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AISI 4340鋼調(diào)質(zhì)組織和力學(xué)性能分析
目錄：技術(shù)支持點(diǎn)擊率：發(fā)布時(shí)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(shù)。進(jìn)行淬火和回火工藝以改變微觀結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能，特別是實(shí)現(xiàn)鋼裝甲應(yīng)用的高強(qiáng)度和韌性回彈。鋼因其易于加工、生產(chǎn)成本低、強(qiáng)度高、韌性好和熱處理能力強(qiáng)而被廣泛用作裝甲材料。這種材料還具有合理的價(jià)格和良好的可用性。冶金結(jié)構(gòu)成為一個(gè)關(guān)鍵因素，尤其是對(duì)于防彈車輛應(yīng)用。尺寸為 55x10x10 mm 的 AISI 4340 商用鋼樣品33 在 800 的溫度下進(jìn)行奧氏體化 °°C 在馬弗爐中保溫 1 和 2 小時(shí)，然后以油為介質(zhì)進(jìn)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(shí)。使用光學(xué)顯微鏡進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)分析。結(jié)果表明，淬火過程促進(jìn)了鐵素體和珠光體相結(jié)合向針狀鐵素體和馬氏體相轉(zhuǎn)變。另一方面，回火過程促進(jìn)了馬氏體向貝氏體的轉(zhuǎn)變。淬火還導(dǎo)致硬度增加。
正文
一、簡介
裝甲材料設(shè)計(jì)用于防止子彈穿透等，其中冶金結(jié)構(gòu)成為關(guān)鍵因素。由于良好的硬度和抗沖擊性 [，這種材料還被設(shè)計(jì)為能夠打破和保持高速發(fā)射的射彈 。用于軍事應(yīng)用的裝甲材料種類有鋼、陶瓷、聚合物和復(fù)合材料 ，但鋼因其易于加工、生產(chǎn)成本低、強(qiáng)度高、韌性好和熱處理能力強(qiáng)而應(yīng)用最廣泛鋼裝甲因其作為民用和軍用車輛的防護(hù)材料而被稱為防彈鋼。通過熱處理工藝可以提高鋼的機(jī)械性能。
前期研究表明，熱處理工藝主要針對(duì)AR500[鋼、4140鋼[和PROTAC 500鋼，調(diào)質(zhì)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(jī)械性能，這在很大程度上取決于最佳溫度、保溫時(shí)間以及冷卻過程。實(shí)驗(yàn)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(xiàn)象表明，在相當(dāng)高的厚度下實(shí)現(xiàn)了良好的彈道彈性，并導(dǎo)致樣品質(zhì)量高，該特性不適用于需要較低重量以達(dá)到高機(jī)動(dòng)性的裝甲車輛應(yīng)用。本研究旨在了解淬火和回火工藝對(duì) AISI 4340 鋼的顯微組織、硬度和沖擊性能的影響。
2. 方法和設(shè)備
尺寸為 55x10x10 mm 的 AISI 4340 商用鋼樣品33在 800 的溫度下進(jìn)行奧氏體化 °°C 在馬弗爐中加熱 1 和 2 小時(shí)，然后用油介質(zhì)進(jìn)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(shí)。使用光學(xué)顯微鏡進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)分析。之前，根據(jù) ASTM E407:2007，將樣品用砂紙機(jī)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(yàn)分別采用維氏法和夏比法。
3。結(jié)果與討論
微觀結(jié)構(gòu)
顯示了樣品的微觀結(jié)構(gòu)；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(jìn)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(shí)間越長，馬氏體相越多。快速冷卻導(dǎo)致碳原子擴(kuò)散不完全，促進(jìn)了晶體結(jié)構(gòu)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(shí)，然后在 300 度回火 °°C 2、3 和 4 小時(shí)。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(jìn)了馬氏體向貝氏體的轉(zhuǎn)變。貝氏體是形成馬氏體之前的中間相，它將晶體結(jié)構(gòu)從 BCT 轉(zhuǎn)移到 BCC。
機(jī)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(jié)構(gòu)的馬氏體相具有復(fù)雜的原子形成并導(dǎo)致更難的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。最高硬度出現(xiàn)在保持時(shí)間為 2 小時(shí) (439.3 VHN) 的淬火過程中。回火過程往往會(huì)降低硬度。保溫時(shí)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(jìn)了更容易的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)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(xiàn)在樣品在 800 度淬火后°°C 保持 1 小時(shí)，然后在 300 下回火 °°C 持續(xù) 3 小時(shí)（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(shí)（61.13 焦耳/平方毫米）。淬火過程促進(jìn)了具有最高硬度和最低韌性的 BCT 晶體結(jié)構(gòu)的馬氏體相的形成。另一方面，回火過程導(dǎo)致貝氏體相的形成，由于其 BCC 晶體結(jié)構(gòu)，貝氏體相具有比馬氏體相更高的韌性。在回火過程中，時(shí)間是至關(guān)重要的因素。如圖 4 所示，回火 3 小時(shí)后，韌性趨于下降。
4。結(jié)論
觀察結(jié)果可總結(jié)如下：
以上內(nèi)容來源于網(wǎng)絡(luò)
