4340 Stal stopowa | 34CrNiMo6 | 1.6582

3. Obróbka cieplna

Poniżej przedstawiono standardowe procedury obróbki cieplnej stosowane do stali stopowej 4340, mające na celu modyfikację jej mikrostruktury i właściwości mechanicznych:

3.1 Wyżarzanie stali 4340 w celu zwiększenia obrabialności

Wyżarzanie jest stosowany przede wszystkim w celu zmiękczenia stali stopowej 4340, co poprawia jej obrabialność w celu późniejszej obróbki.

• Proces: Podgrzej stal do temperatury wynoszącej od 790 do 845 °C (od 1450 do 1550 °F).
• Holding: Utrzymuj tę temperaturę przez czas zależny od grubości przekroju i obciążenia pieca.
• Chłodzenie: Piec schładzany jest z kontrolowaną szybkością około 15 °C/h (30 °F/h) do temperatury 480 °C (900 °F), a następnie schładzany powietrzem.
• Wynik: Wyniki w ocenie obrabialności wynoszącej około 45% (w porównaniu do stali walcowanej na zimno B1112 o 100%). Wytrzymałość na rozciąganie będzie niższa niż w stanach hartowanych i odpuszczanych. 4340 obróbka cieplna stali stopowej ten krok jest kluczowy dla przygotowania materiału do obróbki skrawaniem.

3.2 Normalizowanie stali 4340 w celu uzyskania jednorodności strukturalnej

Normalizacja służy do udoskonalania struktury ziarna odkuwek 4340 lub produktów walcowanych, co sprzyja bardziej jednolitej mikrostrukturze i potencjalnie poprawia obrabialność. Jest to również powszechna obróbka kondycjonująca przed końcową obróbką cieplną.

• Proces: Podgrzej stal 4340 do temperatury wyższej od jej górnej temperatury przemiany, zwykle 870 °C (1600 °F), lub w zakresie od 845 do 925 °C (od 1550 do 1700 °F).
• Holding: Przytrzymać przez co najmniej 1 godzinę lub 15 do 20 minut na każde 25 mm (1 cal) maksymalnej grubości przekroju.
• Chłodzenie: Chłodzenie powietrzem.
• Wynik: Aby uzyskać optymalną obrabialność, często zaleca się strukturę uzyskaną poprzez normalizowanie, a następnie odpuszczanie w temperaturze 650 °C (1200 °F). 4340 obróbka cieplna stali stopowej zapewnia spójny punkt wyjścia do dalszego przetwarzania.

3.3 Hartowanie stali 4340: austenityzacja i hartowanie

Proces hartowania jest podstawą do osiągnięcia wysokich poziomów twardości i wytrzymałości charakterystycznych dla odpowiednio obrobionej stali stopowej 4340. Wiąże się to z utworzeniem mikrostruktury martenzytycznej.

• Austenityzowanie: Podgrzać do temperatury 800–845 °C (1475–1550 °F), zwykle dążąc do osiągnięcia temperatury 845 °C (1550 °F).
• Holding: Moczyć przez około 15 minut na każde 25 mm (1 cal) przekroju, przy minimalnym czasie przetrzymywania 150 minut.
• Gaszenie: Ze względu na doskonałą głęboką hartowność stal 4340 jest zwykle hartowana olejem w przypadku okrągłych przekrojów o średnicy do około 75 mm (3 cali). W przypadku większych przekrojów woda gaszenie może być konieczne osiągnięcie hartowania na wskroś, chociaż znacznie zwiększa to ryzyko pękania przy tym poziomie węgla. Cienkie sekcje 4340 mogą nawet osiągnąć twardość poprzez chłodzenie powietrzem.
• Wynik: Mikrostruktura po hartowaniu jest przede wszystkim martenzytem, co skutkuje wysoką twardością, potencjalnie około 601 HB lub twardością powierzchniową 58 HRC. Ten etap 4340 obróbka cieplna stali stopowej jest krytyczny dla rozwoju jego siły.

