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AISI 4340鋼調質組織和力學性能分析

目錄:技術支持點擊率:發布時間:2021-07-30 15:07:18

抽象的
本研究旨在確定 AISI 4340 鋼淬火和回火工藝的最佳參數。進行淬火和回火工藝以改變微觀結構和機械性能,特別是實現鋼裝甲應用的高強度和韌性回彈。鋼因其易于加工、生產成本低、強度高、韌性好和熱處理能力強而被廣泛用作裝甲材料。這種材料還具有合理的價格和良好的可用性。冶金結構成為一個關鍵因素,尤其是對于防彈車輛應用。尺寸為 55x10x10 mm 的 AISI 4340 商用鋼樣品33 在 800 的溫度下進行奧氏體化 °°C 在馬弗爐中保溫 1 和 2 小時,然后以油為介質進行淬火處理。此外,淬火樣品然后在 300°°C 也在馬弗爐中保持 2、3 和 4 小時。使用光學顯微鏡進行微觀結構分析。結果表明,淬火過程促進了鐵素體和珠光體相結合向針狀鐵素體和馬氏體相轉變。另一方面,回火過程促進了馬氏體向貝氏體的轉變。淬火還導致硬度增加。
正文
一、簡介
裝甲材料設計用于防止子彈穿透等,其中冶金結構成為關鍵因素。由于良好的硬度和抗沖擊性 [,這種材料還被設計為能夠打破和保持高速發射的射彈 。用于軍事應用的裝甲材料種類有鋼、陶瓷、聚合物和復合材料 ,但鋼因其易于加工、生產成本低、強度高、韌性好和熱處理能力強而應用最廣泛鋼裝甲因其作為民用和軍用車輛的防護材料而被稱為防彈鋼。通過熱處理工藝可以提高鋼的機械性能。
前期研究表明,熱處理工藝主要針對AR500[鋼、4140鋼[和PROTAC 500鋼,調質溫度在800-900℃之間。°°C和200-300 °°C、分別。這種處理旨在改善物理和機械性能,這在很大程度上取決于最佳溫度、保溫時間以及冷卻過程。實驗表明,顯微組織以馬氏體和貝氏體相為主,材料具有承受彈道載荷的能力,板厚大于 7 mm。這種現象表明,在相當高的厚度下實現了良好的彈道彈性,并導致樣品質量高,該特性不適用于需要較低重量以達到高機動性的裝甲車輛應用。本研究旨在了解淬火和回火工藝對 AISI 4340 鋼的顯微組織、硬度和沖擊性能的影響。
2. 方法和設備
尺寸為 55x10x10 mm 的 AISI 4340 商用鋼樣品33在 800 的溫度下進行奧氏體化 °°C 在馬弗爐中加熱 1 和 2 小時,然后用油介質進行淬火處理。鋼的成分如表 1 所示。此外,淬火后的樣品在 300°°C 也在馬弗爐中保持 2、3 和 4 小時。使用光學顯微鏡進行微觀結構分析。之前,根據 ASTM E407:2007,將樣品用砂紙機械研磨并用金屬拋光劑拋光,然后用酒精中的 0.4% HNO3 蝕刻。硬度和沖擊試驗分別采用維氏法和夏比法。
3。結果與討論
微觀結構
顯示了樣品的微觀結構;淬火前后。如圖1a所示,原材料的顯微組織以鐵素體和珠光體相為主。淬火過程促進了從鐵素體和珠光體組合到針狀形狀的鐵素體和馬氏體的相變。保持時間越長,馬氏體相越多。快速冷卻導致碳原子擴散不完全,促進了晶體結構從 FCC 到 BCT 的變化。
說明樣品在800℃淬火后的顯微組織 °°C 保持 2 小時,然后在 300 度回火 °°C 2、3 和 4 小時。所有樣品都顯示出鐵素體和貝氏體相的組合。回火過程促進了馬氏體向貝氏體的轉變。貝氏體是形成馬氏體之前的中間相,它將晶體結構從 BCT 轉移到 BCC。
機械性能
顯示了不同熱處理工藝的樣品硬度。該圖描述了由于馬氏體相的存在,淬火過程之后硬度增加。具有BCT晶體結構的馬氏體相具有復雜的原子形成并導致更難的位錯運動。最高硬度出現在保持時間為 2 小時 (439.3 VHN) 的淬火過程中。回火過程往往會降低硬度。保溫時間越長,回火樣品的硬度越低。回火過程中從馬氏體(BCT)到貝氏體(BCC)的相變促進了更容易的位錯運動,導致硬度降低。
描述了 AISI 4340 鋼在淬火和回火過程后的韌性變化。如圖 4 所示,最高韌性出現在樣品在 800 度淬火后°°C 保持 1 小時,然后在 300 下回火 °°C 持續 3 小時(144.9 焦耳/平方毫米)。另一方面,在 800 度淬火后,樣品的韌性最低。°°C 2 小時(61.13 焦耳/平方毫米)。淬火過程促進了具有最高硬度和最低韌性的 BCT 晶體結構的馬氏體相的形成。另一方面,回火過程導致貝氏體相的形成,由于其 BCC 晶體結構,貝氏體相具有比馬氏體相更高的韌性。在回火過程中,時間是至關重要的因素。如圖 4 所示,回火 3 小時后,韌性趨于下降。
4。結論
觀察結果可總結如下:
  • 淬火過程使AISI 4340鋼的組織由鐵素體和珠光體相轉變為鐵素體和馬氏體,其中淬火時間從1h增加到2h有增加馬氏體數量的趨勢。
  • 回火過程將 AISI 4340 鋼的顯微組織從馬氏體轉變為貝氏體,其中保持時間從 2、3 和 4 小時增加,貝氏體相的數量趨于減少。
  • 淬火保溫時間的增加有增加硬度值的趨勢,其中時間增加 1 到 2 小時導致硬度從 334.12 增加到 439.3 VHN 約 31.4%。另一方面,隨著保持時間的增加,耐沖擊值有降低的趨勢。抗沖擊值從63.41降低到61.14J/mm約3.7%22.
  • 回火時間的增加導致硬度降低,其中在淬火時間為2小時并隨后回火4小時的樣品處發現最低硬度值為85.48VHN。


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