Wie wirkt sich die Anlasstemperatur auf die Eigenschaften von AISI 4140-Stahl aus?

Niedriglegierter hochfester Stahl AISI 4140 ist in den Bereichen Maschinenbau, Luftfahrt, Erdöl, Schifffahrt und andere Niedertemperaturteile wie Welle, Getriebe, Pleuel weit verbreitet. Getriebezahnrad, Turboladerzahnrad, Motorzylinder, Federklemme, Ölbohrrohrklemme und andere Teile; Im Formenbau eignet sich AISI 4140 für große und mittelgroße Kunststoffformen, die eine gute Kombination aus Festigkeit und Zähigkeit erfordern. Die raue Betriebsumgebung erfordert die hohe Schlagzähigkeit des Stahls bei niedrigen Temperaturen. Wir haben eine Reihe von Tests durchgeführt, um die Auswirkungen unterschiedlicher Anlasstemperaturen auf die mechanischen Eigenschaften und die Mikrostruktur des Schmiedens nach AISI4140 zu untersuchen.

AISI 4140 Schmiede chemische Zusammensetzung und Wärmebehandlung

Die Bestimmung der CCT-Kurve und des kritischen Phasenübergangspunkts von AISI 4140-Stahl kann als Referenz für die Formulierung des Wärmebehandlungsprozesses dienen. Bei unterschiedlichen Abkühlraten gibt es in der CCT-Kurve dreiphasige Übergangszonen: den Bereich „Ferrit + Perlit“ mit langsamer Abkühlrate, den Bereich „geschlossener Bainit“ mit langsamer Abkühlrate und den Bereich „Martensit“ mit schneller Abkühlrate . Die kritische Abkühlrate von vollständigem Martensit beträgt etwa 600 l / min, die kritische Abkühlrate von Bainit beträgt etwa 60 l / min und der MS-Punkt von Martensit beträgt 362 l / min. Der AC3 von AISI4140-Stahl beträgt 826 ° C, daher wählen wir 870 ° C als Abschrecktemperatur.

Im Wärmebehandlungssimulationsofen werden unterschiedliche Anlasstemperaturen ausgelegt. Wärmebehandlungsprozess: Die Normalisierungstemperatur beträgt 905 ° C, die Abschrecktemperatur 870 ° C, die Kühlmethode ist Wasserkühlung, die Anlasstemperatur beträgt 580 ° C, 600 ° C, 620 ° C, 640 ° C bzw. 650 ° C. Eine zylindrische Probe von 5 mm × 60 mm wurde bei Raumtemperatur ausgewählt, und die Größe der Schlagzähigkeitsprobe war eine Charpy V-förmige Nut von 10 mm × 10 mm × 55 mm. Die Testtemperatur betrug -18 ° C.

Wenn die Anlasstemperatur 580 ° C beträgt, beträgt die Schlagzähigkeit bei niedriger Temperatur von 4140-Handle kann die Anforderungen nicht erfüllen. Die Aufprallrestproben werden zur Einschlussbestimmung und Bruchanalyse entnommen. Aus den Ergebnissen der Einschlussbestimmung ist ersichtlich, dass der insgesamt niedrige Einschlussgrad nicht der Grund für die unqualifizierte Schlagzähigkeit bei niedrigen Temperaturen ist. Rasterelektronenmikroskopie (REM) und Energiespektrumanalyse wurden an der Aufprallfraktur durchgeführt: Die Faserfläche der Fraktur war klein, kleine und flache Grübchen verteilt, und der Anteil der Strahlungsfläche war groß, und die Grübchen waren relativ groß und tief. Die Morphologie der Strahlungsfläche war quasi eine Spaltung, der Anteil der Faserfläche war gering und es gab eine geringe seitliche Ausdehnung, und die Schlagzähigkeit der Probe war relativ gut. Es wurden keine offensichtlichen metallurgischen Defekte beobachtet. Gemäß der obigen Analyse wird der niedrige Schlagwert der Schlagprobe bei diesem Wärmebehandlungsprozess nicht durch metallurgische Defekte verursacht. Der niedrige Schlagwert kann auf den Dispersionsgrad und die Morphologie des Carbids zurückzuführen sein.

Die TEM-Analyse der wassergekühlten Proben bei 870 ° C und 580 ° C zeigte, dass es hauptsächlich zwei Arten der Carbidverteilung gab, nämlich lange Streifen mit einer Größe von 100 nm bis 3 μm, mit einer bestimmten Menge an Carbidpartikeln und dem Original Die Martensitorientierung wurde beibehalten. Die TEM-Analyse von 870 ℃ wassergekühlten + 600 ℃ getemperten Proben zeigt, dass die Verteilung der Carbide relativ gleichmäßig ist, hauptsächlich Streifencarbide (100-500 nm) und körnige Carbide (50 nm) sowie eine kleine Menge großer M7C3-Partikel großer Streifen Karbide verschwand. Wenn die Anlasstemperatur niedrig ist, sind die Streifencarbide hauptsächlich gestrippte Carbide. Mit zunehmender Anlasstemperatur nimmt das Längen-Breiten-Verhältnis von Streifencarbiden ab und die Streifencarbide ändern sich zu körnigen Carbiden. Wenn die Anlasstemperatur 580 ° C beträgt, liegt 3 μm Streifencarbid vor. Wenn die Anlasstemperatur höher als 600 ° C ist, verschwindet der große Karbidstreifen, und die Streifengröße beträgt im Grunde weniger als 500 nm, und es bilden sich einige körnige Karbide. Die Morphologie des Carbids ändert sich von Streifen zu feinkörnig, und die Verteilung ändert sich von ungleichmäßig zu diffus, was der Grund für die Verbesserung der Schlagzähigkeit ist. Das Vorhandensein von Streifencarbid ist für die Schlagfestigkeit sehr ungünstig. Je mehr die Anzahl, je länger die Größe, desto schlechter die Zähigkeit des Materials. Wenn daher die Anlasstemperatur auf 600 ° C erhöht wird, wird die Schlagzähigkeit des Materials erheblich verbessert.

Daraus kann geschlossen werden, dass: (1) Mit zunehmender Anlasstemperatur die Festigkeit von AISI4140-Stahl allmählich abnimmt und der Schlagwert allmählich zunimmt. Das dem Aufprall nicht förderliche Streifencarbid ist sehr ungünstig. Je mehr die Anzahl, je länger die Größe, desto schlechter die Zähigkeit des Materials. Die TEM-Analyse zeigte, dass bei einem Anstieg der Anlasstemperatur von 580 ° C auf 600 ° C der große Karbidstreifen verschwand, die Streifengröße im Wesentlichen weniger als 500 nm betrug und sich einige körnige Karbide bildeten und die Schlagzähigkeit des Materials signifikant verbessert wurde. ⑶ Wenn die Anlasstemperatur 600 ° C beträgt, können die Testproben die Anforderungen sowohl an die Raumtemperaturfestigkeit als auch an die Schlagzähigkeit bei niedriger Temperatur erfüllen.