Effect of boron on the mechanical properties of high strength low alloy AISI 4140 steel

Abstract

Bu çalışma sıcak haddeleme işlemi ile şekilllendirilmiş, normalizasyon sonrası 850 oC, 860 oC, 880oC, 900oC, 960oC ve 1000oC'de tavlanıp hava, su ve yağ atmosferinde soğutulan 2.1ppm, 11.4ppm, 17.2ppm, 25,6ppm, 31,7ppm bor ilaveli, düşük alaşımlı SAE 4140 çeliğinin, mekanik özelliklerini araştırmak için gerçekleştirilmiştir. Çeliğin imalat prosesi döküm yapısında kalıntı östenit ve martenzit oluşumunu teşvik eder. Lineer olarak azalan çeliğin sertlik değerleri 2.1pp ve 25.6pp bor ilavesi için maksimum sertliktedir ve normalizeli çeliğin sertlik değerleri azalan sıcaklık ve artan bor ilavesi ile artmaktadır ancak bazı boron içeriklerinde lineer değildir. Su ortamında sertleştirilmiş ısıl işlemli ve sertleştirilmiş çeliğin sertlik değerleri, yağ ortamında sertleştirilmiş çelikten daha yüksektir (55-59 HRC su, 51-54 HRC yağ). Bunun dışında aşınma direnci bor oranının artması ile başlangıçta yükselir ancak belli bir bor oranından sonra düşer. Yapılan mikroskobik çalışmlarda çeliğin ısıl işlem proseslerinde homojen olmayan mikroyapı yapının mevcut olduğu gözlenmiştir.

This work describes the effect of boron additions on the mechanical properties of a high strength low alloy AISIS 4140 steel with boron content 2.1ppm, 11.4ppm, 17.2ppm, 25.6ppm, 31.7ppm and 37.7ppm manufactured by hot rolling as-received, after normalization and cool in air, water and oil quenched at temperature of 850°c, 860°c, 880°c, 900°c, 960°c and 1000°c. The manufacturing process of the steel promotes the formation of martensite and retained austenite in the as-cast state. The steel hardness has the maximum hardness for the boron content of 2.1ppm and 25.6ppm, and reduces linearly for the others in the as-cast state, and also for the normalized steel the hardness value increases with decrease in temperature and an increase in boron content, but not linearly at some boron content. The hardness starts increasing as the boron content increases up to 17.5ppm, but drops at the highest boron content with the maximum and minimum hardness at 17.5 and 31.7ppm. The decrease and increase in the hardness of the steel is due to the phase transformation and precipitation behavior of boron. Furthermore, the wear resistance increases and then decreases with increasing boron content.