Χρησιμοποιήθηκε ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης για την παρατήρηση του κατάγματος λόγω κόπωσης και την ανάλυση του μηχανισμού θραύσης. Ταυτόχρονα, διεξήχθη δοκιμή κόπωσης με κάμψη περιστροφής στα αποανθρακωμένα δείγματα σε διαφορετικές θερμοκρασίες για να συγκριθεί η διάρκεια κόπωσης του δοκιμαστικού χάλυβα με και χωρίς απανθράκωση και για να αναλυθεί η επίδραση της απανθράκωσης στην απόδοση κόπωσης του δοκιμαστικού χάλυβα. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι, λόγω της ταυτόχρονης ύπαρξης οξείδωσης και απανθράκωσης στη διαδικασία θέρμανσης, η αλληλεπίδραση μεταξύ των δύο, με αποτέλεσμα το πάχος της πλήρως απανθρακωμένης στρώσης με την αύξηση της θερμοκρασίας δείχνει μια τάση αύξησης και στη συνέχεια φθίνουσας. το πάχος του πλήρως απανθρακωμένου στρώματος φτάνει τη μέγιστη τιμή των 120 μm στους 750 ℃, και το πάχος του πλήρως αποανθρακωμένου στρώματος φτάνει σε μια ελάχιστη τιμή 20 μm στους 850 ℃ και το όριο κόπωσης του χάλυβα δοκιμής είναι περίπου 760 MPa, και Η πηγή των ρωγμών κόπωσης στον χάλυβα δοκιμής είναι κυρίως τα μη μεταλλικά εγκλείσματα Al2O3. Η συμπεριφορά αποξανθράκωσης μειώνει σημαντικά τη διάρκεια ζωής κόπωσης του δοκιμαστικού χάλυβα, επηρεάζοντας την απόδοση κόπωσης του δοκιμαστικού χάλυβα, όσο πιο παχύ είναι το στρώμα απανθράκωσης, τόσο χαμηλότερη είναι η διάρκεια κόπωσης. Προκειμένου να μειωθεί ο αντίκτυπος του στρώματος απανθράκωσης στην απόδοση κόπωσης του δοκιμαστικού χάλυβα, η βέλτιστη θερμοκρασία θερμικής επεξεργασίας του χάλυβα δοκιμής πρέπει να ρυθμιστεί στους 850℃.
Ο εξοπλισμός είναι ένα σημαντικό συστατικό του αυτοκινήτου, λόγω της λειτουργίας σε υψηλή ταχύτητα, το δικτυωτό τμήμα της επιφάνειας του γραναζιού πρέπει να έχει υψηλή αντοχή και αντοχή στην τριβή και η ρίζα του δοντιού πρέπει να έχει καλή απόδοση κόπωσης κάμψης λόγω του συνεχούς επαναλαμβανόμενου φορτίου, προκειμένου να αποφευχθούν ρωγμές που οδηγούν σε υλικό κάταγμα. Η έρευνα δείχνει ότι η απανθράκωση είναι ένας σημαντικός παράγοντας που επηρεάζει την απόδοση κόπωσης κατά την κάμψη των μεταλλικών υλικών και η απόδοση κόπωσης κατά την περιστροφή είναι ένας σημαντικός δείκτης της ποιότητας του προϊόντος, επομένως είναι απαραίτητο να μελετηθεί η συμπεριφορά απανθράκωσης και η απόδοση κόπωσης σε κάμψη περιστροφής του υλικού δοκιμής.
Σε αυτό το έγγραφο, ο κλίβανος θερμικής επεξεργασίας στη δοκιμή αφανθράκωσης επιφάνειας από χάλυβα μετάδοσης κίνησης 20CrMnTi, αναλύει διαφορετικές θερμοκρασίες θέρμανσης στο βάθος του στρώματος αφανθράκωσης χάλυβα δοκιμής του μεταβαλλόμενου νόμου. χρησιμοποιώντας απλή μηχανή δοκιμής κόπωσης δοκού QBWP-6000J στη δοκιμή κόπωσης με περιστροφικό χάλυβα δοκιμής, προσδιορισμό της απόδοσης κόπωσης χάλυβα δοκιμής και ταυτόχρονα για ανάλυση του αντίκτυπου της απανθράκωσης στην απόδοση κόπωσης του χάλυβα δοκιμής για τη βελτίωση της πραγματικής παραγωγής τη διαδικασία παραγωγής, βελτιώνουν την ποιότητα των προϊόντων και παρέχουν μια λογική αναφορά. Η απόδοση κόπωσης του χάλυβα δοκιμής προσδιορίζεται από τη μηχανή δοκιμής κόπωσης με κάμψη περιστροφής.
1. Υλικά και μέθοδοι δοκιμής
Υλικό δοκιμής για μια μονάδα για την παροχή χάλυβα γραναζιών 20CrMnTi, η κύρια χημική σύνθεση όπως φαίνεται στον Πίνακα 1. Δοκιμή απανθράκωσης: το υλικό δοκιμής υποβάλλεται σε επεξεργασία σε κυλινδρικό δείγμα Φ8 mm × 12 mm, η επιφάνεια πρέπει να είναι φωτεινή χωρίς λεκέδες. Ο κλίβανος θερμικής επεξεργασίας θερμάνθηκε στους 675 ℃, 700 ℃, 725 ℃, 750 ℃, 800 ℃, 850 ℃, 900 ℃, 950 ℃, 1.000 ℃, και στη συνέχεια διατηρήθηκαν σε θερμοκρασία δωματίου 1.00 βαθμών. Μετά τη θερμική επεξεργασία του δείγματος με πήξη, λείανση και στίλβωση, με 4% διάβρωση του διαλύματος αλκοόλης νιτρικού οξέος, η χρήση μεταλλουργικής μικροσκοπίας για την παρατήρηση του δοκιμαστικού στρώματος απανθράκωσης του χάλυβα, μετρώντας το βάθος του στρώματος απανθράκωσης σε διαφορετικές θερμοκρασίες. Δοκιμή κόπωσης με κάμψη περιστροφής: το υλικό δοκιμής σύμφωνα με τις απαιτήσεις της επεξεργασίας δύο ομάδων δειγμάτων κούρασης με κάμψη περιστροφής, η πρώτη ομάδα δεν πραγματοποιεί δοκιμή απανθράκωσης, η δεύτερη ομάδα δοκιμής απανθράκωσης σε διαφορετικές θερμοκρασίες. Χρησιμοποιώντας τη μηχανή δοκιμής κόπωσης με κάμψη περιστροφής, οι δύο ομάδες δοκιμαστικού χάλυβα για δοκιμή κόπωσης με κάμψη περιστροφής, προσδιορισμός του ορίου κόπωσης των δύο ομάδων δοκιμής χάλυβα, σύγκριση της διάρκειας ζωής κόπωσης των δύο ομάδων δοκιμής χάλυβα, χρήση σάρωσης παρατήρηση κατάγματος κόπωσης με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο, αναλύστε τους λόγους για το κάταγμα του δείγματος, για να διερευνήσετε την επίδραση της απανθράκωσης των ιδιοτήτων κόπωσης του χάλυβα δοκιμής.
Πίνακας 1 Χημική σύνθεση (κλάσμα μάζας) δοκιμαστικού χάλυβα wt%
Επίδραση της θερμοκρασίας θέρμανσης στην απανθράκωση
Η μορφολογία της οργάνωσης της απανθράκωσης κάτω από διαφορετικές θερμοκρασίες θέρμανσης φαίνεται στο Σχ. 1. Όπως φαίνεται από το σχήμα, όταν η θερμοκρασία είναι 675 ℃, η επιφάνεια του δείγματος δεν εμφανίζεται στρώμα απανθράκωσης. όταν η θερμοκρασία ανεβαίνει στους 700 ℃, άρχισε να εμφανίζεται το στρώμα αποξανθράκωσης της επιφάνειας του δείγματος, για το λεπτό στρώμα απανθράκωσης φερρίτη. με την αύξηση της θερμοκρασίας στους 725 ℃, το πάχος του στρώματος αφανθράκωσης επιφάνειας δείγματος αυξήθηκε σημαντικά. 750 ℃ πάχος στρώματος απανθράκωσης φτάνει τη μέγιστη τιμή του, αυτή τη στιγμή, ο κόκκος φερρίτη είναι πιο διαυγής, χονδροειδής. όταν η θερμοκρασία ανεβαίνει στους 800 ℃, το πάχος του στρώματος απανθράκωσης άρχισε να μειώνεται σημαντικά, το πάχος του έπεσε στο μισό των 750 ℃. Όταν η θερμοκρασία συνεχίζει να αυξάνεται στους 850 ℃ και το πάχος της απανθράκωσης φαίνεται στο Σχ. 1. 800 ℃, το πάχος του πλήρους στρώματος απανθράκωσης άρχισε να μειώνεται σημαντικά, το πάχος του έπεσε στους 750 ℃ όταν το μισό. όταν η θερμοκρασία συνεχίζει να ανεβαίνει στους 850 ℃ και πάνω, το πάχος του στρώματος πλήρους αφανθράκωσης του χάλυβα δοκιμής συνεχίζει να μειώνεται, το μισό πάχος του στρώματος αφανθράκωσης άρχισε να αυξάνεται σταδιακά μέχρι να εξαφανιστεί η μορφολογία του στρώματος πλήρους απανθράκωσης, η μισή μορφολογία του στρώματος απανθράκωσης σταδιακά ξεκαθαρίσει. Μπορεί να φανεί ότι το πάχος της πλήρως απανθρακωμένης στρώσης με την αύξηση της θερμοκρασίας αρχικά αυξήθηκε και στη συνέχεια μειώθηκε, ο λόγος για αυτό το φαινόμενο οφείλεται στο δείγμα στη διαδικασία θέρμανσης ταυτόχρονα στη συμπεριφορά οξείδωσης και απανθράκωσης, μόνο όταν ο ρυθμός απανθράκωσης είναι ταχύτερος από την ταχύτητα της οξείδωσης θα εμφανιστεί φαινόμενο απανθράκωσης. Στην αρχή της θέρμανσης, το πάχος του πλήρως απανθρακωμένου στρώματος αυξάνεται σταδιακά με την αύξηση της θερμοκρασίας έως ότου το πάχος του πλήρως απανθρακωμένου στρώματος φτάσει τη μέγιστη τιμή, αυτή τη στιγμή για να συνεχίσει να αυξάνεται η θερμοκρασία, ο ρυθμός οξείδωσης του δείγματος είναι ταχύτερος από ο ρυθμός αποξανθράκωσης, ο οποίος αναστέλλει την αύξηση της πλήρως απανθρακωμένης στιβάδας, με αποτέλεσμα μια πτωτική τάση. Μπορεί να φανεί ότι, εντός του εύρους των 675 ~ 950 ℃, η τιμή του πάχους της πλήρως απανθρακωμένης στρώσης στους 750 ℃ είναι η μεγαλύτερη και η τιμή του πάχους της πλήρως απανθρακωμένης στρώσης στους 850 ℃ είναι η μικρότερη, Ως εκ τούτου, η θερμοκρασία θέρμανσης του χάλυβα δοκιμής συνιστάται να είναι 850℃.
Εικ. 1 Ιστομορφολογία αποανθρακωμένου στρώματος δοκιμαστικού χάλυβα που διατηρείται σε διαφορετικές θερμοκρασίες θέρμανσης για 1 ώρα
Σε σύγκριση με το ημι-απανθρακωμένο στρώμα, το πάχος του πλήρως απανθρακωμένου στρώματος έχει πιο σοβαρό αρνητικό αντίκτυπο στις ιδιότητες του υλικού, θα μειώσει σημαντικά τις μηχανικές ιδιότητες του υλικού, όπως η μείωση της αντοχής, της σκληρότητας, της αντοχής στη φθορά και του ορίου κόπωσης κ.λπ., και επίσης αυξάνουν την ευαισθησία σε ρωγμές, επηρεάζοντας την ποιότητα της συγκόλλησης και ούτω καθεξής. Ως εκ τούτου, ο έλεγχος του πάχους του πλήρως απανθρακωμένου στρώματος είναι πολύ σημαντικός για τη βελτίωση της απόδοσης του προϊόντος. Το Σχήμα 2 δείχνει την καμπύλη μεταβολής του πάχους του πλήρως απανθρακωμένου στρώματος με τη θερμοκρασία, που δείχνει τη διακύμανση του πάχους του πλήρως απανθρακωμένου στρώματος πιο καθαρά. Μπορεί να φανεί από το σχήμα ότι το πάχος του πλήρως απανθρακωμένου στρώματος είναι μόνο περίπου 34μm στους 700℃. με τη θερμοκρασία να αυξάνεται στους 725 ℃, το πάχος του πλήρως αποανθρακωμένου στρώματος αυξάνεται σημαντικά στα 86 μm, που είναι περισσότερο από δύο φορές το πάχος του πλήρως αποανθρακωμένου στρώματος στους 700 ℃. όταν η θερμοκρασία αυξάνεται στους 750 ℃, το πάχος του πλήρως αποανθρακωμένου στρώματος Όταν η θερμοκρασία αυξάνεται στους 750 ℃, το πάχος του πλήρως αποανθρακωμένου στρώματος φτάνει τη μέγιστη τιμή των 120 μm. Καθώς η θερμοκρασία συνεχίζει να αυξάνεται, το πάχος του πλήρως απανθρακωμένου στρώματος αρχίζει να μειώνεται απότομα, στα 70 μm στους 800℃, και στη συνέχεια στην ελάχιστη τιμή των περίπου 20μm στους 850℃.
Εικ.2 Πάχος πλήρως αποανθρακωμένης στρώσης σε διαφορετικές θερμοκρασίες
Επίδραση της απανθράκωσης στην απόδοση κόπωσης στην κάμψη περιστροφής
Προκειμένου να μελετηθεί η επίδραση της απανθράκωσης στις ιδιότητες κόπωσης του χάλυβα ελατηρίου, πραγματοποιήθηκαν δύο ομάδες δοκιμών κόπωσης με κάμψη περιστροφής, η πρώτη ομάδα ήταν δοκιμή κόπωσης απευθείας χωρίς απανθράκωση και η δεύτερη ομάδα ήταν δοκιμή κόπωσης μετά την απανθράκωση στην ίδια τάση επίπεδο (810 MPa) και η διαδικασία απανθράκωσης διατηρήθηκε στους 700-850 ℃ για 1 ώρα. Η πρώτη ομάδα δειγμάτων φαίνεται στον Πίνακα 2, η οποία είναι η διάρκεια κόπωσης του χάλυβα ελατηρίου.
Η διάρκεια κόπωσης της πρώτης ομάδας δειγμάτων παρουσιάζεται στον Πίνακα 2. Όπως φαίνεται από τον Πίνακα 2, χωρίς απανθράκωση, ο χάλυβας δοκιμής υποβλήθηκε μόνο σε 107 κύκλους στα 810 MPa και δεν παρουσιάστηκε θραύση. Όταν το επίπεδο τάσης ξεπέρασε τα 830 MPa, μερικά από τα δείγματα άρχισαν να σπάνε. όταν το επίπεδο τάσης ξεπέρασε τα 850 MPa, τα δείγματα κόπωσης ήταν όλα σπασμένα.
Πίνακας 2 Διάρκεια ζωής κόπωσης κάτω από διαφορετικά επίπεδα στρες (χωρίς απανθράκωση)
Προκειμένου να προσδιοριστεί το όριο κόπωσης, η μέθοδος ομάδας χρησιμοποιείται για τον προσδιορισμό του ορίου κόπωσης του χάλυβα δοκιμής και μετά από στατιστική ανάλυση των δεδομένων, το όριο κόπωσης του χάλυβα δοκιμής είναι περίπου 760 MPa. Προκειμένου να χαρακτηριστεί η διάρκεια κόπωσης του χάλυβα δοκιμής υπό διαφορετικές τάσεις, σχεδιάζεται η καμπύλη SN, όπως φαίνεται στο σχήμα 3. Όπως φαίνεται από το σχήμα 3, διαφορετικά επίπεδα καταπόνησης αντιστοιχούν σε διαφορετική διάρκεια ζωής κόπωσης, όταν η διάρκεια ζωής κόπωσης 7 , που αντιστοιχεί στον αριθμό των κύκλων για 107, πράγμα που σημαίνει ότι το δείγμα υπό αυτές τις συνθήκες είναι μέσω της κατάστασης, η αντίστοιχη τιμή τάσης μπορεί να προσεγγιστεί ως η τιμή αντοχής σε κόπωση, δηλαδή 760 MPa. Μπορεί να φανεί ότι η καμπύλη S - N είναι σημαντική για τον προσδιορισμό της διάρκειας κόπωσης του υλικού έχει μια σημαντική τιμή αναφοράς.
Σχήμα 3 Καμπύλη SN πειραματικής δοκιμής κόπωσης σε περιστροφική κάμψη χάλυβα
Η διάρκεια κόπωσης της δεύτερης ομάδας δειγμάτων φαίνεται στον Πίνακα 3. Όπως φαίνεται από τον Πίνακα 3, αφού ο χάλυβας δοκιμής αποανθρακωθεί σε διαφορετικές θερμοκρασίες, ο αριθμός των κύκλων μειώνεται προφανώς και είναι περισσότεροι από 107, και όλοι τα δείγματα κόπωσης είναι σπασμένα και η διάρκεια κόπωσης μειώνεται σημαντικά. Σε συνδυασμό με το παραπάνω πάχος στρώσης αποανθρακωμένου με την καμπύλη αλλαγής θερμοκρασίας μπορεί να φανεί, το πάχος στρώσης 750 ℃ είναι το μεγαλύτερο, που αντιστοιχεί στη χαμηλότερη τιμή της διάρκειας ζωής της κόπωσης. 850 ℃ decarburized πάχος στρώμα είναι το μικρότερο, που αντιστοιχεί στην τιμή ζωής κόπωσης είναι σχετικά υψηλή. Μπορεί να φανεί ότι η συμπεριφορά αποξανθράκωσης μειώνει σημαντικά την απόδοση κόπωσης του υλικού και όσο πιο παχύ είναι το αποανθρακωμένο στρώμα, τόσο μικρότερη είναι η διάρκεια κόπωσης.
Πίνακας 3 Διάρκεια ζωής κόπωσης σε διαφορετικές θερμοκρασίες απανθράκωσης (560 MPa)
Η μορφολογία του κατάγματος κόπωσης του δείγματος παρατηρήθηκε με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης, όπως φαίνεται στο Σχ. 4. Σχήμα 4(α) για την περιοχή της πηγής ρωγμής, το σχήμα μπορεί να φανεί προφανές τόξο κόπωσης, σύμφωνα με το τόξο κόπωσης για να βρεθεί η πηγή της κούρασης, μπορεί να φανεί, η πηγή ρωγμής για τα μη μεταλλικά εγκλείσματα "ψάρι-μάτι", εγκλείσματα με την εύκολη πρόκληση συγκέντρωσης στρες, με αποτέλεσμα ρωγμές κόπωσης. Το Σχ. 4(β) για τη μορφολογία της περιοχής επέκτασης της ρωγμής, μπορεί να φανεί εμφανείς λωρίδες κόπωσης, ήταν κατανομή σαν ποτάμι, ανήκει σε οιονεί διαχωριστικό κάταγμα, με ρωγμές να επεκτείνονται, οδηγώντας τελικά σε θραύση. Το σχήμα 4(β) δείχνει τη μορφολογία της περιοχής επέκτασης της ρωγμής, μπορούν να φανούν εμφανείς ραβδώσεις κόπωσης, με τη μορφή κατανομής που μοιάζει με ποτάμι, η οποία ανήκει σε οιονεί διαχωριστικό κάταγμα, και με τη συνεχή επέκταση των ρωγμών, που τελικά οδηγεί σε θραύση .
Ανάλυση κατάγματος κόπωσης
Εικ.4 Μορφολογία SEM επιφάνειας θραύσης κόπωσης πειραματικού χάλυβα
Για να προσδιοριστεί ο τύπος των εγκλεισμάτων στο Σχ. 4, πραγματοποιήθηκε ανάλυση σύνθεσης ενεργειακού φάσματος και τα αποτελέσματα φαίνονται στο Σχ. 5. Μπορεί να φανεί ότι τα μη μεταλλικά εγκλείσματα είναι κυρίως εγκλείσματα Al2O3, υποδεικνύοντας ότι τα εγκλείσματα είναι η κύρια πηγή ρωγμών που προκαλούνται από ρωγμές εγκλεισμάτων.
Εικόνα 5 Ενεργειακή Φασματοσκοπία Μη Μεταλλικών Εγκλεισμάτων
Καταλήγω
(1) Η τοποθέτηση της θερμοκρασίας θέρμανσης στους 850 ℃ θα ελαχιστοποιήσει το πάχος του αποανθρακωμένου στρώματος για να μειώσει την επίδραση στην απόδοση κόπωσης.
( 2) Το όριο κόπωσης της κάμψης σπιν του χάλυβα δοκιμής είναι 760 MPa.
( 3) Η δοκιμή πυρόλυσης χάλυβα σε μη μεταλλικά εγκλείσματα, κυρίως μείγμα Al2O3.
(4) η αποξανθράκωση μειώνει σοβαρά τη διάρκεια ζωής κόπωσης του χάλυβα δοκιμής, όσο πιο παχύ είναι το στρώμα απανθράκωσης, τόσο χαμηλότερη είναι η διάρκεια ζωής κόπωσης.
Ώρα δημοσίευσης: Ιουν-21-2024