Как температура отпуска влияет на свойства стали AISI 4140?

Низколегированная высокопрочная сталь AISI 4140 широко используется в области машиностроения, авиации, нефтяной, морской и других низкотемпературных деталей, таких как вал, шестерня, шатун; Коробка передач, шестерня турбонагнетателя, цилиндр двигателя, пружинный зажим, зажим для бурильной трубы и другие детали; В индустрии производства пресс-форм AISI 4140 подходит для больших и средних пластиковых форм, которые требуют хорошего сочетания прочности и вязкости. Суровые условия эксплуатации требуют от стали высокой ударной вязкости при низких температурах. Мы провели серию испытаний, чтобы изучить влияние различных температур отпуска на механические свойства и микроструктуру поковки AISI4140.

Химический состав ковки и термообработка AISI 4140

Определение кривой CCT и критической точки фазового перехода стали AISI 4140 может служить ориентиром для определения процесса термообработки. При разных скоростях охлаждения на кривой CCT присутствуют зоны трехфазного перехода: область «феррит + перлит» с низкой скоростью охлаждения, область «замкнутый бейнит» с низкой скоростью охлаждения и область «мартенсит» с высокой скоростью охлаждения. . Критическая скорость охлаждения всего мартенсита составляет около 600 ℃ / мин, критическая скорость охлаждения бейнита составляет около 60 ℃ / мин, а точка МС мартенсита составляет 362 ℃. Температура AC3 для стали AISI4140 составляет 826 ℃, поэтому мы выбираем 870 ℃ в качестве температуры закалки.

В печи для моделирования термообработки разрабатываются различные температуры отпуска. Процесс термообработки: температура нормализации - 905 ℃, температура закалки - 870 ℃, метод охлаждения - водяное охлаждение, температура отпуска - 580 ℃, 600 ℃, 620 ℃, 640 ℃, 650 ℃ соответственно. Цилиндрический образец размером 5 мм × 60 мм был выбран при комнатной температуре, и размер образца для ударной вязкости представлял собой V-образную канавку Шарпи размером 10 мм × 10 мм × 55 мм. Температура испытания была -18 ℃.

Когда температура отпуска составляет 580 ℃, низкотемпературная ударная вязкость Сталь 4140 не может соответствовать требованиям. Остаточные пробы ударов отбираются для определения включений и анализа трещин. Из результатов определения включений видно, что общий низкий уровень включения не является причиной неквалифицированной низкотемпературной ударной вязкости. Сканирующая электронная микроскопия (SEM) и анализ энергетического спектра были выполнены для ударного разрушения: площадь волокна в разрыве была небольшой, с распределенными небольшими и неглубокими ямками, и доля площади излучения была большой, а ямочки были относительно большими. и глубоко. Морфология области облучения была квазиразольной, доля площади волокна была мала и наблюдалось небольшое поперечное расширение, а ударная вязкость образца была относительно хорошей. Явных металлургических дефектов не обнаружено. Согласно приведенному выше анализу, низкая ударная вязкость ударного образца при таком процессе термообработки не вызвана металлургическими дефектами. Низкая ударная вязкость может быть связана со степенью дисперсности и морфологией карбида.

ПЭМ-анализ образцов с водяным охлаждением при отпуске 870 ℃ и 580 ℃ показал, что в основном существует два типа распределения карбидов: длинные полосы размером от 100 нм до 3 мкм с определенным количеством частиц карбида и исходные Мартенситная ориентация сохранилась. Анализ ПЭМ образцов с водяным охлаждением и отпуском при температуре 870 ℃ + 600 ℃ показывает, что распределение карбидов относительно равномерное, в основном полосовые карбиды (100-500 нм) и гранулированные карбиды (50 нм), а также небольшое количество крупных частиц M7C3, исчезла большая полоса карбидов. При низкой температуре отпуска полосовые карбиды в основном представляют собой очищенные карбиды. С повышением температуры отпуска соотношение длины и ширины полосовых карбидов уменьшается, и полосовые карбиды превращаются в гранулированные карбиды. Когда температура отпуска составляет 580 ℃, появляется полосовой карбид толщиной 3 мкм. Когда температура отпуска выше 600 ℃, большая полоса карбидов исчезает, а размер полосы в основном меньше 500 нм, и образуются некоторые гранулированные карбиды. Морфология карбида меняется от полосы к мелкозернистой, а распределение изменяется от неравномерного до диффузного, что является причиной повышения ударной вязкости. Наличие полосового карбида очень неблагоприятно для ударных характеристик: чем больше число, тем больше размер, тем хуже ударная вязкость материала. Следовательно, когда температура отпуска повышается до 600 ℃, ударная вязкость материала значительно улучшается.

Таким образом, можно сделать вывод, что: (1) С повышением температуры отпуска прочность стали AISI4140 постепенно снижается, а величина удара постепенно увеличивается. Полоса карбида не способствует ударам, это очень неблагоприятно, чем больше число, тем длиннее размер, тем хуже ударная вязкость материала. Анализ ПЭМ показал, что при повышении температуры отпуска с 580 ℃ до 600 ℃ большая полоса карбидов исчезла, размер полосы был в основном меньше 500 нм, и образовались некоторые гранулированные карбиды, а ударная вязкость материала значительно улучшилась. ⑶ Когда температура отпуска составляет 600 ℃, образцы для испытаний могут соответствовать требованиям как прочности при комнатной температуре, так и ударной вязкости при низких температурах.