THÉP HỢP KIM 5140 | 1.7035 | 41CR4 | SCR440

3. Các quy trình xử lý nhiệt chính cho thép hợp kim 5140

Một số thành lập xử lý nhiệt Các quy trình có thể được áp dụng cho thép hợp kim 5140 để sửa đổi cấu trúc vi mô của nó và do đó, các tính chất vật lý và cơ học của nó. Các phương pháp xử lý này bao gồm ủ, chuẩn hóa, làm cứng và ram, ram austempering và làm cứng cảm ứng.

3.1 Ủ thép hợp kim 5140

Ủ chủ yếu được sử dụng để làm mềm thép hợp kim 5140, tăng khả năng gia công và tạo hình của thép.

• Quá trình: Quá trình này bao gồm việc nung thép đến nhiệt độ từ 815°C đến 870°C (1500°F đến 1600°F), giữ ở nhiệt độ này trong một khoảng thời gian thích hợp, sau đó là quá trình làm nguội chậm, thường là làm nguội bằng lò nung.
• Kết quả: Phương pháp xử lý này nhằm mục đích tạo ra một cấu trúc vi mô chủ yếu là cacbua perlit hoặc hình cầu trong một ma trận ferit. Độ cứng tối đa có thể đạt được sau khi ủ thép 5140 trong phạm vi này là khoảng 187 HB. Trạng thái mềm này, được đặc trưng bởi cấu trúc vi mô cụ thể của nó, lý tưởng cho các hoạt động sản xuất tiếp theo do khả năng gia công được cải thiện và khả năng tạo hình được cải thiện.

3.2 Chuẩn hóa thép hợp kim 5140

Chuẩn hóa là quá trình xử lý nhiệt được sử dụng để tinh chỉnh cấu trúc hạt của thép hợp kim 5140, tạo ra cấu trúc vi mô đồng đều và đồng nhất hơn.

• Quá trình: Quá trình này bao gồm việc nung nóng thép đến nhiệt độ cao hơn điểm chuyển đổi tới hạn trên (Ac3) rồi làm nguội trong không khí tĩnh.
• Kết quả: Phương pháp xử lý này tạo ra kích thước hạt mịn hơn, đồng đều hơn, có thể cải thiện độ bền và độ dẻo dai của thép. Việc chuẩn hóa thường được thực hiện như một bước chuẩn bị trước khi xử lý nhiệt tiếp theo như làm cứng và ram, đảm bảo phản ứng nhất quán và tối ưu cho quá trình xử lý nhiệt tiếp theo.

3.3 Làm cứng và ram thép hợp kim 5140

Làm cứng và tôi luyện (thường được gọi là dập tắt Và sự tôi luyện) là phương pháp xử lý nhiệt quan trọng đối với thép hợp kim 5140 để tạo ra sự cân bằng tối ưu giữa độ bền, độ cứng và độ dẻo dai.

• Quá trình làm cứng: Quá trình này bao gồm austenit hóa thép, thường là bằng cách nung nóng đến khoảng 840°C (hoặc theo nhu cầu ứng dụng cụ thể), sau đó làm nguội nhanh (làm nguội) trong môi trường thích hợp (ví dụ, dầu hoặc nước). Mục tiêu là biến đổi austenit thành cấu trúc martensitic hoặc bainit cứng, tạo ra độ cứng cao ban đầu.

• Độ cứng: Thép hợp kim 5140 thể hiện khả năng tôi tốt, vượt trội hơn thép cacbon thông thường như 1040, đặc biệt là đạt được độ cứng xuyên suốt ở các phần có đường kính lên đến khoảng 40mm khi tôi bằng nước. Ví dụ, mẫu 5140 có đường kính 15mm cho thấy độ cứng đồng đều trên toàn bộ mặt cắt ngang do hình thành martensite, một đặc tính được duy trì ngay cả trong các mẫu có đường kính 40mm trong điều kiện tôi tương tự. Tuy nhiên, khả năng tôi của nó thường thấp hơn so với các loại hợp kim cao hơn như 4140 hoặc 4340; điều này cần được cân nhắc khi xử lý các phần rất lớn, trong đó việc đạt được độ cứng xuyên suốt đồng đều là rất quan trọng, vì các giải pháp thay thế hợp kim cao hơn có thể mang lại khả năng tôi luyện sâu hơn.

