Използван е сканиращ електронен микроскоп за наблюдение на счупването от умора и анализ на механизма на счупване; в същото време беше извършен тест за умора при въртене при огъване върху обезвъглеродените образци при различни температури, за да се сравни издръжливостта на умора на изпитваната стомана със и без обезвъглеродяване и да се анализира ефектът от обезвъглеродяването върху характеристиките на умора на изпитваната стомана. Резултатите показват, че поради едновременното съществуване на окисление и обезвъглеродяване в процеса на нагряване, взаимодействието между двете, което води до дебелината на напълно обезвъглеродения слой с нарастването на температурата, показва тенденция на увеличаване и след това намаляване, дебелината на напълно обезвъглеродения слой достига максимална стойност от 120 μm при 750 ℃, а дебелината на напълно обезвъглеродения слой достига минимална стойност от 20 μm при 850 ℃, а границата на умора на изпитваната стомана е около 760 MPa, и източникът на пукнатини от умора в изпитваната стомана е главно неметални включвания Al2O3; поведението на обезвъглеродяване значително намалява живота на умора на изпитваната стомана, засягайки характеристиките на умора на изпитваната стомана, колкото по-дебел е обезвъглеродяващият слой, толкова по-нисък е животът на умора. За да се намали въздействието на слоя за обезвъглеродяване върху характеристиките на умора на изпитваната стомана, оптималната температура на топлинна обработка на изпитваната стомана трябва да бъде зададена на 850 ℃.
Предавката е важен компонент на автомобила, поради работата при висока скорост, зацепващата част на повърхността на зъбното колело трябва да има висока якост и устойчивост на абразия, а коренът на зъба трябва да има добра производителност на умора при огъване поради постоянното повтарящо се натоварване, за да се избегнат пукнатини, които водят до материал счупване. Изследванията показват, че обезвъглеродяването е важен фактор, влияещ върху характеристиките на умората при огъване при центрофугиране на металните материали, а показателите за умора при огъване при центрофугиране са важен показател за качеството на продукта, така че е необходимо да се проучи поведението на обезвъглеродяване и характеристиките на умора при огъване при центрофугиране на изпитвания материал.
В тази статия, пещта за термична обработка на теста за обезвъглеродяване на повърхността на зъбно колело 20CrMnTi, анализира различни температури на нагряване върху дълбочината на слоя за обезвъглеродяване на стоманената проба на променящия се закон; използвайки проста машина за изпитване на умора на греда QBWP-6000J върху теста за умора при ротационно огъване на тестовата стомана, определяне на характеристиките на умора на тестовата стомана и в същото време за анализ на въздействието на обезвъглеродяването върху характеристиките на умора на изпитваната стомана за действителното производство за подобряване производствения процес, подобряване на качеството на продуктите и осигуряване на разумна референция. Показателите за изпитване на умора на стомана се определят от машината за изпитване на умора при въртене при огъване.
1. Материали и методи за изпитване
Тестови материал за единица за осигуряване на 20CrMnTi зъбна стомана, основният химичен състав, както е показано в таблица 1. Тест за обезвъглеродяване: тестовият материал се обработва във Ф8 mm × 12 mm цилиндричен образец, повърхността трябва да е светла без петна. Пещта за термична обработка се нагрява до 675 ℃, 700 ℃, 725 ℃, 750 ℃, 800 ℃, 850 ℃, 900 ℃, 950 ℃, 1000 ℃, в образеца и се държи 1 час, след което се охлажда на въздух до стайна температура. След термична обработка на образеца чрез настройка, шлайфане и полиране, с 4% от ерозията на разтвора на алкохол на азотна киселина, използването на металургична микроскопия за наблюдение на слоя за обезвъглеродяване на тестовата стомана, измерване на дълбочината на слоя за обезвъглеродяване при различни температури. Тест за умора при огъване при центрофугиране: изпитваният материал според изискванията за обработка на две групи образци за умора при огъване при центрофугиране, първата група не извършва тест за обезвъглеродяване, втората група изпитване за обезвъглеродяване при различни температури. Използване на машината за изпитване на умора при огъване при центрофугиране, двете групи тестова стомана за изпитване на умора при центрофугиране, определяне на границата на умора на двете групи тестова стомана, сравнение на живота на умора на двете групи тестова стомана, използване на сканиране наблюдение на счупването на умората с електронен микроскоп, анализ на причините за счупването на образеца, за изследване на ефекта от обезвъглеродяване на свойствата на умора на изпитваната стомана.
