Acero 1018 vs 4140: ¿Cómo elegir entre dos grados?

El acero sigue siendo uno de los principales materiales utilizados en diversas industrias hoy en día. Este metal tiene varias características que hacen que muchos gerentes de proyecto y fabricantes lo elijan para sus proyectos. Dos de los grados de acero populares que se utilizan hoy son el acero 1018 y el acero 4140. Aunque tienen algunas similitudes, hay muchos puntos para comparar el acero 1018 vs 4140.

Al seleccionar tipos de materiales de acero para su proyecto, debe comprender las diferencias entre sus características. Esto le ayudará a saber cuál se adapta mejor a su proyecto. Por lo tanto, este artículo establecerá las diversas características del acero 1018 vs 4140. Con esto, tendrá una imagen más clara de dónde destacan estos grados de acero y dónde no utilizarlos.

¿Qué es el acero 1018?

El acero 1018 es acero dulce con un contenido de carbono medio-bajo. Gracias a su pequeño porcentaje de manganeso, este acero es reconocido por su excelente combinación de resistencia, dureza y ductilidad del metal. Si bien algunos otros grados de acero pueden superar sus propiedades mecánicas, el acero 1018 se mecaniza fácilmente y es altamente tratable térmicamente. Esto reduce los costos y lo hace ideal para una amplia gama de componentes.

Ventajas y desventajas del acero 1018

Ventajas

• Fácil de mecanizar, conformar, soldar y fabricar.
• Puede soldar fácilmente este acero sin precalentamiento ni poscalentamiento.
• Adecuado para técnicas de conformado en frío, incluyendo doblado, engarzado y estampado.
• Puede endurecerse superficialmente mediante cementación o carbonitruración.

Desventajas

• Baja resistencia a la corrosión.
• Su límite elástico y baja ductilidad pueden impedir la retención de bordes.

¿Qué es el acero 4140?

El acero 4140 es una aleación de acero al cromo-molibdeno con mayor resistencia y dureza. Su contenido de cromo le confiere una excelente penetración de dureza, mientras que el molibdeno garantiza alta resistencia y dureza uniforme. Por lo tanto, este grado de acero tiene alta resistencia a la fatiga, torsional y al impacto.

Las otras propiedades deseables del acero 4140 incluyen buena ductilidad, tenacidad superior y excelente resistencia al desgaste en condiciones templadas y temple. Además, el acero 4140 puede endurecerse con varios métodos, incluyendo el trabajo en frío o el calentamiento y temple. Solo unos pocos grados de acero pueden igualar la utilidad y versatilidad del 4140.

Ventajas y desventajas del acero 4140

Ventajas

• Tiene excelente tenacidad y alta resistencia a la fatiga.
• También tiene buena resistencia a la corrosión.
• El 4140 tratado térmicamente exhibe buena resistencia, excelentes propiedades mecánicas integrales y alto límite elástico.

Desventajas

• Requiere cuidado adicional durante la soldadura.

Diferencias entre el acero 1018 y 4140: una comparación detallada

Tras haber repasado una visión general de los dos grados de acero, necesitamos examinar las principales diferencias entre el acero 1018 y 4140. Por lo tanto, los compararemos basándonos en los siguientes contenidos:

Composición química (composición de la aleación)

Puede adivinar la primera diferencia entre el acero 1018 y 4140 a partir de sus cuatro dígitos. El primer dígito indica qué tipo de acero es, mientras que el segundo dígito le dice si hay alguna modificación en las aleaciones. Los dos últimos dígitos indican la cantidad de carbono en el acero terminado.

A partir de esto, encontrará que el acero 1018 es acero al carbono sin modificaciones. También contiene alrededor de 0.18% de carbono. Por otro lado, el acero 4140 es acero al molibdeno con modificaciones (adiciones de cromo). Además, contiene alrededor de 0.40% de carbono. La tabla a continuación ofrece un desglose de la composición química del acero 4140 vs 1018.

Elementos químicos	Acero 1018	Acero 4140
Carbono (C)	0.0018	0.004
Manganeso (Mn)	0.60% a 0.90%	0.75% a 1.00%
Azufre (S)	0.0005	0.0004
Fósforo (S)	0.0004	0.00035
Molibdeno	–	0.15% a 0.25%
Cromo	–	0.80% a 1.10%
Silicio	–	0.15% a 0.30%
Hierro	98.81% a 99.26%	96.79% a 97.78%

Propiedades mecánicas

Límite elástico

El acero 4140 tiene un límite elástico más alto de 60,200 PSI (415 MPa) que el acero 1018 con 53,700 PSI (370 MPa). Como resultado, el acero 4140 puede soportar más impacto y presión sin deformarse. Su mayor límite elástico es resultado de su composición química. Sin embargo, el acero 1018 también tiene un límite elástico relativamente alto, lo que significa que no es un metal débil.

