Miten karkaisulämpötila vaikuttaa AISI 4140 -teräksen ominaisuuksiin?

Matalaseosteista korkealujuutta terästä AISI 4140 on käytetty laajalti koneiden, ilmailun, öljyn, meren ja muiden alhaisten lämpötilojen osissa, kuten akselissa, vaihteistossa, kiertokankessa; Vaihteisto, turboahdin, moottorin sylinteri, jousipuristin, öljyporaputken puristin ja muut osat; Muottiteollisuudessa AISI 4140 soveltuu suuriin ja keskikokoisiin muovimuotteihin, jotka vaativat hyvän lujuuden ja sitkeyden yhdistelmän. Ankara käyttöympäristö edellyttää teräksen korkeaa iskunkestävyyttä alhaisissa lämpötiloissa. Olemme tehneet sarjan kokeita tutkiaksemme eri karkaisulämpötilojen vaikutuksia AISI4140 taonn mekaanisiin ominaisuuksiin ja mikrorakenteeseen.

AISI 4140 taonta kemiallinen koostumus ja lämpökäsittely

AISI 4140 -teräksen CCT-käyrän ja faasisiirtymän kriittisen pisteen määrittäminen voi toimia referenssinä lämpökäsittelyprosessin muotoilussa. Eri jäähdytysnopeuksilla CCT-käyrässä on kolmivaiheisia siirtymävyöhykkeitä: "ferriitti + perliitti" -alue, jolla on hidas jäähdytysnopeus, "suljettu bainiitti" -alue, jolla on hidas jäähdytysnopeus, ja "martensiitti" -alue, jolla on nopea jäähdytysnopeus. . Täydellisen martensiitin kriittinen jäähdytysnopeus on noin 600 ℃/min, bainiitin kriittinen jäähdytysnopeus noin 60 ℃/min ja martensiitin MS-piste on 362 ℃. AISI3-teräksen AC4140 on 826 ℃, joten valitsemme sammutuslämpötilaksi 870 ℃.

Lämpökäsittelysimulaatiouuniin suunnitellaan erilaisia ​​karkaisulämpötiloja. Lämpökäsittelyprosessi: normalisointilämpötila on 905 ℃, sammutuslämpötila on 870 ℃, jäähdytysmenetelmä on vesijäähdytys, karkaisulämpötila on 580 ℃, 600 ℃, 620 ℃, 640 ℃, 650 ℃. Lieriömäinen näyte 5 mm × 60 mm valittiin huoneenlämpötilassa, ja iskusitkeysnäytteen koko oli Charpyn V-muotoinen ura, jonka koko oli 10 mm × 10 mm × 55 mm. Testilämpötila oli -18℃.

Kun karkaisulämpötila on 580 ℃, matala lämpötila vaikuttaa sitkeyteen 4140 teräs ei voi täyttää vaatimuksia. Iskujäännösnäytteet otetaan inkluusiomääritystä ja murtumisanalyysiä varten. Inkluusiomäärityksen tuloksista voidaan nähdä, että yleinen alhainen inkluusiotaso ei ole syy ehdottomaan matalan lämpötilan iskunkestävyyteen. Törmäysmurtumasta tehtiin pyyhkäisyelektronimikroskooppi (SEM) ja energiaspektrianalyysi: murtuman kuitupinta-ala oli pieni, pieniä ja matalia kuoppia jakaantui ja säteilyalueen osuus oli suuri ja kuopat suhteellisen suuria. ja syvä. Säteilyalueen morfologia oli kvasihalkeama, kuitualueen osuus pieni ja sivuttaislaajeneminen oli vähäistä ja näytteen iskunkestävyys oli suhteellisen hyvä. Selviä metallurgisia vikoja ei havaittu. Yllä olevan analyysin mukaan iskunäytteen alhainen iskuarvo tässä lämpökäsittelyprosessissa ei johdu metallurgisista vioista. Alhainen iskuarvo voi johtua karbidin hajoamisasteesta ja morfologiasta.

Vesijäähdytteisten näytteiden TEM-analyysi 870 ℃:n ja 580 ℃:n karkaisussa osoitti, että karbideja oli pääasiassa kahden tyyppisiä, jotka olivat pitkiä kaistaleita, joiden koko oli 100 nm-3 μm, jossa oli tietty määrä karbidihiukkasia, ja alkuperäinen Martensiittisuuntaus säilytettiin. 870 ℃:n vesijäähdytteisten +600 ℃ temperoitujen näytteiden TEM-analyysi osoittaa, että karbidien jakautuminen on suhteellisen tasaista, pääasiassa nauhakarbideja (100-500 nm) ja rakeita (50 nm) ja pieni määrä suurikokoisia M7C3-hiukkasia, suuri karbidien kaistale katosi. Kun karkaisulämpötila on alhainen, nauhakarbidit ovat pääasiassa kuorittuja karbideja. Karkaisulämpötilan noustessa nauhakarbidien pituus-leveyssuhde pienenee ja nauhakarbidit muuttuvat rakeisiksi karbidiksi. Kun karkaisulämpötila on 580 ℃, on olemassa 3 μm nauhakarbidia. Kun karkaisulämpötila on yli 600 ℃, suuri karbidien kaistale katoaa ja nauhan koko on pohjimmiltaan alle 500 nm, ja muodostuu joitain rakeisia karbideja. Karbidin morfologia muuttuu kaistaleesta hienorakeiseksi ja jakautuminen epätasaisesta diffuusiksi, mikä on syynä iskunkestävyyden paranemiseen. Nauhakarbidin olemassaolo on erittäin epäedullista iskunkestolle, mitä suurempi luku, mitä pidempi koko, sitä huonompi materiaalin sitkeys. Siksi, kun karkaisulämpötila nostetaan 600 ℃:seen, materiaalin iskunkestävyys paranee merkittävästi.

Tästä syystä voidaan päätellä, että: (1) Karkaisulämpötilan noustessa AISI4140-teräksen lujuus laskee vähitellen ja iskuarvo kasvaa vähitellen. Nauhakarbidi ei sytytä iskuja on erittäin epäedullinen, mitä suurempi luku, mitä pidempi koko, sitä huonompi materiaalin sitkeys. TEM-analyysi osoitti, että kun karkaisulämpötila nousi 580 ℃:sta 600 ℃:seen, suuri karbidien kaistale katosi, nauhan koko oli periaatteessa alle 500 nm ja muodostui joitain rakeisia karbideja, ja materiaalin iskunkestävyys parani merkittävästi. ⑶ Kun karkaisulämpötila on 600 ℃, testinäytteet voivat täyttää sekä huoneenlämpötilan lujuuden että matalan lämpötilan iskunkestävyyden vaatimukset.