Таблица 1 Химичен състав (масова част) на изпитваната стомана тегловни %
Влияние на температурата на нагряване върху обезвъглеродяването
Морфологията на организацията на обезвъглеродяване при различни температури на нагряване е показана на Фиг. 1. Както може да се види от фигурата, когато температурата е 675 ℃, повърхността на пробата не се появява обезвъглеродяващ слой; когато температурата се повиши до 700 ℃, повърхностният слой за обезвъглеродяване на пробата започва да се появява за тънкия слой за обезвъглеродяване на ферит; с повишаване на температурата до 725 ℃, дебелината на слоя за обезвъглеродяване на повърхността на пробата се увеличи значително; 750 ℃ Дебелината на слоя за обезвъглеродяване достига максималната си стойност, по това време феритното зърно е по-ясно, грубо; когато температурата се повиши до 800 ℃, дебелината на слоя за обезвъглеродяване започна да намалява значително, дебелината му падна до половината от 750 ℃; когато температурата продължава да се покачва до 850 ℃ и дебелината на обезвъглеродяване е показана на фиг. 1. 800 ℃, пълната дебелина на обезвъглеродяващия слой започва да намалява значително, дебелината му пада до 750 ℃, когато наполовина; когато температурата продължава да се покачва до 850 ℃ и по-висока, дебелината на слоя за пълно обезвъглеродяване на тестовата стомана продължава да намалява, дебелината на половината слой за обезвъглеродяване започва постепенно да се увеличава, докато цялата морфология на слоя за пълно обезвъглеродяване изчезне, морфологията на слоя за половин обезвъглеродяване постепенно се изчиства. Може да се види, че дебелината на напълно обезвъглеродения слой с повишаването на температурата първо се увеличава и след това намалява, причината за това явление се дължи на пробата в процеса на нагряване в същото време поведението на окисление и обезвъглеродяване, само когато скоростта на обезвъглеродяване е по-бърза от скоростта на окисление, ще се появи феномен на обезвъглеродяване. В началото на нагряването дебелината на напълно обезвъглеродения слой се увеличава постепенно с повишаването на температурата, докато дебелината на напълно обезвъглеродения слой достигне максималната стойност, по това време, за да продължи повишаването на температурата, скоростта на окисление на образеца е по-бърза от скоростта на обезвъглеродяване, която възпрепятства увеличаването на напълно обезвъглеродения слой, което води до низходяща тенденция. Може да се види, че в диапазона от 675 ～950 ℃, стойността на дебелината на напълно обезвъглеродения слой при 750 ℃ е най-голямата, а стойността на дебелината на напълно обезвъглеродения слой при 850 ℃ е най-малката, следователно температурата на нагряване на изпитваната стомана се препоръчва да бъде 850 ℃.
Фиг.1 Хистоморфология на обезвъглероден слой от изпитвана стомана, задържан при различни температури на нагряване в продължение на 1 час
В сравнение с полу-декарбуризирания слой, дебелината на напълно декарбуризирания слой има по-сериозно отрицателно въздействие върху свойствата на материала, тя значително ще намали механичните свойства на материала, като намаляване на якостта, твърдостта, устойчивостта на износване и границата на умора и т.н., а също така повишават чувствителността към пукнатини, засягащи качеството на заваряване и т.н. Следователно контролирането на дебелината на напълно обезвъглеродения слой е от голямо значение за подобряване на производителността на продукта. Фигура 2 показва кривата на промяна на дебелината на напълно обезвъглеродения слой с температура, която показва по-ясно изменението на дебелината на напълно обезвъглеродения слой. От фигурата може да се види, че дебелината на напълно обезвъглеродения слой е само около 34 μm при 700 ℃; с повишаване на температурата до 725 ℃, дебелината на напълно декарбуризирания слой се увеличава значително до 86 μm, което е повече от два пъти дебелината на напълно декарбуризирания слой при 700 ℃; когато температурата се повиши до 750 ℃, дебелината на напълно декарбуризирания слой Когато температурата се повиши до 750 ℃, дебелината на напълно декарбуризирания слой достига максималната стойност от 120 μm; тъй като температурата продължава да се повишава, дебелината на напълно обезвъглеродения слой започва да намалява рязко до 70 μm при 800 ℃ и след това до минималната стойност от около 20 μm при 850 ℃.
Фиг.2 Дебелина на напълно обезвъглероден слой при различни температури
Ефект от обезвъглеродяването върху характеристиките на умора при центрофугиране
За да се проучи ефектът от обезвъглеродяването върху свойствата на умора на пружинната стомана, бяха проведени две групи тестове за умора при въртене при огъване, първата група беше изпитване на умора директно без обезвъглеродяване, а втората група беше изпитване на умора след обезвъглеродяване при същото напрежение ниво (810 MPa), а процесът на обезвъглеродяване се провежда при 700-850 ℃ за 1 час. Първата група образци е показана в таблица 2, която е животът на умора на пружинната стомана.
Животът на умора на първата група образци е показан в таблица 2. Както може да се види от таблица 2, без обезвъглеродяване, изпитваната стомана е била подложена само на 107 цикъла при 810 MPa и не е настъпило счупване; когато нивото на напрежение надвишава 830 MPa, някои от образците започват да се счупват; когато нивото на напрежение надвиши 850 MPa, всички образци за умора бяха счупени.
Таблица 2 Издръжливост на умора при различни нива на напрежение (без обезвъглеродяване)
За да се определи границата на умора, груповият метод се използва за определяне на границата на умора на изпитваната стомана и след статистически анализ на данните границата на умора на изпитваната стомана е около 760 MPa; за да се характеризира издръжливостта на умора на изпитваната стомана при различни напрежения, кривата SN е начертана, както е показано на фигура 3. Както може да се види от фигура 3, различните нива на напрежение съответстват на различна издръжливост на умора, когато животът на умора от 7 , съответстващ на броя на циклите за 107, което означава, че образецът при тези условия преминава през състояние, съответната стойност на напрежението може да бъде приблизително изчислена като стойност на якостта на умора, тоест 760 MPa. Може да се види, че кривата S - N е важна за определяне на издръжливостта на умора на материала и има важна референтна стойност.
Фигура 3 SN крива на експериментално изпитване на умора на стомана при ротационно огъване
Животът на умора на втората група образци е показан в таблица 3. Както може да се види от таблица 3, след като изпитваната стомана е обезвъглеродена при различни температури, броят на циклите е очевидно намален и те са повече от 107 и всички образците за умора са счупени и животът на умора е значително намален. В комбинация с горната дебелина на обезвъглеродения слой с кривата на промяна на температурата може да се види, дебелината на обезвъглеродения слой от 750 ℃ е най-голямата, съответстваща на най-ниската стойност на живота на умора. Дебелината на обезвъглеродения слой при 850 ℃ е най-малката, което съответства на стойността на живота на умора е сравнително висока. Може да се види, че поведението на обезвъглеродяване значително намалява показателите на умора на материала и колкото по-дебел е обезвъглероденият слой, толкова по-нисък е животът на умора.
Таблица 3 Издръжливост на умора при различни температури на обезвъглеродяване (560 MPa)
Морфологията на счупване от умора на образеца се наблюдава чрез сканиращ електронен микроскоп, както е показано на фиг. 4. Фигура 4(a) за зоната на източника на пукнатината, фигурата може да се види очевидна дъга на умора, според дъгата на умора, за да се намери източникът на умора, може да се види, източникът на пукнатини за неметални включвания "рибешко око", включвания при лесна за причиняване концентрация на напрежение, което води до пукнатини от умора; Фиг. 4(b) за морфологията на зоната на разширение на пукнатината, могат да се видят очевидни ивици на умора, разпределението е подобно на река, принадлежи към квази-дисоциативно счупване, с разширяване на пукнатини, което в крайна сметка води до счупване. Фигура 4(b) показва морфологията на зоната на разширяване на пукнатината, могат да се видят очевидни ивици на умора, под формата на подобно на река разпределение, което принадлежи на квази-дисоциативно счупване, и с непрекъснатото разширяване на пукнатините, което в крайна сметка води до счупване .
Анализ на уморните счупвания
Фиг.4 SEM морфология на повърхността на счупване от умора на експериментална стомана
За да се определи вида на включванията на Фиг. 4, беше извършен анализ на състава на енергийния спектър и резултатите са показани на Фиг. 5. Може да се види, че неметалните включвания са главно включвания на Al2O3, което показва, че включванията са основният източник на пукнатини, причинени от напукване на включвания.
Фигура 5 Енергийна спектроскопия на неметални включвания
Заключете
(1) Позиционирането на температурата на нагряване на 850 ℃ ще сведе до минимум дебелината на обезвъглеродения слой, за да намали ефекта върху характеристиките на умора.
( 2) Границата на умора на изпитваната стомана при центрофугиране е 760 MPa.
(3) Тестът за напукване на стомана в неметални включвания, главно смес от Al2O3.
(4) обезвъглеродяването сериозно намалява живота на умора на изпитваната стомана, колкото по-дебел е обезвъглеродяващият слой, толкова по-нисък е животът на умора.
Време на публикуване: 21 юни 2024 г