SAE 4140 – UNS G41400
Aço baixa liga cromo-molibdênio para beneficiamento
Aço médio carbono ao Cr-Mo, temperável em óleo, fornecido recozido ou beneficiado (temperado e revenido). Combina boa resistência mecânica, tenacidade e resistência à fadiga em seções médias. É base para eixos, forjados para óleo e gás (API 6A) e parafusos ASTM A193 B7.
Designações e equivalências
| Sistema | Designação |
|---|---|
| UNS | G41400 |
| W.Nr./EN | 42CrMo4 – 1.7225 (EN ISO 683-2) |
| DIN | 42CrMo4 |
| JIS | SCM440 |
| Comercial | 4140, 42CrMo4, Gerdau/Villares 4140 |
| Outras | ABNT 4140; GB 42CrMo; parafusos ASTM A193 B7 (químico tipo 4140/4142) |
Normas por forma de produto
| Forma | Norma |
|---|---|
| Barra (composição) | SAE J404 / ASTM A29 / ABNT NBR NM 87 |
| Barra beneficiada | ASTM A434 (classes BB, BC, BD) |
| Forjado | ASTM A668 / API 6A (75K) sob especificação do cliente |
| Tubo mecânico | ASTM A519 |
| Chapa | ASTM A829 |
| Parafusos | ASTM A193 B7 / A320 L7 |
Composição química (%)
SAE J404 / ASTM A29
| Elemento | Faixa (%) |
|---|---|
| C | 0,38 – 0,43 |
| Mn | 0,75 – 1,00 |
| P | ≤ 0,035 |
| S | ≤ 0,040 |
| Si | 0,15 – 0,35 |
| Cr | 0,80 – 1,10 |
| Mo | 0,15 – 0,25 |
| Fe | balanço |
Propriedades mecânicas
Temperado e revenido, seção Ø 40–100 mm (EN 10083-3 / ISO 683-2, 42CrMo4 +QT); propriedades caem com o aumento da seção
| Propriedade | Valor |
|---|---|
| Limite de escoamento | ≥ 650 MPa |
| Resistência à tração | 900 – 1.100 MPa |
| Alongamento | ≥ 12% |
| Charpy V (20 °C) | ≥ 35 J |
| Dureza beneficiado (comercial) | ≈ 28 – 34 HRC (típico) |
| Dureza recozido | ≤ 241 HB |
Propriedades físicas típicas
| Propriedade | Valor |
|---|---|
| Densidade | 7,85 g/cm³ |
| Faixa de fusão | ≈ 1.415 – 1.500 °C |
| Módulo de elasticidade | ≈ 205 GPa |
| Condutividade térmica (20 °C) | ≈ 42 W/m·K |
| Expansão térmica (20–100 °C) | ≈ 12,2 µm/m·K |
Tratamento térmico, soldagem e usinagem
| Item | Prática usual |
|---|---|
| Temperatura de serviço | Até ≈ 400–450 °C sem perda relevante de propriedades (sempre abaixo da temperatura de revenido); B7 até ≈ 450 °C. Para H2S, limitar a ≤ 22 HRC (NACE MR0175/ISO 15156). |
| Tratamento térmico | Recozimento 820–850 °C, resfriamento lento no forno. Normalização 870–900 °C ao ar. Têmpera: austenitizar 840–870 °C, óleo ou polímero. Revenido 540–680 °C conforme dureza desejada (evitar 250–400 °C, faixa de fragilidade). Aceita nitretação, têmpera por indução e por chama. |
| Soldagem | Soldabilidade limitada (CE alto): pré-aquecimento 200–320 °C, eletrodos de baixo hidrogênio AWS E8018-B2 / E9018-D1 ou E11018-M conforme resistência exigida, interpasse controlado e alívio de tensões/revenido logo após soldar. Evitar soldar no estado beneficiado sem procedimento qualificado. |
| Usinagem | Boa no estado recozido (≈ 65% do 1212); no beneficiado (28–32 HRC) usinável com metal duro. |
Metal de adição para soldar
A composição do arame normalmente não é idêntica à do material: cada página explica o motivo.
Aplicações típicas
- Eixos, árvores e semieixos
- Forjados para óleo e gás (corpos, bonnets, hangers – API 6A 75K)
- Prisioneiros e parafusos ASTM A193 B7
- Engrenagens e pinhões beneficiados ou nitretados
- Bielas, virabrequins e cruzetas
- Ferramentas de perfuração e subs (drill collars, conexões)
- Moldes e porta-moldes
Alternativas: SAE 4340 para seções grandes ou maior tenacidade; 4130 para melhor soldabilidade; 4145H/4145 modificado para drill collars; 8550 (34CrAlNi7) quando se exige superfície nitretada > 900 HV.
Perguntas frequentes
Qual a composição química do SAE 4140?
Pela SAE J404 / ASTM A29: C 0,38 – 0,43; Mn 0,75 – 1,00; P ≤ 0,035; S ≤ 0,040; Si 0,15 – 0,35; Cr 0,80 – 1,10.
Quais normas cobrem o SAE 4140?
Barra (composição): SAE J404 / ASTM A29 / ABNT NBR NM 87. Barra beneficiada: ASTM A434 (classes BB, BC, BD). Forjado: ASTM A668 / API 6A (75K) sob especificação do cliente. Tubo mecânico: ASTM A519. Chapa: ASTM A829. Parafusos: ASTM A193 B7 / A320 L7.
Até que temperatura o SAE 4140 pode ser usado?
Até ≈ 400–450 °C sem perda relevante de propriedades (sempre abaixo da temperatura de revenido); B7 até ≈ 450 °C. Para H2S, limitar a ≤ 22 HRC (NACE MR0175/ISO 15156).
Quais materiais substituem o SAE 4140?
SAE 4340 para seções grandes ou maior tenacidade; 4130 para melhor soldabilidade; 4145H/4145 modificado para drill collars; 8550 (34CrAlNi7) quando se exige superfície nitretada > 900 HV.