Elasticidad

Esta propiedad es un medio para comprender la resiliencia de un material y su resistencia a la deformación. La elasticidad también se relaciona con la rigidez del metal. El acero 1018 tiene un módulo elástico de 205 GPa, mientras que el acero 4140 está entre 190 y 210 GPa. Esto muestra que ambos grados de acero responden de manera similar a la deformación elástica.

Dureza del material

La dureza de un material demuestra su capacidad para resistir la deformación por penetración, indentación u otros medios. El acero 4140 tiene una calificación de dureza Brinell de 200, mientras que el acero 1018 tiene una calificación de 130 a 140. Esto muestra que el primero es mucho más duro que el segundo. Sin embargo, ambos materiales de acero tienen suficiente dureza para soportar presión sin deformarse.

Resistencia a la corrosión

El acero 4140 es más resistente a la corrosión que el 1018, gracias al contenido de cromo. Esta es una de las propiedades del acero 4140 que lo hace más útil para aplicaciones al aire libre. Los fabricantes a menudo eligen este material de acero para fabricar componentes que se espera que entren en contacto con materiales corrosivos.

Propiedades térmicas y eléctricas

Resistencia a la temperatura

Comparamos la resistencia a la temperatura del acero 1018 vs 4140 analizando sus puntos de fusión. Ambos grados de acero tienen el mismo punto de fusión de 1420°C a 1460°C. Por lo tanto, ambas aleaciones pueden soportar altas temperaturas con excelentes reacciones al tratamiento térmico. Por lo tanto, hay una excelente distribución de elementos dentro de los metales.

Conductividad térmica

Los materiales de acero son generalmente malos conductores del calor. Sin embargo, el acero 1018 tiene una mayor conductividad térmica que el acero 4140. Esto se debe a la diferencia en sus composiciones químicas. La conductividad térmica del 1018 es de 52 W/m-K, mientras que la del 4140 es de 43 W/m-K.

Conductividad eléctrica

A pesar de su baja conductividad térmica, los materiales de acero son conductores de electricidad relativamente buenos. Por lo tanto, son excelentes opciones para entornos de alta temperatura. Aunque la diferencia en su conductividad eléctrica es pequeña, el acero 4140 es un mejor conductor de electricidad que el 1018.

Fabricación y tratamiento térmico

Maquinabilidad

El acero aleado 4140 es altamente maquinable en la condición recocida. Su alta ductilidad le permite ser conformado fácilmente con técnicas convencionales. Sin embargo, su naturaleza más resistente hace que requiera mayor presión y fuerza para un conformado adecuado.

Del mismo modo, las barras de acero 1018 acabadas en frío son fáciles de mecanizar, conformar, soldar y fabricar. El maquinista no tendrá problemas para obtener exactamente lo que está en su diseño. Incluso puede soldar este tipo de acero sin ningún tratamiento de precalentamiento o poscalentamiento. Además, funciona bien con cualquier proceso de soldadura convencional. Sin embargo, puede que no sea buena idea soldar un acero 1018 carbonitrurado o cementado.

Tratamiento térmico

El acero AISI 4140 puede soportar el tratamiento térmico sin deformarse. Puede calentarse a 845°C y luego templarse en aceite. Algunos fabricantes también lo calientan a 913°C antes del enfriamiento al aire y endurecimiento. Generalmente, este material de acero puede soportar los siguientes tratamientos térmicos:

• Forjado
• Trabajo en caliente
• Trabajo en frío
• Recocido
• Templado
• Endurecimiento

Acero 1018 vs 4140: ¿Cuál es el mejor para usted?

Elegir entre diferentes tipos de metal puede ser fácil. Sin embargo, decidir entre aleaciones del mismo metal puede ser bastante complicado. En este caso, el grado de acero que elija dependerá de sus aplicaciones y especificaciones preferidas. Aquí están los principales factores a considerar para tomar las mejores decisiones:

Resistencia

La resistencia a la tracción del material de acero es un factor crucial a considerar, especialmente si sus componentes se utilizarán en entornos de alto esfuerzo. Esto garantizará que el material pueda resistir la tensión sin deformarse.

