Comment la température de revenu affecte-t-elle la propriété de l'acier AISI 4140?

L'acier à haute résistance faiblement allié AISI 4140 a été largement utilisé dans le domaine des machines, de l'aviation, du pétrole, de la marine et d'autres pièces à basse température telles que l'arbre, l'engrenage, la bielle; Engrenage de transmission, engrenage de turbocompresseur, cylindre de moteur, pince à ressort, pince pour tube de forage d'huile et autres pièces; Dans l'industrie de la fabrication de moules, l'AISI 4140 convient aux moules en plastique de grande et moyenne taille qui nécessitent une bonne combinaison de résistance et de ténacité. L'environnement de service difficile nécessite la résistance élevée aux chocs à basse température de l'acier. Nous avons effectué une série de tests pour étudier les effets de différentes températures de revenu sur les propriétés mécaniques et la microstructure du forgeage AISI4140.

Composition chimique de forgeage AISI 4140 et traitement thermique

La détermination de la courbe CCT et du point critique de transition de phase de l'acier AISI 4140 peut fournir une référence pour la formulation du processus de traitement thermique. Avec des vitesses de refroidissement différentes, il existe des zones de transition triphasées dans la courbe CCT: la région «ferrite + perlite» à vitesse de refroidissement lente, la région «bainite fermée» à vitesse de refroidissement lente et la région «martensite» à vitesse de refroidissement rapide . La vitesse de refroidissement critique de la martensite complète est d'environ 600 ℃ / min, la vitesse de refroidissement critique de la bainite est d'environ 60 ℃ / min et le point MS de la martensite est de 362 ℃. L'AC3 de l'acier AISI4140 est de 826 ℃, nous choisissons donc 870 ℃ comme température de trempe.

Différentes températures de revenu sont conçues dans le four de simulation de traitement thermique. Processus de traitement thermique: la température de normalisation est de 905 ℃, la température de trempe est de 870 ℃, la méthode de refroidissement est le refroidissement par eau, la température de revenu est de 580 ℃, 600 ℃, 620 ℃, 640 ℃, 650 ℃ respectivement. Un échantillon cylindrique de 5 mm x 60 mm a été sélectionné à température ambiante, et la taille de l'échantillon de ténacité aux chocs était une rainure en forme de V de Charpy de 10 mm x 10 mm x 55 mm. La température d'essai était de -18 ℃.

Lorsque la température de revenu est de 580 ℃, la ténacité aux chocs à basse température de Acier 4140 ne peut pas répondre aux exigences. Les échantillons résiduels d'impact sont prélevés pour la détermination des inclusions et l'analyse des fractures. On peut voir d'après les résultats de la détermination d'inclusion que le faible niveau global d'inclusion n'est pas la raison de la ténacité aux chocs à basse température non qualifiée. La microscopie électronique à balayage (MEB) et l'analyse du spectre d'énergie ont été effectuées sur la fracture d'impact: la zone de fibre de la fracture était petite, avec des fossettes petites et peu profondes distribuées, et la proportion de la zone de rayonnement était grande et les fossettes étaient relativement grandes. et profond. La morphologie de la zone de rayonnement était quasi-clivée, la proportion de la zone de fibre était petite et il y avait une petite expansion latérale, et la ténacité aux chocs de l'échantillon était relativement bonne. Aucun défaut métallurgique évident n'a été observé. Selon l'analyse ci-dessus, la faible valeur d'impact de l'échantillon d'impact dans le cadre de ce processus de traitement thermique n'est pas causée par des défauts métallurgiques. La faible valeur d'impact peut être due au degré de dispersion et à la morphologie du carbure.

L'analyse TEM des échantillons refroidis à l'eau à 870 ℃ et 580 ℃ revenu a montré qu'il y avait principalement deux types de distribution de carbure, qui étaient de longues bandes, d'une taille de 100 nm-3 μm, avec une certaine quantité de particules de carbure, et l'original L'orientation martensitique a été conservée. L'analyse TEM d'échantillons 870 samples refroidis à l'eau + 600 ℃ trempés montre que la distribution des carbures est relativement uniforme, principalement des carbures en bande (100-500 nm) et des carbures granulaires (50 nm), et une petite quantité de particules M7C3 de grande taille, le une grande bande de carbures a disparu. Lorsque la température de revenu est basse, les carbures en bande sont principalement des carbures dénudés. Avec l'augmentation de la température de revenu, le rapport longueur-largeur des carbures de bande diminue et les carbures de bande se transforment en carbures granulaires. Lorsque la température de revenu est de 580 ℃, il existe 3 μm de carbure de bande. Lorsque la température de revenu est supérieure à 600 ℃, la grande bande de carbures disparaît et la taille de bande est fondamentalement inférieure à 500 nm, et certains carbures granulaires se forment. La morphologie du carbure passe de la bande au grain fin, et la distribution passe de non uniforme à diffuse, ce qui est la raison de l'amélioration de la ténacité aux chocs. L'existence de feuillards de carbure est très défavorable aux performances d'impact, plus le nombre est élevé, plus la taille est longue, plus la ténacité du matériau est mauvaise. Par conséquent, lorsque la température de revenu est élevée à 600 ℃, la ténacité au choc du matériau est considérablement améliorée.

Par conséquent, on peut conclure que: (1) Avec l'augmentation de la température de revenu, la résistance de l'acier AISI4140 diminue progressivement et la valeur d'impact augmente progressivement. La bande de carbure n'est pas propice à l'impact est très défavorable, plus le nombre est élevé, plus la taille est longue, plus la ténacité du matériau est mauvaise. L'analyse TEM a montré que lorsque la température de revenu augmentait de 580 ℃ à 600 ℃, la grande bande de carbures disparaissait, la taille de la bande était fondamentalement inférieure à 500 nm, et certains carbures granulaires se formaient, et la ténacité du matériau était considérablement améliorée. ⑶ Lorsque la température de revenu est de 600 ℃, les échantillons d'essai peuvent répondre aux exigences de résistance à la température ambiante et de résistance aux chocs à basse température.