3.4 Hartowanie stali 4340 w celu uzyskania wytrzymałości i ciągliwości

Bezpośrednio po hartowaniu zahartowaną stal 4340 ze względu na jej kruchą strukturę martenzytyczną należy odpuścić. Odpuszczanie nieznacznie zmniejsza twardość, ale znacząco poprawia wytrzymałość, ciągliwość i odporność na uderzenia, zapewniając pożądaną równowagę właściwości mechanicznych.

a. Czas: Rozpocznij hartowanie, gdy tylko hartowane części ostygną do temperatury około 52–65 °C (125–150 °F). Jest to kluczowe, aby zapobiec pęknięciom.

b. Zakres temperatur: Temperatury odpuszczania dla 4340 zwykle mieszczą się w zakresie od 200 do 650 °C (od 400 do 1200 °F). Konkretna wybrana temperatura bezpośrednio dyktuje końcowe właściwości mechaniczne.

c. Czas utrzymywania: Standardowy czas odpuszczania wynosi od 1 do 2 godzin, czyli 2 godziny na każde 25 mm (1 cal) przekroju.

d. Wpływ na nieruchomość:

• Hartowanie w 205 °C (400 °F) zapewnia wysoką wytrzymałość na rozciąganie (ok. 1980 MPa) i twardość (ok. 520 HB / 53 HRC), ale przy stosunkowo niskiej energii uderzenia (ok. 20 J).
• Hartowanie w 650 °C (1200 °F) skutkuje niższą wytrzymałością (ok. 1020 MPa) i twardością (ok. 290 HB / 31 HRC), ale znacznie wyższą energią uderzenia (ok. 100 J).

e. Uwaga: Ogólnie rzecz biorąc, zaleca się unikanie odpuszczania stali stopowej 4340 w zakresie „kruchości niebieskiej” wynoszącym od 230 do 370 °C (od 450 do 700 °F).

f. Rozważania: Podczas gdy 4340 jest stosunkowo odporny na kruchość odpuszczania, osiągnięcie bardzo wysokich poziomów wytrzymałości (powyżej ok. 1400 MPa lub 200 ksi) czyni go podatnym na kruchość wodorową. W takich przypadkach konieczne jest wypalanie po procesach, takich jak trawienie lub galwanizacja. Ponadto 4340 wykazuje słabą odporność na pękanie korozyjne naprężeniowe po odpuszczeniu do ekstremalnie wysokich poziomów wytrzymałości (1500 do 1950 MPa lub 220 do 280 ksi). Staranny dobór parametrów odpuszczania w 4340 obróbka cieplna stali stopowej cykl jest najważniejszy.

3.5 Odprężająca stal 4340

Odprężanie przeprowadza się w celu zredukowania naprężeń wewnętrznych powstałych w wyniku wcześniejszych operacji produkcyjnych, takich jak prostowanie, formowanie lub obróbka skrawaniem, zwłaszcza przed hartowaniem.

• Temperatura: Typowa temperatura odprężania wynosi od 650 do 675 °C (od 1200 do 1250 °F).
• Notatka: Jeżeli odprężanie wykonuje się w już zahartowanej i odpuszczonej części, temperatura odprężania nie może przekraczać pierwotnej temperatury odpuszczania, aby nie doszło do zmiany pożądanych właściwości mechanicznych.
• Spawalniczy: W przypadku spawanych elementów 4340 często zaleca się odprężanie bezpośrednio po spawaniu, najlepiej przed ostygnięciem elementu do temperatury pokojowej i poniżej A1 (niższej temperatury krytycznej).

3.6 Azotowanie stali 4340 w celu uzyskania twardości powierzchniowej

Stal stopowa 4340 doskonale nadaje się do azotowania, czyli procesu hartowania powierzchni, który zapewnia uzyskanie bardzo twardej, odpornej na zużycie warstwy wierzchniej i może wydłużyć trwałość zmęczeniową.

• Warunek wstępny: Azotowanie jest zwykle przeprowadzane na stali 4340, która została już zahartowana i odpuszczona w celu uzyskania pożądanych właściwości rdzenia.
• Optymalizacja twardości obudowy: Aby uzyskać maksymalną twardość powierzchniową po azotowaniu, należy zmaksymalizować twardość rdzenia. Oznacza to odpuszczanie stali w najniższej dopuszczalnej temperaturze (zgodnej z pożądaną wytrzymałością rdzenia) przed procesem azotowania.
• Wynik: Typowa twardość obudowy dla azotowanego 4340 może przekraczać 60 HRC. Ta specjalistyczna 4340 obróbka cieplna stali stopowej idealnie nadaje się do zastosowań, w których występuje duże zużycie.

3.7 Podsumowanie parametrów obróbki cieplnej stali stopowej 4340

Aby zapewnić szybki przegląd, poniższa tabela podsumowuje najważniejsze parametry typowych obróbek cieplnych stali stopowej 4340: