Como a temperatura de revenido afeta a propriedade do aço AISI 4140?

O aço de baixa liga de alta resistência AISI 4140 tem sido amplamente utilizado no campo de máquinas, aviação, petróleo, Marinha e outras peças de baixa temperatura, como eixo, engrenagem, biela; Engrenagem de transmissão, engrenagem do turbocompressor, cilindro do motor, braçadeira de mola, braçadeira de tubo de perfuração de petróleo e outras peças; Na indústria de fabricação de moldes, o AISI 4140 é adequado para moldes de plástico de grande e médio porte que requerem uma boa combinação de resistência e tenacidade. O ambiente de serviço hostil exige a resistência ao impacto em alta temperatura e alta do aço. Fizemos uma série de testes para estudar os efeitos de diferentes temperaturas de revenimento nas propriedades mecânicas e microestrutura do forjamento AISI4140.

AISI 4140 forjamento composição química e tratamento térmico

A determinação da curva CCT e do ponto crítico de transição de fase do aço AISI 4140 pode fornecer uma referência para a formulação do processo de tratamento térmico. Com diferentes taxas de resfriamento, existem zonas de transição trifásicas na curva CCT: a região “ferrita + perlita” com baixa taxa de resfriamento, a região “bainita fechada” com baixa taxa de resfriamento e a região “martensita” com taxa de resfriamento rápida . A taxa de resfriamento crítica da martensita completa é de cerca de 600 ℃ / min, a taxa de resfriamento crítica da bainita é de cerca de 60 ℃ / min e o ponto MS da martensita é 362 ℃. O AC3 do aço AISI4140 é 826 ℃, então escolhemos 870 ℃ como a temperatura de têmpera.

Diferentes temperaturas de têmpera são projetadas no forno de simulação de tratamento térmico. Processo de tratamento térmico: a temperatura de normalização é 905 ℃, a temperatura de têmpera é 870 ℃, o método de resfriamento é o resfriamento a água, a temperatura de têmpera é 580 ℃, 600 ℃, 620 ℃, 640 ℃, 650 ℃ respectivamente. Uma amostra cilíndrica de 5 mm x 60 mm foi selecionada à temperatura ambiente, e o tamanho da amostra de tenacidade ao impacto foi uma ranhura em forma de V Charpy de 10 mm x 10 mm x 55 mm. A temperatura de teste foi de -18 ℃.

Quando a temperatura de revenimento é 580 ℃, a resistência ao impacto de baixa temperatura de Aço 4140 não pode atender aos requisitos. As amostras residuais de impacto são coletadas para determinação de inclusão e análise de fratura. Pode ser visto a partir dos resultados da determinação de inclusão que o baixo nível geral de inclusão não é a razão para a tenacidade ao impacto a baixa temperatura não qualificada. Microscopia eletrônica de varredura (MEV) e análise de espectro de energia foram realizadas na fratura por impacto: a área da fibra da fratura era pequena, com pequenas e rasas covinhas distribuídas, e a proporção da área de radiação era grande, e as covinhas eram relativamente grandes e profundo. A morfologia da área de radiação era quase clivagem, a proporção da área da fibra era pequena e havia pequena expansão lateral, e a resistência ao impacto da amostra era relativamente boa. Nenhum defeito metalúrgico óbvio foi observado. De acordo com a análise acima, o baixo valor de impacto da amostra de impacto sob este processo de tratamento térmico não é causado por defeitos metalúrgicos. O baixo valor de impacto pode ser devido ao grau de dispersão e morfologia do carboneto.

A análise TEM das amostras resfriadas a água a 870 ℃ e 580 ℃ de têmpera mostrou que havia principalmente dois tipos de distribuição de carboneto, que eram tiras longas, com o tamanho de 100nm-3μm, com uma certa quantidade de partículas de carboneto, e o original A orientação da martensita foi mantida. A análise TEM de 870 ℃ resfriado a água + 600 ℃ amostras temperadas mostra que a distribuição de carbonetos é relativamente uniforme, principalmente carbonetos de tiras (100-500nm) e carbonetos granulares (50nm), e uma pequena quantidade de partículas M7C3 de grande tamanho, o grande tira de carbonetos desapareceu. Quando a temperatura de revenimento é baixa, os carbonetos de tira são principalmente carbonetos decapados. Com o aumento da temperatura de revenimento, a proporção comprimento-largura dos carbonetos de tiras diminui e os carbonetos de tiras mudam para carbonetos granulares. Quando a temperatura de revenido é 580 ℃, existe carboneto de tira de 3μm. Quando a temperatura de revenido é superior a 600 ℃, a grande faixa de carbonetos desaparece e o tamanho da faixa é basicamente inferior a 500 nm, e alguns carbonetos granulares são formados. A morfologia do carboneto muda de tira para grão fino, e a distribuição muda de não uniforme para difusa, o que é a razão para a melhoria da tenacidade ao impacto. A existência de carboneto de tira é muito desfavorável ao desempenho ao impacto, quanto maior o número, maior o tamanho, pior a tenacidade do material. Portanto, quando a temperatura de revenimento é elevada para 600 ℃, a resistência ao impacto do material é significativamente melhorada.

Portanto, pode-se concluir que: (1) Com o aumento da temperatura de revenido, a resistência do aço AISI4140 diminui gradativamente e o valor de impacto aumenta gradativamente. A tira de carboneto não é propícia ao impacto é muito desfavorável, quanto mais o número, quanto maior o tamanho, pior a tenacidade do material. A análise TEM mostrou que quando a temperatura de revenimento aumentou de 580 ℃ para 600 ℃, a grande tira de carbonetos desapareceu, o tamanho da tira era basicamente inferior a 500 nm e alguns carbonetos granulares se formaram e a tenacidade ao impacto do material foi significativamente melhorada. ⑶ Quando a temperatura de revenimento é de 600 ℃, as amostras de teste podem atender aos requisitos de resistência à temperatura ambiente e resistência ao impacto em baixa temperatura.