飛機起落架是起飛、著陸系統的關鍵部件,對飛機的性能和安全起著十分重要的作用。因此,制造起落架的材料要求具有很高的強度、剛性以及良好的綜合性能。300M(40CrNi2Si2MoVA)鋼是由美國國際鎳公司于1952年研制的一種中碳低合金超高強度鋼,具有很好的淬透性、塑性、韌性和抗疲勞、斷裂性能,它是目前世界上強度最高、綜合性能最好、應用最廣泛和聲譽最好的起落架用鋼之一。
為充分發揮300M鋼的性能潛力,國內外對300M鋼開展了深入的研究,但目前有關熱處理工藝對該鋼種力學性能影響的研究公開報道仍較少。為此,對不同回火溫度對淬火后的300M超高強度鋼顯微組織和力學性能的影響進行了研究,目的是獲得******熱處理工藝和力學性能匹配,為300M超高強度鋼的生產提供參考。
300M超高強度鋼的原材料為撫順特殊鋼股份有限公司提供的Φ200mm×500mm的棒材。其化學成分(質量分數,%)為:0.390C,0.840Mn,1.64Si,0.001S,0.003P,1.86Ni,0.85Cr,0.400Mo,0.080V,0.140Cu,余量為Fe。
首先將線切割完畢的試樣進行正火+回火的預備熱處理,改善切削加工性能。熱處理制度為925℃×75min,空冷,680℃×4h,空冷。隨后將試樣粗加工后進行熱處理,其熱處理制度為:870℃×75min,油冷淬火處理后,分別在290、300、310和320℃進行4h兩次回火處理,然后空冷。
熱處理的試樣精加工成標準拉伸和沖擊試樣,拉伸試樣根據GB/T228-2002加工成標稱寬度為50mm的標準試樣,沖擊試樣依照GB/T229-2007加工成為10mm×10mm×55mm,并開2mm深“U形”缺口的標準試樣。在SUN20電子萬能拉伸試驗機和JBN-300B擺錘式沖擊試驗機上進行力學性能測試。采用JSM-6390A型掃描電鏡及JEM-200CX型透射電鏡分別對試樣斷口形貌和顯微組織進行觀察。
結果表明:(1)300M鋼經870℃淬火后,在290~320℃范圍內回火,300M的抗拉強度有所下降,屈服強度、伸長率和斷面收縮率基本保持不變,韌性呈上升趨勢。當回火溫度為300℃時,板條M和BL等的形態、數量和分布達到較好的匹配,強韌化效果顯著,綜合力學性能******;(2)300M超高強度鋼經不同溫度回火后其顯微組織基本為板條馬氏體(M)、下貝氏體(BL)和殘留奧氏體(AR)的復合組織。隨著回火溫度的升高,板條馬氏體寬度由260nm增加到437nm,位錯密度減小,下貝氏體含量增多,其中的ε碳化物增多,且長大趨勢較為明顯;(3)300M超高強度鋼隨回火溫度的變化,所對應的沖擊韌性宏觀斷口由纖維區、放射區和剪切唇三個區域構成。隨著回火溫度的升高,纖維區和剪切唇的面積有所增大,放射區的面積略微減小。