Hoe beïnvloedt de tempertemperatuur de eigenschap van AISI 4140-staal?

Laaggelegeerd hoogwaardig staal AISI 4140 wordt veel gebruikt op het gebied van machines, luchtvaart, petroleum, scheepvaart en andere onderdelen voor lage temperaturen, zoals as, tandwiel, drijfstang; Transmissietoestel, turbocompressor, motorcilinder, veerklem, olieboorbuisklem en andere onderdelen; In de matrijzenbouwindustrie is AISI 4140 geschikt voor grote en middelgrote kunststof matrijzen die een goede combinatie van sterkte en taaiheid vereisen. De zware werkomgeving vereist de slagvastheid van het staal bij hoge lage temperaturen. We hebben een reeks tests uitgevoerd om de effecten van verschillende temperingstemperaturen op de mechanische eigenschappen en microstructuur van AISI4140-smeedwerk te bestuderen.

AISI 4140 smeedt chemische samenstelling en warmtebehandeling

De bepaling van de CCT-curve en het kritische punt van de faseovergang van AISI 4140-staal kan een referentie zijn voor de formulering van het warmtebehandelingsproces. Met verschillende afkoelsnelheden zijn er driefasige overgangszones in de CCT-curve: het "ferriet + perliet" -gebied met lage afkoelsnelheid, het "gesloten bainiet" -gebied met lage afkoelsnelheid en het "martensiet" -gebied met hoge afkoelsnelheid . De kritische afkoelsnelheid van volledig martensiet is ongeveer 600 / min, de kritische afkoelsnelheid van bainiet is ongeveer 60 ℃ / min en het MS-punt van martensiet is 362 ℃. De AC3 van AISI4140-staal is 826 ℃, dus kiezen we 870 ℃ als de blustemperatuur.

Verschillende tempertemperaturen zijn ontworpen in de simulatieoven voor warmtebehandeling. Warmtebehandelingsproces: normaliserende temperatuur is 905 ℃, blustemperatuur is 870 ℃, koelmethode is waterkoeling, tempertemperatuur is respectievelijk 580 ℃, 600 ℃, 620 ℃, 640 ℃, 650 ℃. Een cilindrisch monster van 5 mm x 60 mm werd geselecteerd bij kamertemperatuur, en de grootte van het monster van de slagvastheid was een Charpy V-vormige groef van 10 mm x 10 mm x 55 mm. De testtemperatuur was -18 ℃.

Bij een ontlaattemperatuur van 580℃ voldoet de kerfslagsterkte van 4140-staal niet aan de eisen. Er werden monsters genomen van de kerfslagresten voor insluitselbepaling en breukanalyse. Uit de resultaten van de insluitselbepaling bleek dat het lage insluitselgehalte niet de oorzaak was van de onvoldoende kerfslagsterkte bij lage temperaturen. Scanningelektronenmicroscopie (SEM) en energiespectrumanalyse werden uitgevoerd op de kerfslagbreuk: het vezeloppervlak van de breuk was klein, met kleine en ondiepe putjes, en het stralingsgebied was groot, met relatief grote en diepe putjes. De morfologie van het stralingsgebied was quasi-splijting, het vezeloppervlak was klein en er was een geringe laterale uitzetting, en de kerfslagsterkte van het monster was relatief goed. Er werden geen duidelijke metallurgische defecten waargenomen. Op basis van bovenstaande analyse wordt de lage kerfslagsterkte van het monster na deze warmtebehandeling niet veroorzaakt door metallurgische defecten. De lage impactwaarde kan te wijten zijn aan de mate van dispersie en de morfologie van het carbide.

TEM-analyse van de watergekoelde monsters bij 870 ℃ en 580 ℃ temperen toonde aan dat er hoofdzakelijk twee soorten carbideverdeling waren, namelijk lange stroken, met de grootte van 100 nm-3 μm, met een bepaalde hoeveelheid carbidedeeltjes, en de originele Martensiet oriëntatie werd behouden. TEM-analyse van 870 ℃ watergekoelde + 600 ℃ getemperde monsters toont aan dat de verdeling van carbiden relatief uniform is, voornamelijk stripcarbiden (100-500 nm) en korrelige carbiden (50 nm), en een kleine hoeveelheid grote M7C3-deeltjes, de grote strip carbiden verdwenen. Bij een lage tempertemperatuur zijn de stripcarbiden voornamelijk gestripte carbiden. Met de toename van de tempertemperatuur neemt de lengte-breedteverhouding van stripcarbiden af ​​en veranderen de stripcarbiden in korrelige carbiden. Wanneer de tempertemperatuur 580 ℃ is, bestaat er 3 μm stripcarbide. Wanneer de tempertemperatuur hoger is dan 600 ℃, verdwijnt de grote strip met carbiden en is de stripgrootte in feite minder dan 500 nm, en worden er enkele korrelvormige carbiden gevormd. De morfologie van het hardmetaal verandert van band naar fijne korrel, en de verdeling verandert van ongelijkmatig naar diffuus, wat de reden is voor de verbetering van de slagvastheid. Het bestaan ​​van stripcarbide is zeer ongunstig voor de slagvastheid, hoe meer het aantal, hoe langer de maat, hoe slechter de taaiheid van het materiaal. Daarom, wanneer de tempertemperatuur wordt verhoogd tot 600 ℃, wordt de slagvastheid van het materiaal aanzienlijk verbeterd.

Daarom kan worden geconcludeerd dat: (1) Met de toename van de ontlaattemperatuur de sterkte van AISI4140-staal geleidelijk afneemt en de impactwaarde geleidelijk toeneemt. De stripcarbide is niet bevorderlijk voor impact is erg ongunstig, hoe meer het aantal, hoe langer de maat, hoe slechter de taaiheid van het materiaal. TEM-analyse toonde aan dat wanneer de tempertemperatuur toenam van 580 ℃ tot 600 ℃, de grote strip met carbiden verdween, de stripgrootte in wezen minder dan 500 nm was, en dat er zich enkele korrelvormige carbiden vormden, en de slagvastheid van het materiaal aanzienlijk werd verbeterd. ⑶ Wanneer de tempertemperatuur 600 ℃ is, kunnen de testmonsters voldoen aan de vereisten van zowel de sterkte bij kamertemperatuur als de slagvastheid bij lage temperatuur.