¿El acero 4140 conviene tratado o recocido para flechas y pernos maquinados?

Datos clave

• En México el Sistema General de Unidades de Medida es el único oficial y de uso obligatorio, como recuerda la NOM-008-SE-2021; en ese sistema la resistencia a la tensión del acero se expresa en megapascales (MPa), aunque muchos certificados de molino de Estados Unidos la reporten en ksi (DOF, NOM-008-SE-2021, 29 de diciembre de 2023)
• ASTM A322-24 fija para el grado 4140 un contenido de carbono de 0.38 a 0.43 % y de cromo de 0.80 a 1.10 % en el análisis de colada (ASTM A322-24, publicada en 2024)
• El 4140 «HT» de catálogo se surte tratado a una dureza nominal de 28 a 32 HRC, y la misma barra recocida mide de 185 a 200 HB (hoja técnica 4140 HT de un distribuidor de aceros especiales, 2022)
• Saola Manufacturing tornea y fresa piezas de acero aleado en su planta asociada principal de maquinado CNC en Vietnam; la ubicación de producción se indica en cada cotización.

¿Qué diferencia hay entre el 4140 recocido y el 4140 tratado?

El 4140 recocido está blando y se maquina con facilidad, pero no tiene la resistencia que pide una flecha hasta que se templa y se reviene. El 4140 tratado ya viene templado y revenido, así que la pieza se maquina a medida final sin distorsión de temple, a cambio de un corte más lento.

En el mercado mexicano los distribuidores venden las dos condiciones con nombres de mostrador: «4140 recocido» y «4140 tratado», «bonificado» o «HT». El nombre no basta en un plano. Un plano que dice solo «4140 tratado» no dice qué dureza se espera ni dónde se mide, y dos distribuidores pueden surtir barras distintas con la misma etiqueta. La tabla resume las tres rutas habituales para una pieza maquinada.

¿Se maquina antes o después del temple?

Si la dureza del 4140 tratado de catálogo alcanza, se maquina después, con la barra ya tratada, y no hay distorsión. Si se necesita más dureza, se desbasta antes del temple dejando creces y se terminan las cotas funcionales después.

El temple mueve la pieza. Una flecha larga y esbelta se arquea, y un barreno cercano a un hombro puede ovalarse. Por eso, en la ruta de temple posterior, los asientos de rodamiento y los diámetros con ajuste se dejan con material para rectificar o tornear en duro. Como práctica típica de taller, una pieza arriba de unos 45 HRC se termina con herramientas para torneado duro o con rectificado, a velocidades más bajas que el material tratado de catálogo.

Si la dureza solo importa en un muñón o en una zona de desgaste, el temple por inducción de esa zona evita templar toda la pieza. Y si la flecha necesita resistencia al desgaste más que dureza en el núcleo, el 4140 es buen candidato para nitrurado, porque su cromo y su molibdeno forman nitruros duros.

Hay una zona de revenido que conviene evitar. Típicamente, revenir entre unos 260 y 370 °C (500 a 700 °F) provoca fragilidad de la martensita revenida: la dureza se ve normal, pero la energía de impacto cae. Por eso es mejor escribir en el plano un rango de dureza y dejar que quien hace el tratamiento elija la temperatura de revenido, en lugar de fijar una temperatura.

¿Qué equivalencias del 4140 se pueden aceptar?

Los equivalentes cercanos son 42CrMo4 (número de material 1.7225) de la norma europea EN 10083-3 y SCM440 de la norma japonesa JIS G4053. Son cercanos, no idénticos, así que el plano debe decir si se aceptan.

Un taller fuera de Norteamérica suele comprar la barra con designación europea o japonesa. La diferencia más visible está en los rangos: el 42CrMo4 admite un poco más de carbono y de cromo que el 4140, como muestra la tabla. Para un perno o una flecha de carga media la diferencia rara vez importa; para una pieza con requisito de impacto o de templabilidad, sí. Si acepta un equivalente, escríbalo en el plano; si no, agregue «NO SUBSTITUTION WITHOUT WRITTEN APPROVAL». La tabla completa de equivalencias está en equivalencias de aceros AISI, DIN y JIS, y las propiedades del grado en la ficha de acero 4140.

¿Qué debe decir la solicitud de cotización de una flecha de 4140?

Debe decir el grado y la especificación de la barra, la condición como rango de dureza con su lugar de medición, cualquier requisito de impacto o de tensión, el recubrimiento y si se acepta un equivalente. Con esos cinco datos el proveedor cotiza la barra, la ruta y el maquinado sin suponer.

Si la pieza templada se va a zincar o a recubrir por electrodepósito, dígalo desde la solicitud: el acero templado puede fragilizarse por hidrógeno, y ASTM B850 elige el horneado posterior según la resistencia a la tensión del acero, así que la dureza y el horneado deben ir juntos en el plano. Si la flecha se suelda a un cubo o a una brida, también conviene decirlo, porque el 4140 necesita precalentamiento y puede cambiar la ruta.

Las flechas, pernos y pasadores de 4140 se cotizan como torneado CNC; las caras planas, cuñeros y barrenos transversales, como fresado CNC. La lista de verificación para cotizar le ayuda a reunir los datos, y puede enviar el plano en la página para cotizar. Más temas de materiales en la sección de guías.