Aço 4140 (SAE 4140 / 42CrMo4)
Aço baixa liga cromo-molibdênio para beneficiamento
O aço 4140 é um 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 / B7M; A320 L7 / L7M; porcas A194 2H / 2HM / 4 / 7 |
Tolerâncias e NCM
- Barras forjadas (redondas e quadradas): sobremetal de 2 mm (Ø 6–16 mm) a 24 mm (Ø 400–500 mm) no diâmetro. Ex.: Ø 100–125 mm acabado: +7 mm, tolerância +6 / −0 (comprimento até 3.500 mm).
- Discos forjados: sobremetal de 4 a 9 mm no diâmetro e de 3 a 11 mm na altura, tolerância só positiva.
- Corte e usinagem: serra fita −0 / +5 a +15 mm no comprimento; jato d’água +10 % da espessura no diâmetro (mín. 2 mm); usinados −0 / +2 a +5 mm no diâmetro. Ver tabelas completas (INF 002 e INF 003, iguais para todas as ligas).
| Forma | NCM (Brasil, 8 dígitos) | HS (internacional, 6 dígitos) | HTS (EUA, 10 dígitos)* | CN (União Europeia, 8 dígitos)* |
|---|---|---|---|---|
| Barra forjada | 7228.40.00 | 7228.40 | 7228.40.0000 | 7228 40 90 |
| Barra laminada a quente | 7228.30.00 | 7228.30 | 7228.30.8041 | 7228 30 61 |
| Chapa grossa (> 10 mm, largura ≥ 600 mm) | 7225.40.90 | 7225.40 | 7225.40.3050 | 7225 40 40 |
| Tubo sem costura | 7304.19.00 | 7304.19 | 7304.19.5050 | 7304 19 10 |
| Tubo com costura | 7306.19.00 | 7306.19 | 7306.19.5150 | 7306 19 00 |
| Flange e conexão | 7307.91.00 | 7307.91 | 7307.91.5030 | 7307 91 00 |
Classe fiscal: aço carbono ligado (aço liga) (pela composição química, conforme as Notas do Capítulo 72 e a Nota 5 da Seção XV).
Tubos: 7304.19 e 7306.19 são tubos de linha para oleodutos e gasodutos; tubo de caldeira, trocador ou processo vai em 7304.39/7304.59 (sem costura) e 7306.30/7306.50 (com costura).
*: códigos de EUA e UE de referência. NCM pela legislação vigente (Regras Gerais de Interpretação, Notas dos Capítulos 72, 74 e 75 e Nota 5 da Seção XV). Confirme a NCM final com seu despachante conforme a dimensão e o acabamento do item. HS = 6 primeiros dígitos da NCM.
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 |
Calcule o carbono equivalente de Aço 4140 (SAE 4140) para a soldagem →
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 |
Calcule o peso de barra, chapa ou tubo de Aço 4140 (SAE 4140) →
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. |
Calcule o forjado livre em Aço 4140 (SAE 4140): redução, esbeltez e quanto material enviar →Simule o plano de corte do lingote ou da barra →
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)
- Estojos e parafusos ASTM A193 B7 / B7M e A320 L7 (inclusive para a Petrobras)
- Engrenagens e pinhões beneficiados ou nitretados
- Bielas, virabrequins e cruzetas
- Ferramentas de perfuração e subs (drill collars, conexões)
- Moldes e porta-moldes
- Pinos de esteira e articulações de máquinas pesadas
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.
Aço 4140 (SAE 4140): guia completo
Aço liga de médio carbono, não aço carbono
O 4140 é um aço baixa liga ao cromo-molibdênio, de médio carbono (C 0,38 – 0,43%). Por isso também é chamado de aço Cr-Mo. O cromo e o molibdênio aumentam a temperabilidade, ou seja, a profundidade que a têmpera alcança na peça. O manganês ajuda na temperabilidade e atua como desoxidante. O cromo, perto de 1%, não torna o aço inoxidável: em ambiente úmido a peça precisa de óleo, pintura, nitretação ou outro revestimento.
Por que é tão usado em forjados
O 4140 forja bem e responde de forma previsível ao beneficiamento. Temperado e revenido, resiste a impacto, fadiga e deformação, por isso é a base de eixos, bielas, pinos e corpos forjados. A resistência final depende do revenido e da seção: quanto maior a seção, menor a resistência no núcleo. Para seções grandes, o SAE 4340 tem mais temperabilidade.
Recozimento e usinagem
Forjamento, laminação e soldagem deixam tensões e dureza irregular. O recozimento a 820 – 850 °C, com resfriamento lento no forno, homogeneiza a estrutura e baixa a dureza para no máximo 241 HB. Nesse estado o 4140 usina bem. Beneficiado (28 – 32 HRC), usina com metal duro. A Dustre executa recozimento, têmpera e revenido em fornos próprios no serviço de tratamentos térmicos.
4140 para estojos e parafusos da Petrobras (“4140 PET”)
Em pedidos de estojos e barras roscadas para a Petrobras, o 4140 às vezes aparece como “4140 PET”*. Esse nome não é designação de norma: o que define o material é a especificação ASTM do fixador. Os requisitos de fornecimento de fixadores de uniões flangeadas pedem ASTM A193, A194, A320, A370 e A962, e o 4140 é a base química dos graus B7, B7M, L7 e L7M.
- A193 B7 (−48 a 540 °C): Cr-Mo temperado e revenido. Até Ø 2½": tração ≥ 860 MPa (125 ksi) e escoamento ≥ 724 MPa (105 ksi); Ø 2⅝ – 4": ≥ 795 / 655 MPa; Ø 4⅛ – 7": ≥ 690 / 515 MPa. Dureza máx. 321 HBW / 35 HRC. Porca A194 2H.
- A193 B7M (−48 a 350 °C): mesmo aço, revenido a ≥ 620 °C, dureza máx. 235 HBW / 99 HRB medida em 100% das peças, tração ≥ 690 MPa (100 ksi). É a opção para serviço com H2S (NACE MR0175 / MR0103). Porca A194 2HM.
- A320 L7 (−100 a 250 °C): 4140 temperado e revenido para baixa temperatura, mesmas propriedades de tração do B7 até Ø 2½" e Charpy ≥ 27 J (20 ft·lbf) a −101 °C. Porca A194 grau 4 ou 7.
Requisitos usuais dos procedimentos de compra: rosca laminada (não usinada); alívio de tensões 55 °C abaixo da temperatura de revenido quando a rosca é laminada depois do tratamento; sem revestimento, salvo pedido de zinco-níquel (ASTM B841) com desidrogenação (ASTM B850); nenhum revestimento de zinco acima de 200 °C. A norma Petrobras de estojos e porcas para flanges (N-2796*) e a requisição de compra vigente prevalecem. Para diâmetros acima de 2½" em baixa temperatura, veja o 4340 (A320 L43).
Perguntas frequentes
Qual a composição química do Aço 4140 (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 Aço 4140 (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 / B7M; A320 L7 / L7M; porcas A194 2H / 2HM / 4 / 7.
Até que temperatura o Aço 4140 (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 Aço 4140 (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.
O aço 4140 é aço carbono?
Não. É aço baixa liga de médio carbono, com 0,38 – 0,43% de C, 0,80 – 1,10% de Cr e 0,15 – 0,25% de Mo (SAE J404 / ASTM A29). O cromo e o molibdênio dão a temperabilidade que o aço carbono comum não tem.
O aço 4140 é soldável?
Com restrições. O carbono equivalente alto (≈ 0,78) exige pré-aquecimento de 200 – 320 °C, eletrodo de baixo hidrogênio, interpasse controlado e alívio de tensões ou revenido logo após soldar.
O 4140 resiste à corrosão?
Não como um inox. O cromo do 4140 fica perto de 1% e não forma camada passiva. Em ambiente úmido a peça precisa de proteção: óleo, pintura, nitretação ou revestimento.
Qual a diferença entre o 4140 e o 4340?
O 4340 tem 1,65 – 2,00% de níquel e temperabilidade maior. Na mesma referência (Ø 40 – 100 mm, temperado e revenido), o 34CrNiMo6 tem escoamento ≥ 800 MPa, contra ≥ 650 MPa do 42CrMo4. Use o 4140 em seções médias e o 4340 em seções grandes ou quando o núcleo precisa de mais tenacidade.
O que é aço 4140 PET?
É o nome usado em pedidos para o 4140 destinado a estojos e parafusos de flanges da Petrobras*. Não é designação de norma: o material deve ser pedido pela especificação do fixador, em geral ASTM A193 B7 (B7M para H2S, A320 L7 para baixa temperatura), com porcas A194 2H, 2HM ou 7 e os requisitos do procedimento de fornecimento (rosca laminada, dureza, certificado 3.1).
Onde comprar Aço 4140 (SAE 4140) no Brasil?
A Dustre fornece Aço 4140 (SAE 4140) em barra, chapa, tubo, bloco e peças forjadas ou usinadas, conforme disponibilidade, com certificado de qualidade. Matriz em Osasco/SP, filiais em Joinville/SC e Baixo Guandu/ES, entrega em todo o Brasil e exportação. Para cotar, fale com a Helena, nossa assistente virtual no WhatsApp +55 11 98649-0075, ou escreva para vendas@dustre.com.br.