本研究旨在確定 AISI 4340 鋼淬火和回火工藝的最佳參數(shù)。進(jìn)行淬火和回火工藝以改變微觀結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能，特別是實(shí)現(xiàn)鋼裝甲應(yīng)用的高強(qiáng)度和韌性回彈。鋼因其易于加工、生產(chǎn)成本低、強(qiáng)度高、韌性好和熱處理能力強(qiáng)而被廣泛用作裝甲材料。這種材料還具有合理的價(jià)格和良好的可用性。冶金結(jié)構(gòu)成為一個(gè)關(guān)鍵因素，尤其是對(duì)于防彈車輛應(yīng)用。尺寸為 55x10x10 mm 的 AISI 4340 商用鋼樣品33 在 800 的溫度下進(jìn)行奧氏體化 °°C 在馬弗爐中保溫 1 和 2 小時(shí)，然后以油為介質(zhì)進(jìn)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(shí)。使用光學(xué)顯微鏡進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)分析。結(jié)果表明，淬火過程促進(jìn)了鐵素體和珠光體相結(jié)合向針狀鐵素體和馬氏體相轉(zhuǎn)變。另一方面，回火過程促進(jìn)了馬氏體向貝氏體的轉(zhuǎn)變。淬火還導(dǎo)致硬度增加。
正文
一、簡介
裝甲材料設(shè)計(jì)用于防止子彈穿透等，其中冶金結(jié)構(gòu)成為關(guān)鍵因素。由于良好的硬度和抗沖擊性 [，這種材料還被設(shè)計(jì)為能夠打破和保持高速發(fā)射的射彈 。用于軍事應(yīng)用的裝甲材料種類有鋼、陶瓷、聚合物和復(fù)合材料 ，但鋼因其易于加工、生產(chǎn)成本低、強(qiáng)度高、韌性好和熱處理能力強(qiáng)而應(yīng)用最廣泛鋼裝甲因其作為民用和軍用車輛的防護(hù)材料而被稱為防彈鋼。通過熱處理工藝可以提高鋼的機(jī)械性能。
前期研究表明，熱處理工藝主要針對(duì)AR500[鋼、4140鋼[和PROTAC 500鋼，調(diào)質(zhì)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(jī)械性能，這在很大程度上取決于最佳溫度、保溫時(shí)間以及冷卻過程。實(shí)驗(yàn)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(xiàn)象表明，在相當(dāng)高的厚度下實(shí)現(xiàn)了良好的彈道彈性，并導(dǎo)致樣品質(zhì)量高，該特性不適用于需要較低重量以達(dá)到高機(jī)動(dòng)性的裝甲車輛應(yīng)用。本研究旨在了解淬火和回火工藝對(duì) AISI 4340 鋼的顯微組織、硬度和沖擊性能的影響。
2. 方法和設(shè)備
尺寸為 55x10x10 mm 的 AISI 4340 商用鋼樣品33在 800 的溫度下進(jìn)行奧氏體化 °°C 在馬弗爐中加熱 1 和 2 小時(shí)，然后用油介質(zhì)進(jìn)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(shí)。使用光學(xué)顯微鏡進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)分析。之前，根據(jù) ASTM E407:2007，將樣品用砂紙機(jī)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(yàn)分別采用維氏法和夏比法。
3。結(jié)果與討論
微觀結(jié)構(gòu)
顯示了樣品的微觀結(jié)構(gòu)；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(jìn)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(shí)間越長，馬氏體相越多。快速冷卻導(dǎo)致碳原子擴(kuò)散不完全，促進(jìn)了晶體結(jié)構(gòu)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(shí)，然后在 300 度回火 °°C 2、3 和 4 小時(shí)。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(jìn)了馬氏體向貝氏體的轉(zhuǎn)變。貝氏體是形成馬氏體之前的中間相，它將晶體結(jié)構(gòu)從 BCT 轉(zhuǎn)移到 BCC。
機(jī)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(jié)構(gòu)的馬氏體相具有復(fù)雜的原子形成并導(dǎo)致更難的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)。最高硬度出現(xiàn)在保持時(shí)間為 2 小時(shí) (439.3 VHN) 的淬火過程中。回火過程往往會(huì)降低硬度。保溫時(shí)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(jìn)了更容易的位錯(cuò)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)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(xiàn)在樣品在 800 度淬火后°°C 保持 1 小時(shí)，然后在 300 下回火 °°C 持續(xù) 3 小時(shí)（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(shí)（61.13 焦耳/平方毫米）。淬火過程促進(jìn)了具有最高硬度和最低韌性的 BCT 晶體結(jié)構(gòu)的馬氏體相的形成。另一方面，回火過程導(dǎo)致貝氏體相的形成，由于其 BCC 晶體結(jié)構(gòu)，貝氏體相具有比馬氏體相更高的韌性。在回火過程中，時(shí)間是至關(guān)重要的因素。如圖 4 所示，回火 3 小時(shí)后，韌性趨于下降。
4。結(jié)論
觀察結(jié)果可總結(jié)如下：
- 淬火過程使AISI 4340鋼的組織由鐵素體和珠光體相轉(zhuǎn)變?yōu)殍F素體和馬氏體，其中淬火時(shí)間從1h增加到2h有增加馬氏體數(shù)量的趨勢。
- 回火過程將 AISI 4340 鋼的顯微組織從馬氏體轉(zhuǎn)變?yōu)樨愂象w，其中保持時(shí)間從 2、3 和 4 小時(shí)增加，貝氏體相的數(shù)量趨于減少。
- 淬火保溫時(shí)間的增加有增加硬度值的趨勢，其中時(shí)間增加 1 到 2 小時(shí)導(dǎo)致硬度從 334.12 增加到 439.3 VHN 約 31.4%。另一方面，隨著保持時(shí)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(shí)間的增加導(dǎo)致硬度降低，其中在淬火時(shí)間為2小時(shí)并隨后回火4小時(shí)的樣品處發(fā)現(xiàn)最低硬度值為85.48VHN。
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