Cómo soldar acero 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, ASTM A331, ASTM A506, ASTM A513, ASTM A519, ASTM A646, ASTMA752, SAE J404, SAE J412, 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.

Cómo soldar AISI 4140

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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:

El acero AISI 4140 debe precalentarse para evitar:

  1. Formación de microestructuras duras como martensita y bainita en la soldadura y ZAT.
  2. Deje que la soldadura se enfríe lentamente para ayudar a liberar las tensiones residuales.
  3. Permita la liberación de hidrógeno del metal de soldadura.

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.

Mire nuestro video de YouTube para aprender qué es precalentamiento, entre pasadas y postcalentamiento.

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.