El acero 4140 tiene una resistencia a la tracción más alta de 655 MPa que el acero 1018 con 440 MPa. Como resultado, el grado 4140 puede soportar más presión e impacto que el grado 1018. Por lo tanto, es la mejor opción para aplicaciones que requieren una alta frecuencia de impacto.

Propiedades de maquinabilidad

La maquinabilidad de los grados de acero depende en gran medida de su facilidad de modificación. Tanto el acero AISI 4140 como el 1018 se mecanizan, fabrican, conforman y sueldan fácilmente en estados recocidos. Sin embargo, la variante 4140 contiene una mayor cantidad de contenido de carbono.

Por lo tanto, deben tomarse las precauciones adecuadas durante la soldadura para evitar el agrietamiento. Mientras que el acero 1018 es fácilmente maquinable y soldable, el acero 4140 puede requerir tratamientos de pre y poscalentamiento para evitar el agrietamiento.

Resistencia a la corrosión

Sería mejor considerar también el entorno operativo de su producto previsto antes de elegir el grado de acero a utilizar. Los elementos externos pueden afectar en gran medida la calidad de rendimiento del componente. El acero 4140 ofrece mejor resistencia a la corrosión debido a su composición química. Su contenido de cromo y molibdeno proporciona una notable resistencia a entornos corrosivos. Por lo tanto, es un material confiable para componentes al aire libre con cierta exposición a medios corrosivos.

Capacidades de tratamiento térmico

No todos los grados de acero pueden someterse a tratamiento térmico, lo que lo convierte en un factor importante a considerar antes de tomar una decisión. Afortunadamente, tanto el acero 1018 como el 4140 pueden tratarse térmicamente fácilmente, lo que resulta en una mejor resistencia a la tracción y una excelente dureza. Los procesos de tratamiento térmico también confieren resistencia a la abrasión y al desgaste a los materiales sin afectar su ductilidad y tenacidad.

Acero 1018 vs 4140: aplicaciones

El acero 1018 tiene una amplia gama de aplicaciones, útil para componentes que requieren conformado en frío. También es adecuado para componentes cementados, incluyendo engranajes, pasadores, trinquetes, clavijas, portaherramientas y otras piezas de máquinas. Otros incluyen sujetadores, pasadores, ejes, trinquetes, husillos, etc. El acero 1018 también ayuda a producir bienes de consumo como pernos de anclaje, juntas y hachas. Algunos fabricantes también utilizan este grado de acero para aplicaciones estructurales.

Por otro lado, la resistencia, dureza y resistencia a la temperatura del acero 4140 lo hacen adecuado para fabricar forjas de alta resistencia. Tiene varias aplicaciones en la industria automotriz, y los fabricantes lo utilizan para engranajes de transmisión, engranajes de tracción, ejes traseros, abrazaderas de resortes, etc. Otros componentes típicos fabricados con acero 4140 incluyen ejes, pernos y tuercas, plantillas, engranajes, fijaciones, etc.

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Conclusión

La elección y selección de materiales es un aspecto increíblemente crucial del desarrollo de productos. Las aleaciones de acero se utilizan ampliamente en proyectos de fabricación de metales, y elegir la adecuada garantizará que obtenga lo mejor de su proyecto. Comparamos el acero 1018 y 4140 en este artículo basándonos en diferentes parámetros. Si busca utilizar cualquiera de estos materiales para su proyecto, debe revisar sus características y elegir el ideal. 

Preguntas frecuentes

¿Es el 4140 un acero al carbono?

El acero 4140 es un acero de baja aleación o al carbono. La adición de molibdeno y cromo lo convierte en uno de los aceros aleados más comunes disponibles. El molibdeno aumenta su tenacidad mientras que el cromo aumenta su resistencia a la corrosión.

¿Es el acero 1018 dúctil o quebradizo?

El acero 1018 tiene una composición química que proporciona un material dúctil y resistente con una dureza y tenacidad relativamente bajas en comparación con otras aleaciones.

¿Qué indican los dígitos en el grado de acero?

El primer dígito indica qué tipo de acero es, mientras que el segundo dígito le dice si hay alguna modificación en las aleaciones. Los dos últimos dígitos indican la cantidad de carbono en el acero terminado.