Cómo soldar acero AISI 4140

AISI 4140

AISI 4140 es acero al carbono medio de alta resistencia. 4140 se puede soldar fácilmente con la aplicación de los pasos de precaución adecuados. Otros aceros de esta categoría como AISI 4130 y 4340 siguen los mismos consejos de soldadura. Este artículo proporciona una introducción detallada a los materiales AISI 4140, sus propiedades, soldadura y requisitos PWHT.

¿Qué es el acero AISI 4140?

AISI 4140 es un acero de baja aleación de alta resistencia a base de Cr-Mo-Mn que ofrece alta resistencia a la fatiga, tenacidad, abrasión e impacto. Al ser una gama de acero al carbono medio, AISI 4140 se endurece durante la reparación de la soldadura, especialmente en las zonas afectadas por el calor (ZAT) debido a los ciclos térmicos y la transformación microestructural junto con las tensiones residuales bloqueadas producidas por el calor de la soldadura. .

Esto da como resultado la formación de bainita y martensita dependiendo de las velocidades de enfriamiento. La alta dureza en la ZAT está asociada con las tensiones residuales bloqueadas y la transformación de martensita de la microestructura AISI 4140.

Especificaciones de material para suministro para AISI 4140

ASTM A322, A331, ASTM A506, ASTM A752, SAE J1397, etc.

Propiedades químicas de AISI 4140

La siguiente tabla muestra las propiedades químicas típicas del material de acero AISI 4140 en las condiciones de suministro. El material generalmente está disponible en condiciones templadas y revenido y designado como AISI 4140HT. Aunque también está disponible en estado recocido.

   Carbón       Si     Minnesota       Cr       Mes        S      PAG
      0.40     0,30      0,88      1,10      0,24     0,015    0.021

Soldabilidad de AISI 4140

Al ser acero de baja aleación junto con un alto contenido de carbono y un alto equivalente de carbono (CE) de alrededor de 0,8, la soldadura se convierte en un desafío debido a la propensión a una alta dureza en la zona afectada por el calor y al metal de soldadura que da como resultado el agrietamiento de la soldadura si se toman las precauciones adecuadas. no considerado. Las figuras muestran la microestructura típica del material AISI 4140 y el metal de soldadura.

Proceso de soldadura de acero 4140

La soldadura en aceros de medio carbono y superiores es desaconsejable y no recomendada debido al alto riesgo de fractura en la zona soldada y sus alrededores. Sin embargo, en situaciones en las que sea necesario llevarla a cabo, se deben considerar las siguientes recomendaciones:

  1. Precalentamiento:
    • Es importante calentar de manera uniforme la zona que se va a soldar a una temperatura que esté entre 150 y 250 °C.
    • Se debe aplicar el cordón de soldadura de forma convencional.
  2. Enfriamiento:
    • Es fundamental proteger la zona soldada para evitar un enfriamiento rápido que pueda ocasionar endurecimiento en dicha área.
    • Se puede utilizar cal, bentonita u otro material que proporcione aislamiento térmico.
  3. Post-calentamiento:
    • Después de la soldadura, es necesario calentar de manera uniforme la zona soldada y sus alrededores a una temperatura de 250 °C si la pieza se encuentra en estado de recocido, o a 50 °C por debajo de la temperatura de revenido si la pieza está en estado de temple o revenido.

Cómo soldar AISI 4140

Selección de consumibles de soldadura:

La selección del alambre de relleno se basa en las propiedades químicas y mecánicas del material AISI 4140. El mejor alambre o electrodo de relleno es E8018-B2 como electrodo SMAW o ER80S-B2 cuando se suelda con TIG o GMAW. La siguiente tabla muestra las propiedades químicas típicas del alambre de relleno ER80S-B2.

  Carbón     Si    Minnesota    Cr     Mes   Ni      S      PAG
0,07-0,120,4-0,700,4-0,70 1,2-1,500,40- 0,65  0,20    0,025    0,025

El AISI 4140 también se puede soldar con éxito utilizando E7018, ER70S-2 (consumibles que no coinciden) u otros consumibles de soldadura de acero al carbono más comunes, aunque dan como resultado un metal de soldadura más suave y propiedades mecánicas reducidas de la soldadura en comparación con AISI 4140.

Precalentamiento:

Se recomienda el acero AISI 4140 para precalentar:

  1. Hasta ½ pulgada (12 mm) de espesor: 400-500 ℉ (200-250 ℃ aprox.)
  2. Por encima de ½ pulgada (25 mm) de espesor: 500-600 ℉ (250-300 ℃ aprox.)

La temperatura de precalentamiento anterior se basa en la recomendación dada en manuales de soldadura como ASM y AWS.

Puede utilizar nuestra Calculadora de precalentamiento de soldadura en línea para encontrar la temperatura de precalentamiento adecuada para la variedad de materiales según la química de la aleación, el espesor de la placa y el nivel de hidrógeno.

Temperatura entre pasadas:

Por lo general, la temperatura entre pasadas se mantiene por encima de la temperatura mínima de precalentamiento. En ningún caso, se permitirá que la temperatura entre pasadas cruce la temperatura de revenido de los materiales suministrados, ya que dañará las propiedades del material.

Después del acabado de soldadura:

Permitir que el área de soldadura se enfríe lentamente usando una manta calefactora es una buena práctica. Evitará el enfriamiento rápido, por lo que evitará cualquier agrietamiento de la soldadura, apoyará la microestructura blanda y eliminará el hidrógeno de la soldadura.

Posterior a la soldadura de tratamiento térmico:

El tratamiento térmico posterior a la soldadura se debe realizar de 1225 a 1275 ℉ (660- 690 ℃). En caso de que el material sea templado, revenido (Q & T), la temperatura PWHT deberá estar por debajo de la temperatura de revenido, generalmente 50 a 60 ℉ (10-15 ℃) por debajo de ella.

Tratamiento térmico en acero 4140

El tratamiento térmico es un conjunto de procedimientos que involucra calentar y enfriar el acero 4140 bajo condiciones controladas, como temperatura, tiempo, velocidad y presión, con el objetivo de mejorar sus propiedades mecánicas, especialmente la dureza, resistencia y elasticidad.

  1. Endurecimiento:
    Para lograr el endurecimiento, se recomienda proteger el acero y austenizarlo a una temperatura entre 840 y 875 °C. Luego, se debe templar preferentemente sumergiéndolo en aceite.
  2. Revenido:
    Después del temple, es necesario realizar el revenido. Consiste en calentar el acero inmediatamente a una temperatura específica, determinada según la dureza deseada, siguiendo el gráfico de revenido correspondiente.
  3. Nituración:
    Si se desea obtener una capa dura y resistente al desgaste por abrasión, se puede someter el acero 4140 a un proceso de nituración gaseosa. Sin embargo, es importante tener en cuenta que la pieza debe haber sido previamente templada y revenida, ya que la temperatura de la nituración puede disminuir la dureza global del material. Es importante realizar este proceso como último paso antes de utilizar las piezas directamente.