• Quá trình tôi luyện: Sau khi tôi, thép cực kỳ cứng nhưng thường quá giòn đối với hầu hết các ứng dụng. Tôi luyện bao gồm việc nung lại thép đã tôi đến nhiệt độ cụ thể dưới nhiệt độ tới hạn thấp hơn (Ac1), thường là từ 175°C đến 705°C (350°F đến 1300°F). Nhiệt độ tôi luyện được chọn sẽ quyết định sự cân bằng cuối cùng của các đặc tính.
• Kết quả: Làm nguội làm giảm độ cứng và độ bền ở một mức độ nào đó nhưng làm tăng đáng kể độ dẻo và độ dai, làm giảm ứng suất bên trong phát sinh trong quá trình làm nguội. Quá trình này cho phép kiểm soát chính xác các đặc tính cơ học cuối cùng của các thành phần thép hợp kim 5140, điều chỉnh chúng theo nhu cầu dịch vụ cụ thể.

3.4 Thép hợp kim Austem 5140

Thép hợp kim thấp 5140 được coi là phù hợp để tôi thép, một quá trình chuyển đổi đẳng nhiệt tạo ra cấu trúc vi mô bainit.

• Quá trình: Quá trình tôi thép bằng austenit hóa liên quan đến việc tôi thép từ nhiệt độ austenit hóa trực tiếp đến nhiệt độ cao hơn nhiệt độ bắt đầu martensite (Ms) nhưng thấp hơn phạm vi hình thành perlite (thường nằm trong vùng chuyển đổi bainite). Thép được giữ ở nhiệt độ này cho đến khi austenite chuyển đổi hoàn toàn thành bainite. Đối với thép 5140, quá trình chuyển đổi thành bainite này thường hoàn thành trong vòng 1 đến 10 phút khi được giữ ở nhiệt độ từ 315°C đến 400°C (600°F đến 750°F).
• Kết quả: Quá trình này tạo ra cấu trúc vi mô bainit, được biết đến với sự kết hợp tuyệt vời giữa độ bền, độ dẻo dai và độ dẻo dai, thường có độ biến dạng ít hơn so với quá trình tôi và ram thông thường. Thành phần của thép hợp kim 5140 cho phép ram ở kích thước tiết diện lớn hơn so với thép cacbon thông thường như 1080, do có nhiều thời gian hơn để bỏ qua quá trình hình thành perlit trong quá trình làm nguội.

3.5 Làm cứng cảm ứng thép hợp kim 5140

Đối với các ứng dụng đòi hỏi độ cứng bề mặt cao và khả năng chống mài mòn kết hợp với lõi cứng, thép hợp kim 5140 có thể được tôi luyện cảm ứng hiệu quả. Quá trình này thường được thực hiện sau quá trình tôi luyện và ram ban đầu để thiết lập các đặc tính lõi mong muốn.

• Quá trình: Làm cứng cảm ứng là một kỹ thuật làm cứng bề mặt sử dụng cảm ứng điện từ để làm nóng nhanh lớp bề mặt của thép lên trên nhiệt độ biến dạng, sau đó làm nguội ngay lập tức.
• Kết quả: Điều này tạo ra một lớp vỏ bề mặt cứng trong khi vẫn duy trì các đặc tính có lợi đã được thiết lập trước (như độ dẻo dai hoặc độ bền cao) của lõi. Đối với thép hợp kim 5140 (thường được nhóm với 4140 vì đặc tính này), quá trình tôi cảm ứng có thể đạt được độ sâu lớp vỏ từ 1,0 mm đến 2,0 mm, với độ bền lõi thường nằm trong khoảng từ 100-140 kgf/mm², tùy thuộc vào đường kính của thành phần và các thông số quy trình cụ thể. Đặc tính kép này rất có lợi cho các thành phần chịu ứng suất bề mặt và ứng suất lõi.

3.6 Tóm tắt các tùy chọn xử lý nhiệt cho thép hợp kim 5140

Để cung cấp cái nhìn tổng quan rõ ràng về bạn, bảng sau đây tóm tắt các quy trình xử lý nhiệt chính cho thép hợp kim 5140: