fatiga. La lista de industrias que lo utilizan para la fabricación de sus productos es muy amplia debido a la versatilidad que encuentran en este tipo de acero. Tiene una resistencia a la tensión de 95.000 psi y una resistencia a la elasticidad de 60.000 psi. El 4140 viene en barras, varillas, láminas y tiras en tamaños adecuados para ser utilizado en una amplia gama de funciones.

Portamechas de perforación Las barras de acero de 4140 vienen a partir de 0,125 pulgadas (3,15 mm) a 3 pulgadas (7,6 cm) de espesor. Es el acero más frecuentemente utilizado para fabricar los portamechas de perforación en las máquinas utilizadas para las perforaciones de los pozos de petróleo y de gas. El 4140 tiene propiedades mecánicas y de desgaste superiores, incluso en las barras de gran diámetro que se requieren para esta función.

Componentes de máquinas Las placas de acero 4140 son adecuadas para fabricar las piezas de grandes máquinas debido a la resistencia a la abrasión, al impacto y a la dureza del material. Este acero no se vuelve quebradizo después de ser expuesto a las altas temperaturas de un horno. Las placas de acero son usadas para forjar piezas de máquina de 96 pulgadas (2,43 m) de ancho por 120 pulgadas (3 m) de largo y de 1/4 pulgadas (6 mm) a 8 pulgadas (20 cm) de espesor. Las placas pueden ser fácilmente forjadas en 2.012 a 2.192 grados Fahrenheit, lo cual es igual a 1.100 a 1.200 grados Celsius. Después de ser forjadas, las piezas se enfrían lentamente. Algunas de las piezas que se hacen usando placas de acero son: ejes, llaves, piñones y mechas de taladros para perforar pozos de petróleo.

Armas de fuego Este acero es utilizado por algunos fabricantes de armas de fuego para los marcos de los revólveres, los barriles, los gatillos y los marcos de las pistolas. Los cañones de las armas hechas de acero 4140 duran más tiempo que las de acero inoxidable. Cuando el aceite es templado y revenido, el acero 4140 se hace más fuerte y llega alrededor de los 180.000 psi.

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8. Tratamientos térmicos: Se austeniza a temperatura entre 830 - 850 °C y se da temple en aceite. • El revenido se da por dos horas a 200°C para obtener dureza de 57 HRc y si se da a 315°C la dureza será de 50 HRc. • Para recocido se calienta entre 680 – 720°C con dos horas de mantenimiento, luego se enfría a 15°C por hora hasta 600°C y se termina enfriando al aire tranquilo.Se obtiene una dureza de 28-30HRC. • Se lleva a 870°C y se procede a enfriar lentamente as í obteniendo una dureza de 2432HRC.

Se debe de tener en cuenta que estos valores no son totalmente fijos a la hora de realizar el tratamiento térmico deseado, ya que no siempre se tiene las mismas condiciones, composiciones del material y variables que afectan directamente el proceso del tratamiento térmico.

El AISI 4140 tiene suficiente carbono presente para permitir el tratamiento térmico adecuado. Los procedimientos de protección recomendados son para llevar el acero hasta 1.675 grados Fahrenheit (912,78 grados celsius) para la normalización (eliminar la tensión en el acero). Después que se enfríe correctamente, calienta el acero a 1.550 grados Fahrenheit (843,33 grados celsius) antes de extinguirlo en aceite. La tenacidad del acero hace el mecanizado en su difícil forma endurecida. Sin embargo, después de recocer el acero a 1.600 grados, seguidos por un enfriamiento lento, el acero es mucho más suave y más fácil de mecanizar. Luego puede ser tratado térmicamente después de mecanizar para producir un elemento duro, preciso. preciso.

NOTA: Los valores expresados en las propiedades mecánicas y físicas corresponden a los valores promedio que se espera cumple el material. Tales valores son para orientar a aquella persona que debe diseñar o construir algún componente o estructura pero en ningún momento se deben considerar como valores estrictamente estrictamente exactos para su uso en el diseño.

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Bibliografía 1. RODRÍGUEZ QUIÑONES, SERGIO - INTRODUCCIÓN A LA CIENCIA E INGENIERÍA DE MATERIALES – MATERIALES – DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA MECANICA, INSTITUTO TECNOLOGICO TECNOLOGICO DE SAN LUIS POTOSÍ2. GUI. FUNDAMENTO DE CIENCIAS DE MATERIALES. Mc Graw Hill. 3. SMITH – SMITH – FUNDAMENTOS DE LA CIENCIA CIENCIA E INGENIERIA DE MATERIALES. Mc Graw Hill. 4. Serviacero S.A. DE C.V

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Caracteristicas Del Acero 4140

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