Acero 4140 frente a 1018: cómo elegir la calidad adecuada

Si su componente necesita una elevada resistencia a la tracción, al desgaste y a la fatiga, y puede someterse a tratamiento térmico para obtener dureza, SAE/AISI 4140 es la mejor opción si se prioriza el bajo coste, la facilidad de soldadura, la excelente conformabilidad en frío y la maquinabilidad general para ejes sencillos, pasadores o piezas de servicio ligero, AISI 1018 suele ser la elección más inteligente. Para piezas de acabado duro que deban soportar cargas pesadas o golpes, elija 4140 (tratado térmicamente hasta la dureza requerida). Para conjuntos soldados, superficies carburizadas o prototipos económicos, elija 1018.

¿Qué es el acero 4140 y 1018?

El 4140 es un acero aleado al cromo-molibdeno con un contenido de carbono y elementos de aleación significativamente mayor que el 1018; este contenido de aleación confiere al 4140 una mejor templabilidad, una mayor resistencia a la tracción y una resistencia a la fatiga muy superior tras un tratamiento térmico adecuado. El 1018 es un acero de bajo contenido en carbono (dulce) apreciado por su soldabilidad, conformabilidad y bajo precio. Elija el 4140 para engranajes, ejes y piezas de maquinaria pesada que requieran resistencia y duración; elija el 1018 para espárragos, ejes, soportes y piezas que vayan a soldarse o que requieran un núcleo blando para el conformado.

Composición química

• AISI/SAE 4140 (composición típica): C ≈ 0,38-0,43%, Cr ≈ 0,8-1,1%, Mn ≈ 0,75-1,0%, Mo ≈ 0,15-0,25%, Si ≈ 0,15-0,30%. Estos elementos de aleación aumentan la templabilidad, la resistencia y la tenacidad frente a los aceros al carbono sin alear.

• AISI 1018 (composición típica): C ≈ 0,15-0,20%, Mn ≈ 0,60-0,90%, el resto es esencialmente hierro con pequeñas cantidades de S/P. El bajo contenido de carbono significa que el 1018 no puede endurecerse significativamente mediante temple y revenido, por lo que es fácil de conformar y soldar en frío.

Por qué es importante: mayor contenido de carbono + aleación (Cr, Mo) → 4140 endurece a través de la sección transversal con tratamiento térmico → mayor resistencia y vida a fatiga; menor contenido de carbono → 1018 permanece dúctil y soldable, y es barato.

Propiedades mecánicas

Los números que aparecen a continuación son rangos típicos; consulte siempre el certificado del laminador o la hoja de datos del proveedor para conocer los valores exactos del lote.

Números mecánicos clave (estado recocido, a menos que se especifique):

Nota de citación: los rangos de tracción y dureza anteriores están respaldados por múltiples hojas de datos y ejemplos de tratamiento térmico; consulte los certificados específicos de los proveedores para su adquisición.

Tratamiento térmico y templabilidad

• 4140: Responde bien a los ciclos de austenitización → temple (aceite o agua según el tamaño de la sección) → revenido. La templabilidad es considerable debido a la aleación; la dureza del núcleo en secciones moderadas puede incrementarse sustancialmente. Práctica habitual: austenitización ~820-860°C (según la sección), enfriamiento rápido, revenido hasta el HRC objetivo. Las fuentes ASM/industriales documentan las recetas de revenido estándar y el control de la microestructura del 4140.

• 1018: no puede endurecerse significativamente mediante temple y revenido debido a su bajo contenido en carbono. Para una superficie dura con un núcleo dúctil, carburación (cementación en caja) es la ruta típica - 1018 es una base común para la cementación en caja. La nitruración es menos eficaz si no se alea adecuadamente.

Consejo de diseño: Si necesita un núcleo duro y una superficie dura, pero prefiere facilitar el mecanizado/soldadura de la pieza en bruto, utilice 1018 + carburizado para la dureza de la superficie; si necesita resistencia en toda la pieza dura, utilice 4140 con temple y revenido.

Maquinabilidad, soldabilidad y conformabilidad

• Maquinabilidad: En general, el 1018 es más fácil de mecanizar (buena formación de viruta, mayor mecanizabilidad) que el 4140 totalmente templado; sin embargo, el 4140 recocido sigue siendo mecanizable, pero atasca más las herramientas y a menudo requiere herramientas más duras si las secciones están aleadas o parcialmente templadas.

• Soldabilidad: 1018 = muy buena soldabilidad utilizando procesos de soldadura estándar (MIG, TIG, electrodo). 4140 = soldable, pero requiere precalentamiento y control de la temperatura entre pasadas para evitar la fisuración debido a su mayor templabilidad y mayor carbono equivalente; a menudo se recomienda el tratamiento térmico posterior a la soldadura (PWHT) para piezas críticas.

• Conformado y trabajo en frío: El 1018 es superior para estampado, doblado y conformado en frío. El 4140 no es ideal para el conformado en frío pesado cuando la pieza requiere una alta resistencia final (a menos que se forme antes del tratamiento térmico final).

Regla práctica de la tienda: Si la pieza debe soldarse en el ensamblaje final, utilice por defecto 1018 o especifique PWHT para soldaduras 4140.

Aplicaciones habituales y ejemplos de piezas

• Donde brilla el 4140: cigüeñales, ejes, ejes de servicio pesado, pernos sujetos a cizallamiento, componentes de maquinaria de carga, componentes forjados y piezas que requieren temple y revenido para cumplir la vida a fatiga.

• Donde brilla el 1018: ejes para uso general, espárragos, pernos, soportes, componentes conformados en frío, piezas que se soldarán y material de base para componentes carburizados (por ejemplo, engranajes cementados).

Ejemplo de guía de selección:

• Alto choque + desgaste, pequeña sección transversal: 4140 templado a HRC objetivo.

• Ensamblaje soldado de gran tamaño donde el coste importa: 1018 y diseño para secciones más gruesas o tratamiento superficial.

Tratamientos superficiales y revestimientos

• 1018: Habitualmente carburizado para las superficies de desgaste (produce una caja dura con núcleo dúctil); también chapado o pintado para la protección contra la corrosión.

• 4140: puede nitrurarse para obtener una superficie resistente al desgaste y a la corrosión, manteniendo al mismo tiempo la tenacidad del núcleo; también suele carburizarse o endurecerse por inducción en zonas localizadas; a menudo se utiliza con óxido negro o chapado para aumentar la resistencia a la corrosión.

Lista de comprobación del diseño: preguntas a las que responder antes de especificar

• Se soldará la pieza después del mecanizado? En caso afirmativo → prefiera 1018 (o preplan PWHT para 4140).

• La pieza requiere dureza total o solo superficial? Dureza total → 4140; solo superficial → 1018 + carburizado puede ser suficiente.

• Es la vida a fatiga un requisito primordial (ejes giratorios, componentes de impacto)? En caso afirmativo → 4140 (templado adecuado).

• ¿Cuáles son las tolerancias de acabado y los requisitos de acabado superficial? Las aleaciones más duras pueden ser más difíciles de acabar.

• ¿Cuál es su objetivo de costes y plazo de suministro? Véase la sección de adquisiciones más abajo.

Coste, disponibilidad y adquisición - incluida la oferta de MWAlloys

• La realidad del mercado: El 1018 es casi siempre menos caro por kilogramo y está muy disponible en stock (chapas, redondos, barras). El 4140 también es habitual, pero su precio es más elevado debido a los elementos de aleación y al procesamiento adicional (tratamiento térmico, forja). Las recientes oscilaciones de las materias primas afectan a ambos, pero el 1018 suele ser la opción más económica por volumen.

• Cadena de suministro / Proveedores chinos: China sigue siendo un importante productor mundial de tochos y barras de acero; muchas acerías producen AISI 4140 y 1018 según las normas internacionales. Cuando compre a proveedores extranjeros, solicite informes de pruebas de laminación (químicas y mecánicas), confirme el estado del tratamiento térmico y verifique el embalaje y la trazabilidad.

• MWAlloys ofrece (cómo ayudamos): MWAlloys suministra tanto AISI 4140 y AISI 1018 en barra, placa y formas acabadas/distribuidas. Hacemos hincapié en: 100% Precio directo de fábricaSuministro rápido de existencias para tamaños comunes y documentación completa (MTC, informes de dureza). Para lotes con tratamiento térmico personalizado o piezas forjadas, proporcionamos registros de control de procesos y podemos satisfacer las necesidades de control de calidad del cliente. Póngase en contacto con MWAlloys para recibir presupuestos competitivos y listas de existencias disponibles.

Tablas comparativas del acero 1018 frente al 4140

Cuadro A - Matriz de decisión rápida

Tabla B - Notas típicas del proceso de taller

Preguntas frecuentes

1. ¿Se puede endurecer el 1018?
   No es significativo por temple y revenido debido al bajo contenido de carbono. Utilice el carburizado para obtener una superficie dura con un núcleo dúctil.

