L'acciaio bassolegato ad alta resistenza AISI 4140 è stato ampiamente utilizzato nel campo dei macchinari, dell'aviazione, del petrolio, della marina e di altre parti a bassa temperatura come albero, ingranaggio, biella; Ingranaggio della trasmissione, ingranaggio del turbocompressore, cilindro del motore, morsetto a molla, morsetto per tubo di trivellazione dell'olio e altre parti; Nell'industria degli stampi, AISI 4140 è adatto per stampi in plastica di grandi e medie dimensioni che richiedono una buona combinazione di resistenza e tenacità. Il duro ambiente di servizio richiede l'elevata tenacità dell'acciaio alle basse temperature. Abbiamo effettuato una serie di prove per studiare gli effetti delle diverse temperature di rinvenimento sulle proprietà meccaniche e sulla microstruttura della forgiatura AISI4140.
Composizione chimica di forgiatura AISI 4140 e trattamento termico
classi | C | Si | Mn | P | S | Cr | Mo |
4140 | 0.38 ~ 0.43 | 0.15 ~ 0.35 | 0.75 ~ 1.00 | ≤ 0.035 | ≤ 0.040 | 0.80 ~ 1.10 | 0.15 ~ 0.25 |
Condizione | temperatura (℃) | Raffreddamento | Durezza, HBW | |
Trattamento di preriscaldamento | ricottura | 840 ~ 860
(Conservazione del calore 2H) |
Raffreddamento del forno | ≤ 217 |
Normalizzazione | 850 ~ 900 | Aria condizionata | ≤ 217 | |
Tempra ad alta temperatura | 680 ~ 700 | Aria condizionata | ≤ 217 | |
Temprato e temperato
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tempra | 840 ~ 880 | Raffreddamento ad olio | ≥53 HRC |
tempra | 450 ~ 670 | Olio o aria | 25 ~ 45HRC | |
Induzione
tempra
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Riscaldamento | 900 | Emulsione | Aspetto ≥53 HRC |
tempra | 150 ~ 180 | Aria condizionata | ≥50 HRC |
La determinazione della curva CCT e del punto critico di transizione di fase dell'acciaio AISI 4140 può fornire un riferimento per la formulazione del processo di trattamento termico. Con diverse velocità di raffreddamento, ci sono zone di transizione trifase nella curva CCT: la regione "ferrite + perlite" con velocità di raffreddamento lenta, la regione "bainite chiusa" con velocità di raffreddamento lenta e la regione "martensite" con velocità di raffreddamento veloce . La velocità di raffreddamento critica della martensite completa è di circa 600 ℃ / min, la velocità di raffreddamento critica della bainite è di circa 60 ℃ / min e il punto MS della martensite è 362 ℃. L'AC3 dell'acciaio AISI4140 è 826 ℃, quindi scegliamo 870 ℃ come temperatura di spegnimento.
Diverse temperature di rinvenimento sono progettate nel forno di simulazione del trattamento termico. Processo di trattamento termico: la temperatura di normalizzazione è 905 ℃, la temperatura di spegnimento è 870 ℃, il metodo di raffreddamento è il raffreddamento ad acqua, la temperatura di rinvenimento è rispettivamente di 580 ℃, 600 ℃, 620 ℃, 640 ℃, 650 ℃. È stato selezionato un campione cilindrico di 5 mm × 60 mm a temperatura ambiente e la dimensione del campione di resistenza agli urti era una scanalatura Charpy a forma di V di 10 mm × 10 mm × 55 mm. La temperatura di prova era di -18 ℃.
Quando la temperatura di rinvenimento è 580 ℃, la resistenza all'impatto a bassa temperatura di Acciaio 4140 non può soddisfare i requisiti. I campioni residui dell'impatto vengono prelevati per la determinazione dell'inclusione e l'analisi della frattura. Dai risultati della determinazione dell'inclusione si può vedere che il basso livello generale di inclusione non è la ragione per la resistenza all'urto a bassa temperatura non qualificata. La microscopia elettronica a scansione (SEM) e l'analisi dello spettro energetico sono state eseguite sulla frattura da impatto: l'area della fibra della frattura era piccola, con fossette piccole e poco profonde distribuite e la proporzione dell'area di radiazione era grande e le fossette erano relativamente grandi e profondo. La morfologia dell'area di radiazione era quasi scissione, la proporzione dell'area della fibra era piccola e c'era una piccola espansione laterale e la resistenza all'impatto del campione era relativamente buona. Non sono stati osservati difetti metallurgici evidenti. Secondo l'analisi di cui sopra, il basso valore di impatto del campione di impatto durante questo processo di trattamento termico non è causato da difetti metallurgici. Il basso valore di impatto può essere dovuto al grado di dispersione e alla morfologia del metallo duro.
L'analisi TEM dei campioni raffreddati ad acqua a 870 ℃ e 580 ℃ rinvenimento ha mostrato che c'erano principalmente due tipi di distribuzione del carburo, che erano strisce lunghe, con la dimensione di 100nm-3μm, con una certa quantità di particelle di carburo, e l'originale L'orientamento martensitico è stato mantenuto. L'analisi TEM di campioni raffreddati ad acqua a 870 ℃ + 600 ℃ temperati mostra che la distribuzione dei carburi è relativamente uniforme, principalmente carburi a strisce (100-500 nm) e carburi granulari (50 nm) e una piccola quantità di particelle M7C3 di grandi dimensioni, il grande striscia di carburi scomparve. Quando la temperatura di rinvenimento è bassa, i carburi a nastro sono principalmente carburi spogliati. Con l'aumento della temperatura di rinvenimento, il rapporto lunghezza-larghezza dei carburi a nastro diminuisce e i carburi a nastro cambiano in carburi granulari. Quando la temperatura di rinvenimento è di 580 ℃, esiste una striscia di carburo da 3μm. Quando la temperatura di rinvenimento è superiore a 600 ℃, la grande striscia di carburi scompare e la dimensione della striscia è sostanzialmente inferiore a 500 nm e si formano alcuni carburi granulari. La morfologia del metallo duro cambia da nastro a grana fine e la distribuzione cambia da non uniforme a diffusa, motivo per il miglioramento della tenacità all'impatto. L'esistenza della striscia di carburo è molto sfavorevole alle prestazioni di impatto, più il numero, più lunga è la dimensione, peggiore è la tenacità del materiale. Pertanto, quando la temperatura di rinvenimento viene aumentata a 600 ℃, la resistenza all'impatto del materiale è notevolmente migliorata.
Pertanto, si può concludere che: (1) Con l'aumento della temperatura di rinvenimento, la resistenza dell'acciaio AISI4140 diminuisce gradualmente e il valore di impatto aumenta gradualmente. La striscia di carburo non è favorevole all'impatto è molto sfavorevole, maggiore è il numero, maggiore è la dimensione, peggiore è la tenacità del materiale. L'analisi TEM ha mostrato che quando la temperatura di rinvenimento è aumentata da 580 ℃ a 600 ℃, la grande striscia di carburi è scomparsa, la dimensione della striscia era sostanzialmente inferiore a 500 nm, si sono formati alcuni carburi granulari e la resistenza all'urto del materiale è stata notevolmente migliorata. ⑶ Quando la temperatura di rinvenimento è di 600 ℃, i campioni di prova possono soddisfare i requisiti di resistenza a temperatura ambiente e resistenza agli urti a bassa temperatura.