4340合金结构钢

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ASTM4340合金结构钢化学成份:
  
碳 C :0.38~0.43
  
硅 Si:0.15~0.35
  
锰 Mn:0.60~0.90
  
硫 S :允许残余含量≤0.040
  
磷 P :允许残余含量≤0.035
  
铬 Cr:0.60~0.90
  
镍 Ni:1.65~2.00
   
铜 Cu:允许残余含量≤0.025
  
钼 Mo:0.20~0.30
 
ASTM4340力学性能:
  
抗拉强度 σb (MPa):≥980(100)
  
屈服强度 σs (MPa):≥835(85)
  
伸长率 δ5 (%):≥12
  
断面收缩率 ψ (%):≥55
  
冲击功 Akv (J):≥78
  
冲击韧性值 αkv (J/cm2):≥98(10)
 
ASTM4340硬度 :≤269HB
 
ASTM4340试样尺寸:试样毛坯尺寸为25mm



材料:SAE4340化学成份(C:0.42%;Mn:0.76%;Cr:0.77%;Ni:1.67%;Mo:0.20%)
 
工艺情况:锻造后850℃:淬火,380℃回火,图3:(端部)低频加热淬火,180℃回火;图4:(端部)高频加热淬火,180℃回火
 
浸蚀方法:图1:50%盐酸水溶液热蚀;图2~图4:4%硝酸酒精溶液浸蚀
 
组织说明:图1:采掘机上刀刃部分剖面,模锻后金属流线沿工件外形分布(可提高根部强度),深色区域为低频淬硬区,其深度可达30~35,使工件根部淬到,提高根部强度以防止服役后从该处弯断。
 
图2:工件心部(非感应加热淬火区)组织为回火托氏体,细小且均匀,是正常的淬火、中温回火组织,具较好的综合性能。
 
图3:低频感应淬火区的显微组织,针状马氏体,可评为5级,属正常组织。
 
图4:高频感应淬火区的显微组织,较粗的针状马氏体可评为3~4级。
 
图3与图4为同种部件、同种材料,不同终热处理的组织形貌。
 
图1~图4为导掘机刀刃部件工艺分析图片。该工件选用SAE4340,含有较多的Cr、Ni、Mo合金元素,可淬性好,同时Cr、Ni、Mo的联合添加对基体起到综合强化的作用,经上述工艺热处理后具有很高的强度和良好韧度,其基体力学性能可达到Rp0.2(σ0.2):1390MPa,Rm(σb):1540MPa,A(δ5):12%,Z(ψ):50%。
 
表面采用低频淬火的目的是为了使淬硬层具有更好的淬火组织和更深的淬硬深度,因为感应淬火存在集肤效应现象,感应淬火的频率越高,感应加热的深度越浅;采用低频感应淬火,可使整个刃部同时受到加热直到根部,防止根部出现未淬硬而存在组织拉应力。使用时根部所受的弯曲应力大,所以如果未淬硬,就容易出现使用时从根部断裂的现象。同时采用低频淬火,可使整个刀刃同时加热,加热时间短,整个刃部的加热温度均匀,淬火后整个刃部为均匀的细针状马氏体,其顶部不易过热。
 
作为对比,图4是采用高频感应淬火的刀圈,为了增加高频淬火的淬硬深度,里层的感应淬火是靠外层的扩散加热,这样加热时间延长,顶部的马氏体容易粗大,从而降低刃部的性能。由于里层淬火区要靠扩散加热,这样热影响增加,基体硬度降低明显,这种情况如果出现在根部,对其性能影响更大。而低频感应淬火基本不出现这种现象。