2. ¿Es soldable el 4140?
   Sí, pero requiere precalentamiento y temperaturas entre pasadas controladas; para piezas críticas, realizar PWHT para reducir las tensiones residuales y evitar el agrietamiento.

3. ¿Cuál tiene mejor resistencia a la fatiga: 4140 o 1018?
   Tras un tratamiento térmico adecuado, el 4140 tiene una resistencia superior a la fatiga debido a su mayor resistencia y a los elementos de aleación.

4. ¿Puedo utilizar 1018 para los ejes?
   Sí, para cargas ligeras a moderadas; para ejes giratorios de alto par o servicio pesado, elija 4140 y especifique temple y revenido.

5. ¿Gamas típicas de dureza para 4140 después del revenido?
   El 4140 puede templarse en una amplia gama (por ejemplo, 30-55 HRC) dependiendo de los ciclos de templado - especificar HRC objetivo en la orden de compra.

6. ¿Cuáles son los acabados y revestimientos superficiales más comunes?
   Ambos pueden estar chapados o pintados; el 4140 suele estar oxidado en negro o chapado; el 1018 suele estar pintado o galvanizado para protegerlo de la corrosión. El endurecimiento superficial (carburizado para el 1018, nitruración para el 4140) es habitual para las piezas de desgaste.

7. ¿Necesito certificados de ensayo de laminación?
   Solicite siempre MTC para las piezas críticas: proporcionan la composición química y las propiedades mecánicas trazables al lote. MWAlloys suministra documentación completa.

8. ¿Cuál es más caro?
   Por kg, el 4140 suele costar más debido a las adiciones de aleación y los pasos de procesamiento; el 1018 suele ser la opción más económica.

9. ¿Se puede utilizar 1018 para engranajes cementados?
   Sí, el 1018 es un material base de cementación estándar cuando se requiere una caja dura y un núcleo dúctil.

10. ¿Cómo especificar 4140 en un pedido?
    Incluir grado (SAE/AISI 4140), forma (barra/forjado/redondo), estado del tratamiento térmico (recocido / QT y templado a HRC especificado), dimensiones, tolerancias y MTC requeridos.

Lista de comprobación para compradores

• Especifique exacto grado y temple (por ejemplo, SAE 4140, templado y revenido a 36-40 HRC).

• Solicite los informes de las pruebas de laminación y los registros del tratamiento térmico.

• Para las soldaduras, confirmar el precalentamiento y el PWHT recomendados.

• Para pedidos de gran volumen, solicite la trazabilidad de los lotes y planes de inspección.

• Si compra en fábricas extranjeras, realice una inspección de entrada y una verificación de la dureza.

MWAlloys: capacidad de fabricación y suministro

MWAlloys es un proveedor directo de fábrica con disponibilidad de existencias tanto para AISI 4140 y AISI 1018 en dimensiones estándar de barra, redondo y chapa. Destacamos:

• 100% precio de fábrica - sin margen de intermediación.

• Entrega rápida de existencias para los tamaños habituales de los centros de producción chinos.

• Asistencia técnica completa - MTC, registros de tratamiento térmico, informes de inspección dimensional.

• Tratamiento a medida - servicios de forja, mecanizado, temple y revenido y cementación disponibles previa solicitud.

Si usted suministra los planos y los objetivos mecánicos requeridos, MWAlloys puede presupuestar una solución llave en mano que incluya tratamiento térmico y pruebas.

Caso práctico

Un fabricante de tamaño medio necesitaba un pasador de larga duración para un cilindro hidráulico. El diseño original utilizaba 1018 y los pasadores fallaban por fatiga de alto ciclo. Tras cambiar a 4140 templado y revenido (a ~45 HRC) y aplicar rectificado fino y granallado, la vida útil aumentó >3 veces. La contrapartida fue un mayor coste de material, pero una frecuencia de sustitución y un tiempo de inactividad mucho menores.

Recomendación final

• Para soporte de carga, fatiga crítica piezas → especificar 4140 con objetivos detallados de tratamiento térmico y dureza.

• Para conjuntos soldados, piezas conformadas en frío o piezas sensibles a los costes prototipos → especificar 1018 y considerar la posibilidad de cementación en caja si se necesitan superficies de desgaste.

Referencias autorizadas

• Acero aleado AISI 4140 - AZoM (Composición química, propiedades mecánicas, aplicaciones)
• Acero AISI 1018, estirado en frío - MatWeb (Ficha de datos del material y propiedades mecánicas)
• Tratamiento térmico del acero aleado 4140 - ASM International (guía para el tratamiento térmico industrial)