Thép hợp kim 4340 | 34CrNiMo6 | 1.6582

3. Xử lý nhiệt

Sau đây là các quy trình xử lý nhiệt tiêu chuẩn áp dụng cho thép hợp kim 4340, được thiết kế để thay đổi cấu trúc vi mô và tính chất cơ học của thép:

3.1 Ủ thép 4340 để tăng khả năng gia công

Ủ chủ yếu được sử dụng để làm mềm thép hợp kim 4340, do đó cải thiện khả năng gia công cho quá trình xử lý tiếp theo.

• Quá trình: Đun nóng thép đến nhiệt độ từ 790 đến 845 °C (1450 đến 1550 °F).
• Giữ: Duy trì nhiệt độ này trong khoảng thời gian tùy thuộc vào độ dày của mặt cắt hoặc tải lò.
• Làm mát: Làm mát lò ở tốc độ được kiểm soát khoảng 15 °C/h (30 °F/h) xuống 480 °C (900 °F), sau đó làm mát bằng không khí.
• Kết quả: Kết quả là xếp hạng khả năng gia công khoảng 45% (so với thép cán nguội B1112 ở mức 100%). Độ bền chảy sẽ thấp hơn so với trạng thái tôi và ram. Điều này Xử lý nhiệt thép hợp kim 4340 Bước này rất quan trọng để chuẩn bị vật liệu cho quá trình gia công.

3.2 Chuẩn hóa thép 4340 để có kết cấu đồng nhất

Chuẩn hóa có tác dụng tinh chỉnh cấu trúc hạt của sản phẩm rèn 4340 hoặc sản phẩm cán, thúc đẩy cấu trúc vi mô đồng đều hơn và có khả năng tăng cường khả năng gia công. Đây cũng là phương pháp xử lý điều hòa phổ biến trước khi xử lý nhiệt cuối cùng.

• Quá trình: Làm nóng thép 4340 đến nhiệt độ cao hơn điểm biến đổi trên của nó, thường là 870 °C (1600 °F) hoặc trong phạm vi từ 845 đến 925 °C (1550 đến 1700 °F).
• Giữ: Giữ nguyên trong tối thiểu 1 giờ hoặc 15 đến 20 phút cho mỗi phần có độ dày tối đa là 25 mm (1 inch).
• Làm mát: Làm mát bằng không khí.
• Kết quả: Để có khả năng gia công tối ưu, cấu trúc thu được bằng cách chuẩn hóa tiếp theo là tôi luyện ở 650 °C (1200 °F) thường được khuyến nghị. Điều này Xử lý nhiệt thép hợp kim 4340 đảm bảo điểm khởi đầu nhất quán cho quá trình xử lý tiếp theo.

3.3 Làm cứng thép 4340: Austenit hóa và làm nguội

Quá trình làm cứng là cơ bản để đạt được độ cứng và độ bền cao đặc trưng của thép hợp kim 4340 được xử lý đúng cách. Quá trình này bao gồm việc hình thành cấu trúc vi mô martensitic.

• Austenit hóa: Đun nóng đến nhiệt độ 800 đến 845 °C (1475 đến 1550 °F), thường đạt nhiệt độ 845 °C (1550 °F).
• Giữ: Ngâm trong khoảng 15 phút cho mỗi phần có kích thước 25 mm (1 inch), với thời gian giữ tối thiểu là 150 phút.
• Làm nguội: Do khả năng làm cứng sâu tuyệt vời của nó, thép 4340 thường được tôi dầu cho các phần tròn có đường kính lên đến khoảng 75 mm (3 inch). Đối với các phần lớn hơn, nước dập tắt có thể cần thiết để đạt được độ cứng xuyên suốt, mặc dù điều này làm tăng đáng kể nguy cơ nứt ở mức cacbon này. Các phần mỏng của 4340 thậm chí có thể đạt được độ cứng thông qua làm mát bằng không khí.
• Kết quả: Cấu trúc vi mô khi tôi chủ yếu là martensit, tạo ra độ cứng cao, có khả năng khoảng 601 HB hoặc độ cứng bề mặt là 58 HRC. Giai đoạn này của Xử lý nhiệt thép hợp kim 4340 rất quan trọng để phát triển sức mạnh của nó.

3.4 Tôi luyện thép 4340 để tăng độ bền và độ dẻo

Ngay sau khi tôi, thép 4340 đã cứng, có cấu trúc martensitic giòn, phải được ram. Làm nguội làm giảm độ cứng một chút nhưng cải thiện đáng kể độ dẻo dai, độ dai và độ bền va đập, đạt được sự cân bằng mong muốn về các tính chất cơ học.

a. Thời gian: Bắt đầu quá trình tôi luyện ngay khi các bộ phận đã tôi luyện nguội đến khoảng 52 đến 65 °C (125 đến 150 °F). Điều này rất quan trọng để ngăn ngừa nứt.

b. Phạm vi nhiệt độ: Nhiệt độ tôi luyện cho 4340 thường nằm trong khoảng từ 200 đến 650 °C (400 đến 1200 °F). Nhiệt độ cụ thể được chọn sẽ quyết định trực tiếp các tính chất cơ học cuối cùng.

c. Thời gian giữ: Thời gian tôi luyện tiêu chuẩn là 1 đến 2 giờ hoặc 2 giờ cho mỗi mặt cắt ngang 25mm (1 inch).

d. Tác động đến tài sản:

• Làm nguội ở 205 °C (400 °F) tạo ra độ bền kéo cao (khoảng 1980 MPa) và độ cứng (khoảng 520 HB / 53 HRC), nhưng năng lượng va đập tương đối thấp (khoảng 20 J).
• Làm nguội ở 650 °C (1200 °F) dẫn đến độ bền thấp hơn (khoảng 1020 MPa) và độ cứng (khoảng 290 HB / 31 HRC), nhưng năng lượng va đập cao hơn đáng kể (khoảng 100 J).

e. Thận trọng: Nhìn chung, người ta khuyến cáo không nên tôi thép hợp kim 4340 trong phạm vi “độ giòn màu xanh” từ 230 đến 370 °C (450 đến 700 °F).

f. Những cân nhắc: Trong khi 4340 tương đối miễn nhiễm với sự giòn do tôi luyện, việc đạt được mức độ bền rất cao (trên khoảng 1400 MPa hoặc 200 ksi) khiến nó dễ bị giòn do hydro. Trong những trường hợp như vậy, cần phải nung sau các quá trình như ngâm chua hoặc mạ. Hơn nữa, 4340 thể hiện khả năng chống nứt do ăn mòn ứng suất kém khi tôi luyện đến mức độ bền cực cao (1500 đến 1950 MPa hoặc 220 đến 280 ksi). Lựa chọn cẩn thận các thông số tôi luyện trong Xử lý nhiệt thép hợp kim 4340 chu kỳ là tối quan trọng.

3.5 Giảm ứng suất thép 4340

Giảm ứng suất được thực hiện để giảm ứng suất bên trong do các hoạt động sản xuất trước đó gây ra như nắn thẳng, tạo hình hoặc gia công nặng, đặc biệt là trước khi làm cứng.

• Nhiệt độ: Nhiệt độ giảm ứng suất thông thường là 650 đến 675 °C (1200 đến 1250 °F).
• Ghi chú: Nếu cần giải phóng ứng suất cho một bộ phận đã được tôi cứng và ram, nhiệt độ giải phóng ứng suất không được vượt quá nhiệt độ tôi ban đầu để tránh làm thay đổi các đặc tính cơ học mong muốn.
• Hàn: Đối với các linh kiện hàn 4340, việc giảm ứng suất ngay sau khi hàn, tốt nhất là trước khi linh kiện nguội đến nhiệt độ phòng và ở nhiệt độ dưới A1 (nhiệt độ tới hạn thấp hơn) thường được khuyến nghị.

3.6 Thấm nitơ thép 4340 để tăng độ cứng bề mặt

Thép hợp kim 4340 rất thích hợp cho quá trình thấm nitơ, một quá trình làm cứng bề mặt tạo ra lớp vỏ rất cứng, chống mài mòn và có thể cải thiện tuổi thọ chịu mỏi.

• Điều kiện tiên quyết: Thấm nitơ thường được thực hiện trên thép 4340 đã được làm cứng và ram để tạo ra các đặc tính lõi mong muốn.
• Tối ưu hóa độ cứng của vỏ máy: Để đạt được độ cứng vỏ tối đa từ quá trình thấm nitơ, độ cứng lõi phải được tối đa hóa. Điều này có nghĩa là tôi thép ở nhiệt độ thấp nhất có thể chấp nhận được (phù hợp với độ bền lõi mong muốn) trước quá trình thấm nitơ.
• Kết quả: Độ cứng vỏ điển hình cho 4340 nitơ hóa có thể vượt quá 60 HRC. Chuyên dụng này Xử lý nhiệt thép hợp kim 4340 lý tưởng cho các ứng dụng quan trọng về độ mài mòn.

3.7 Tóm tắt các thông số xử lý nhiệt thép hợp kim 4340

Để cung cấp cái nhìn tổng quan nhanh, bảng dưới đây tóm tắt các thông số chính cho các phương pháp xử lý nhiệt phổ biến của thép hợp kim 4340: