Χρησιμοποιήθηκε ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης για την παρατήρηση της θραύσης λόγω κόπωσης και την ανάλυση του μηχανισμού θραύσης. Ταυτόχρονα, πραγματοποιήθηκε δοκιμή κόπωσης λόγω κάμψης λόγω περιστροφής στα αποανθράκωση δείγματα σε διαφορετικές θερμοκρασίες για να συγκριθεί η διάρκεια ζωής σε κόπωση του υπό δοκιμή χάλυβα με και χωρίς αποανθράκωση, και για να αναλυθεί η επίδραση της αποανθράκωσης στην απόδοση κόπωσης του υπό δοκιμή χάλυβα. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι, λόγω της ταυτόχρονης ύπαρξης οξείδωσης και αποανθράκωσης στη διαδικασία θέρμανσης, η αλληλεπίδραση μεταξύ των δύο, με αποτέλεσμα το πάχος του πλήρως αποανθράκωσης στρώματος με την αύξηση της θερμοκρασίας να δείχνει μια τάση αύξησης και στη συνέχεια μείωσης, το πάχος του πλήρως αποανθράκωσης στρώματος φτάνει σε μέγιστη τιμή 120 μm στους 750 ℃, και το πάχος του πλήρως αποανθράκωσης στρώματος φτάνει σε ελάχιστη τιμή 20 μm στους 850 ℃, και το όριο κόπωσης του υπό δοκιμή χάλυβα είναι περίπου 760 MPa, και η πηγή των ρωγμών κόπωσης στον υπό δοκιμή χάλυβα είναι κυρίως μη μεταλλικά εγκλείσματα Al2O3. Η συμπεριφορά αποανθράκωσης μειώνει σημαντικά τη διάρκεια ζωής του υπό δοκιμή χάλυβα, επηρεάζοντας την απόδοση κόπωσης του χάλυβα δοκιμής. Όσο παχύτερο είναι το στρώμα αποανθράκωσης, τόσο χαμηλότερη είναι η διάρκεια ζωής κόπωσης. Προκειμένου να μειωθεί η επίδραση του στρώματος αποανθράκωσης στην απόδοση κόπωσης του χάλυβα δοκιμής, η βέλτιστη θερμοκρασία θερμικής επεξεργασίας του χάλυβα δοκιμής θα πρέπει να ρυθμιστεί στους 850℃.
Ο εξοπλισμός είναι ένα σημαντικό εξάρτημα του αυτοκινήτουΛόγω της λειτουργίας σε υψηλή ταχύτητα, το εμπλεκόμενο 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 θραύση του υλικού. Η έρευνα δείχνει ότι η αποανθράκωση είναι ένας σημαντικός παράγοντας που επηρεάζει την απόδοση κόπωσης περιστροφής κάμψης των μεταλλικών υλικών και η απόδοση κόπωσης περιστροφής κάμψης είναι ένας σημαντικός δείκτης της ποιότητας του προϊόντος, επομένως είναι απαραίτητο να μελετηθεί η συμπεριφορά αποανθράκωσης και η απόδοση κόπωσης περιστροφής κάμψης του υλικού δοκιμής.
Σε αυτή την εργασία, ο φούρνος θερμικής επεξεργασίας στη δοκιμή αποανθράκωσης επιφάνειας χάλυβα με γρανάζια 20CrMnTi, αναλύει διαφορετικές θερμοκρασίες θέρμανσης στο βάθος του στρώματος αποανθράκωσης του χάλυβα δοκιμής του μεταβαλλόμενου νόμου. Χρησιμοποιώντας την απλή μηχανή δοκιμής κόπωσης δοκού QBWP-6000J στη δοκιμή κόπωσης περιστροφικής κάμψης χάλυβα δοκιμής, προσδιορίζει την απόδοση κόπωσης του χάλυβα δοκιμής και ταυτόχρονα αναλύει την επίδραση της αποανθράκωσης στην απόδοση κόπωσης του χάλυβα δοκιμής για την πραγματική παραγωγή, με σκοπό τη βελτίωση της παραγωγικής διαδικασίας, την ενίσχυση της ποιότητας των προϊόντων και την παροχή μιας λογικής αναφοράς. Η απόδοση κόπωσης του χάλυβα δοκιμής προσδιορίζεται από τη μηχανή δοκιμής κόπωσης κάμψης 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 αποανθράκωσης: το υλικό δοκιμής υποβάλλεται σε επεξεργασία σε κυλινδρικό δείγμα Φ8 mm × 12 mm, η επιφάνεια πρέπει να είναι λαμπερή χωρίς λεκέδες. Ο φούρνος θερμικής επεξεργασίας θερμάνθηκε στους 675 ℃, 700 ℃, 725 ℃, 750 ℃, 800 ℃, 850 ℃, 900 ℃, 950 ℃, 1.000 ℃, στο δείγμα και κρατήθηκε για 1 ώρα, και στη συνέχεια ψύχθηκε στον αέρα σε θερμοκρασία δωματίου. Μετά τη θερμική επεξεργασία του δείγματος με σκλήρυνση, λείανση και στίλβωση, με 4% του διαλύματος νιτρικού οξέος αλκοόλης διάβρωσης, χρησιμοποιήθηκε μεταλλουργική μικροσκοπία για να παρατηρηθεί το στρώμα αποανθράκωσης του χάλυβα δοκιμής, μετρώντας το βάθος του στρώματος αποανθράκωσης σε διαφορετικές θερμοκρασίες. Δοκιμή κόπωσης κάμψης περιστροφής: το υλικό δοκιμής σύμφωνα με τις απαιτήσεις της επεξεργασίας δύο ομάδων δειγμάτων κόπωσης κάμψης περιστροφής, η πρώτη ομάδα δεν εκτελεί δοκιμή αποανθράκωσης, η δεύτερη ομάδα δοκιμής αποανθράκωσης σε διαφορετικές θερμοκρασίες. Χρησιμοποιώντας τη μηχανή δοκιμής κόπωσης κάμψης περιστροφής, οι δύο ομάδες χάλυβα δοκιμής για δοκιμή κόπωσης κάμψης περιστροφής, προσδιορίζουν το όριο κόπωσης των δύο ομάδων χάλυβα δοκιμής, συγκρίνουν τη διάρκεια ζωής κόπωσης των δύο ομάδων χάλυβα δοκιμής, χρησιμοποιούν παρατήρηση θραύσης κόπωσης με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης, αναλύουν τους λόγους για το κάταγμα του δείγματος, διερευνούν την επίδραση της αποανθράκωσης στις ιδιότητες κόπωσης του χάλυβα δοκιμής.
Πίνακας 1 Χημική σύνθεση (κλάσμα μάζας) του υπό δοκιμή χάλυβα κατά βάρος %
Επίδραση της θερμοκρασίας θέρμανσης στην αποανθράκωση
Η μορφολογία της οργάνωσης της αποενανθράκωσης υπό διαφορετικές θερμοκρασίες θέρμανσης φαίνεται στο Σχήμα 1. Όπως φαίνεται από το σχήμα, όταν η θερμοκρασία είναι 675 ℃, η επιφάνεια του δείγματος δεν εμφανίζεται ως στρώμα αποενανθράκωσης. όταν η θερμοκρασία ανέβει στους 700 ℃, άρχισε να εμφανίζεται το στρώμα αποενανθράκωσης στην επιφάνεια του δείγματος, για το λεπτό στρώμα αποενανθράκωσης φερρίτη. με την αύξηση της θερμοκρασίας στους 725 ℃, το πάχος του στρώματος αποενανθράκωσης στην επιφάνεια του δείγματος αυξήθηκε σημαντικά. στους 750 ℃ το πάχος του στρώματος αποενανθράκωσης φτάνει στη μέγιστη τιμή του, αυτή τη στιγμή, ο κόκκος φερρίτη είναι πιο διαυγής, χονδροειδής. όταν η θερμοκρασία ανέβει στους 800 ℃, το πάχος του στρώματος αποενανθράκωσης άρχισε να μειώνεται σημαντικά, το πάχος του μειώθηκε στο μισό των 750 ℃. όταν η θερμοκρασία συνεχίζει να αυξάνεται στους 850 ℃ και το πάχος της αποενανθράκωσης φαίνεται στο Σχήμα 1. στους 800 ℃, το πλήρες πάχος του στρώματος αποενανθράκωσης άρχισε να μειώνεται σημαντικά, το πάχος του μειώθηκε στους 750 ℃ όταν το μισό. Όταν η θερμοκρασία συνεχίζει να αυξάνεται στους 850 ℃ και άνω, το πάχος του στρώματος πλήρους αποανθράκωσης του χάλυβα δοκιμής συνεχίζει να μειώνεται, το πάχος του μισού στρώματος αποανθράκωσης άρχισε να αυξάνεται σταδιακά μέχρι να εξαφανιστεί η μορφολογία του στρώματος πλήρους αποανθράκωσης, η μορφολογία του μισού στρώματος αποανθράκωσης σταδιακά καθαρίζεται. Μπορεί να φανεί ότι το πάχος του πλήρως αποανθράκωμενου στρώματος με την αύξηση της θερμοκρασίας αυξήθηκε πρώτα και στη συνέχεια μειώθηκε. Ο λόγος για αυτό το φαινόμενο οφείλεται στο γεγονός ότι το δείγμα κατά τη διαδικασία θέρμανσης παρουσιάζει ταυτόχρονα συμπεριφορά οξείδωσης και αποανθράκωσης. Μόνο όταν ο ρυθμός αποανθράκωσης είναι ταχύτερος από την ταχύτητα οξείδωσης, θα εμφανιστεί το φαινόμενο αποανθράκωσης. Στην αρχή της θέρμανσης, το πάχος του πλήρως αποανθράκωμενου στρώματος αυξάνεται σταδιακά με την αύξηση της θερμοκρασίας μέχρι το πάχος του πλήρως αποανθράκωμενου στρώματος να φτάσει στη μέγιστη τιμή. Σε αυτή τη στιγμή, για να συνεχιστεί η αύξηση της θερμοκρασίας, ο ρυθμός οξείδωσης του δείγματος είναι ταχύτερος από τον ρυθμό αποανθράκωσης, γεγονός που αναστέλλει την αύξηση του πλήρως αποανθράκωμενου στρώματος, με αποτέλεσμα μια πτωτική τάση. Μπορεί να φανεί ότι, εντός του εύρους 675 ~ 950 ℃, η τιμή του πάχους του πλήρως αποανθράκωμενου στρώματος στους 750 ℃ είναι η μεγαλύτερη και η τιμή του πάχους του πλήρως αποανθράκωμενου στρώματος στους 850 ℃ είναι η μικρότερη, επομένως, η θερμοκρασία θέρμανσης του υπό δοκιμή χάλυβα συνιστάται να είναι 850 ℃.
Σχήμα 1 Ιστομορφολογία αποανθράκωσης στρώματος χάλυβα δοκιμής που διατηρήθηκε σε διαφορετικές θερμοκρασίες θέρμανσης για 1 ώρα
Σε σύγκριση με το ημι-αποκαρβουρωμένο στρώμα, το πάχος του πλήρως αποκαρβουρωμένου στρώματος έχει πιο σοβαρό αρνητικό αντίκτυπο στις ιδιότητες του υλικού, καθώς μειώνει 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 αυξάνει την ευαισθησία στις ρωγμές, επηρεάζοντας την ποιότητα της συγκόλλησης κ.λπ. Επομένως, ο έλεγχος του πάχους του πλήρως αποκαρβουρωμένου στρώματος έχει μεγάλη σημασία για τη βελτίωση της απόδοσης του προϊόντος. Το Σχήμα 2 δείχνει την καμπύλη μεταβολής του πάχους του πλήρως αποκαρβουρωμένου στρώματος με τη θερμοκρασία, η οποία δείχνει την μεταβολή του πάχους του πλήρως αποκαρβουρωμένου στρώματος πιο καθαρά. Από το σχήμα φαίνεται ότι το πάχος του πλήρως αποκαρβουρωμένου στρώματος είναι μόνο περίπου 34 μm στους 700℃. Με τη θερμοκρασία να αυξάνεται στους 725℃, το πάχος του πλήρως αποκαρβουρωμένου στρώματος αυξάνεται σημαντικά στα 86 μm, που είναι περισσότερο από διπλάσιο από το πάχος του πλήρως αποκαρβουρωμένου στρώματος στους 700℃. Όταν η θερμοκρασία αυξηθεί στους 750 ℃, το πάχος του πλήρως αποκαρβωμένου στρώματος φτάνει στη μέγιστη τιμή των 120 μm. Καθώς η θερμοκρασία συνεχίζει να αυξάνεται, το πάχος του πλήρως αποκαρβωμένου στρώματος αρχίζει να μειώνεται απότομα, στα 70 μm στους 800 ℃ και στη συνέχεια στην ελάχιστη τιμή των περίπου 20 μm στους 850 ℃.
Σχήμα 2 Πάχος πλήρως αποανθράκωσης στρώματος σε διαφορετικές θερμοκρασίες
Επίδραση της αποανθράκωσης στην απόδοση κόπωσης στην κάμψη με σπιν
Προκειμένου να μελετηθεί η επίδραση της αποενανθράκωσης στις ιδιότητες κόπωσης του χάλυβα ελατηρίων, πραγματοποιήθηκαν δύο ομάδες δοκιμών κόπωσης με κάμψη λόγω περιστροφής, η πρώτη ομάδα ήταν η δοκιμή κόπωσης απευθείας χωρίς αποενανθράκωση και η δεύτερη ομάδα ήταν η δοκιμή κόπωσης μετά την αποενανθράκωση στο ίδιο επίπεδο τάσης (810 MPa), και η διαδικασία αποενανθράκωσης διατηρήθηκε στους 700-850 ℃ για 1 ώρα. Η πρώτη ομάδα δειγμάτων παρουσιάζεται στον Πίνακα 2, ο οποίος είναι η διάρκεια ζωής του χάλυβα ελατηρίων.
Η διάρκεια ζωής σε κόπωση της πρώτης ομάδας δειγμάτων παρουσιάζεται στον Πίνακα 2. Όπως φαίνεται από τον Πίνακα 2, χωρίς αποανθράκωση, ο χάλυβας δοκιμής υποβλήθηκε μόνο σε 107 κύκλους στα 810 MPa και δεν σημειώθηκε θραύση. Όταν το επίπεδο τάσης ξεπέρασε τα 830 MPa, ορισμένα από τα δείγματα άρχισαν να θραύονται. Όταν το επίπεδο τάσης ξεπέρασε τα 850 MPa, όλα τα δείγματα κόπωσης υπέστησαν θραύση.
Πίνακας 2 Διάρκεια ζωής κόπωσης υπό διαφορετικά επίπεδα καταπόνησης (χωρίς αποανθράκωση)
Για τον προσδιορισμό του ορίου κόπωσης, χρησιμοποιείται η μέθοδος ομάδας για τον προσδιορισμό του ορίου κόπωσης του υπό δοκιμή χάλυβα και, μετά από στατιστική ανάλυση των δεδομένων, το όριο κόπωσης του υπό δοκιμή χάλυβα είναι περίπου 760 MPa. Για να χαρακτηριστεί η διάρκεια ζωής κόπωσης του υπό δοκιμή χάλυβα υπό διαφορετικές τάσεις, σχεδιάζεται η καμπύλη SN, όπως φαίνεται στο Σχήμα 3. Όπως φαίνεται από το Σχήμα 3, διαφορετικά επίπεδα τάσης αντιστοιχούν σε διαφορετική διάρκεια ζωής κόπωσης. Όταν η διάρκεια ζωής κόπωσης είναι 7, αντιστοιχεί στον αριθμό των κύκλων για 107, πράγμα που σημαίνει ότι το δείγμα υπό αυτές τις συνθήκες βρίσκεται σε κατάσταση, η αντίστοιχη τιμή τάσης μπορεί να προσεγγιστεί ως η τιμή αντοχής κόπωσης, δηλαδή 760 MPa. Μπορεί να φανεί ότι η καμπύλη S - N είναι σημαντική για τον προσδιορισμό της διάρκειας ζωής κόπωσης του υλικού, καθώς έχει μια σημαντική τιμή αναφοράς.
Σχήμα 3 Καμπύλη SN πειραματικής δοκιμής κόπωσης κάμψης σε περιστροφική κίνηση χάλυβα
Η διάρκεια ζωής κόπωσης της δεύτερης ομάδας δειγμάτων παρουσιάζεται στον Πίνακα 3. Όπως φαίνεται από τον Πίνακα 3, μετά την αποανθράκωση του χάλυβα δοκιμής σε διαφορετικές θερμοκρασίες, ο αριθμός των κύκλων μειώνεται προφανώς, και είναι μεγαλύτερος από 107, και όλα τα δείγματα κόπωσης έχουν υποστεί θραύση, και η διάρκεια ζωής κόπωσης μειώνεται σημαντικά. Σε συνδυασμό με το παραπάνω πάχος αποανθράκωσης με την καμπύλη αλλαγής θερμοκρασίας, φαίνεται ότι το πάχος αποανθράκωσης στρώματος στους 750 ℃ είναι το μεγαλύτερο, που αντιστοιχεί στη χαμηλότερη τιμή διάρκειας ζωής κόπωσης. Το πάχος αποανθράκωσης στρώματος στους 850 ℃ είναι το μικρότερο, που αντιστοιχεί στην τιμή διάρκειας ζωής κόπωσης είναι σχετικά υψηλή. Μπορεί να φανεί ότι η συμπεριφορά αποανθράκωσης μειώνει σημαντικά την απόδοση κόπωσης του υλικού, και όσο παχύτερο είναι το αποανθράκωμα στρώμα, τόσο χαμηλότερη είναι η διάρκεια ζωής κόπωσης.
Πίνακας 3 Διάρκεια ζωής κόπωσης σε διαφορετικές θερμοκρασίες αποανθράκωσης (560 MPa)
Η μορφολογία θραύσης λόγω κόπωσης του δείγματος παρατηρήθηκε με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης, όπως φαίνεται στο Σχήμα 4. Στο Σχήμα 4(α) για την περιοχή πηγής ρωγμής, φαίνεται εμφανές τόξο κόπωσης, σύμφωνα με το τόξο κόπωσης για να βρεθεί η πηγή κόπωσης, φαίνεται η πηγή ρωγμής για τα μη μεταλλικά εγκλείσματα "ψαρομάτι", τα εγκλείσματα στην εύκολα προκαλούμενη συγκέντρωση τάσης, με αποτέλεσμα ρωγμές κόπωσης. Στο Σχήμα 4(β) για τη μορφολογία της περιοχής επέκτασης ρωγμής, φαίνονται εμφανείς ρίγες κόπωσης, με κατανομή τύπου ποταμού, που ανήκει σε σχεδόν διασπαστική θραύση, με τις ρωγμές να επεκτείνονται, οδηγώντας τελικά σε θραύση. Το Σχήμα 4(β) δείχνει τη μορφολογία της περιοχής επέκτασης ρωγμής, φαίνονται εμφανείς ρίγες κόπωσης, με τη μορφή κατανομής τύπου ποταμού, η οποία ανήκει σε σχεδόν διασπαστική θραύση, και με τη συνεχή επέκταση των ρωγμών, οδηγώντας τελικά σε θραύση.
Ανάλυση κατάγματος κόπωσης
Σχήμα 4. Μορφολογία Ηλεκτρομαγνητικής Μηχανικής Εξέτασης (SEM) της επιφάνειας θραύσης κόπωσης πειραματικού χάλυβα
Προκειμένου να προσδιοριστεί ο τύπος των εγκλεισμάτων στο Σχήμα 4, πραγματοποιήθηκε ανάλυση σύνθεσης του ενεργειακού φάσματος και τα αποτελέσματα παρουσιάζονται στο Σχήμα 5. Μπορεί να φανεί ότι τα μη μεταλλικά εγκλείσματα είναι κυρίως εγκλείσματα Al2O3, γεγονός που υποδηλώνει ότι τα εγκλείσματα αποτελούν την κύρια πηγή ρωγμών που προκαλούνται από ρωγμές εγκλεισμάτων.
Σχήμα 5 Ενεργειακή Φασματοσκοπία Μη Μεταλλικών Εγκλειστών
Καταλήγω
(1) Η ρύθμιση της θερμοκρασίας θέρμανσης στους 850 ℃ θα ελαχιστοποιήσει το πάχος του στρώματος αποανθράκωσης για να μειώσει την επίδραση στην απόδοση κόπωσης.
(2) Το όριο κόπωσης της δοκιμαστικής περιστροφικής κάμψης του χάλυβα είναι 760 MPa.
(3) Η δοκιμή ρωγμάτωσης χάλυβα σε μη μεταλλικά εγκλείσματα, κυρίως μείγμα Al2O3.
(4) Η αποανθράκωση μειώνει σημαντικά τη διάρκεια ζωής κόπωσης του χάλυβα δοκιμής, όσο παχύτερο είναι το στρώμα αποανθράκωσης, τόσο χαμηλότερη είναι η διάρκεια ζωής κόπωσης.
Ώρα δημοσίευσης: 21 Ιουνίου 2024
