Pásztázó elektronmikroszkópot használtunk a kifáradási törés megfigyelésére és a törési mechanizmus elemzésére; ezzel egyidejűleg a szénmentesített próbatesteken különböző hőmérsékleteken spin-hajlító kifáradási tesztet is végeztek, hogy összehasonlítsák a vizsgált acél kifáradási élettartamát széntelenítéssel és anélkül, és elemezzék a szénmentesítés hatását a vizsgált acél kifáradási teljesítményére. Az eredmények azt mutatják, hogy a melegítési folyamatban az oxidáció és a dekarbonizáció egyidejű fennállása miatt a kettő közötti kölcsönhatás, ami a teljesen szénmentesített réteg vastagságát eredményezi a hőmérséklet növekedésével, növekvő, majd csökkenő tendenciát mutat. a teljesen szénmentesített réteg vastagsága 750 ℃-on eléri a 120 μm maximális értéket, a teljesen szénmentesített réteg vastagsága pedig 850 ℃-on eléri a 20 μm minimális értéket, a vizsgált acél kifáradási határa pedig kb. 760 MPa, és a vizsgálati acél kifáradási repedéseinek forrása főként Al2O3 nem fémes zárványok; a dekarbonizációs viselkedés nagymértékben csökkenti a vizsgált acél kifáradási élettartamát, ami befolyásolja a vizsgált acél kifáradási teljesítményét, minél vastagabb a szénmentesítő réteg, annál alacsonyabb a kifáradási élettartam. Annak érdekében, hogy csökkentse a szénmentesítő réteg hatását a vizsgált acél kifáradási teljesítményére, a vizsgálandó acél optimális hőkezelési hőmérsékletét 850 ℃-ra kell beállítani.
A felszerelés fontos eleme az autóknak,a nagy sebességű működés miatt a fogaskerék felület hálórészének nagy szilárdságúnak és kopásállóságúnak, a foggyökérnek pedig jó hajlítási kifáradási képességgel kell rendelkeznie az állandó ismétlődő terhelés miatt, hogy elkerüljük az anyaghoz vezető repedéseket törés. A kutatások azt mutatják, hogy a dekarbonizáció fontos tényező, amely befolyásolja a fémanyagok spin-hajlítási kifáradási teljesítményét, a spin-hajlítási kifáradási teljesítmény pedig a termék minőségének fontos mutatója, ezért szükséges a vizsgált anyag dekarbonizációs viselkedésének és spin-hajlítási kifáradási teljesítményének tanulmányozása.
Ebben a cikkben, a hőkezelő kemence a 20CrMnTi fogaskerék acél felületi dekarbonizációs teszt, elemzi a különböző fűtési hőmérsékletek a vizsgálati acél széntelenítő réteg mélysége a változó törvény; a QBWP-6000J egyszerű gerenda kifáradást vizsgáló gép használatával a tesztacél forgóhajlítási kifáradási tesztjén, a vizsgált acél kifáradási teljesítményének meghatározása, és ezzel egyidejűleg a szénmentesítés hatásának elemzése a vizsgált acél kifáradási teljesítményére a tényleges termelés javítása érdekében a gyártási folyamatot, javítja a termékek minőségét, és ésszerű referenciaként szolgál. A vizsgált acél kifáradási teljesítményét a forgó hajlítási fáradtságvizsgáló gép határozza meg.
1. Vizsgálati anyagok és módszerek
A 20CrMnTi fogaskerekes acélt biztosító egység vizsgálati anyaga, a fő kémiai összetétel az 1. táblázatban látható. Szénmentesítési teszt: a vizsgálati anyagot Ф8 mm × 12 mm-es hengeres mintává dolgozzák fel, a felületnek fényesnek kell lennie foltok nélkül. A hőkezelő kemencét 675 ℃, 700 ℃, 725 ℃, 750 ℃, 800 ℃, 850 ℃, 900 ℃, 950 ℃, 1000 ℃ hőmérsékletre fűtöttük, majd 1 órán át levegőztették a helyiségbe. A minta hőkezelése után beállítással, csiszolással és polírozással, a salétromsav-alkohol oldat 4%-os eróziójával, metallurgiai mikroszkóppal a vizsgált acél széntelenítő rétegének megfigyelése, a szénmentesítő réteg mélységének mérése különböző hőmérsékleteken. Spin hajlító kifáradási teszt: a vizsgálati anyag két csoport spin-hajlító kifáradási próbatest feldolgozásának követelményei szerint, az első csoport nem végez széntelenítési tesztet, a második csoport dekarbonizációs tesztet különböző hőmérsékleteken. A centrifugálási kifáradást vizsgáló gép segítségével a vizsgált acél két csoportja a centrifugálási kifáradás vizsgálatához, a két vizsgált acélcsoport fáradási határértékének meghatározása, a két tesztacélcsoport kifáradási élettartamának összehasonlítása, a pásztázó használata elektronmikroszkópos kifáradási törés megfigyelése, a próbatest törésének okainak elemzése, a vizsgálandó acél kifáradási tulajdonságainak szénmentesítési hatásának feltárása.
1. táblázat A vizsgált acél kémiai összetétele (tömeghányad) tömegszázalék
A fűtési hőmérséklet hatása a dekarbonizációra
A dekarbonizáció szerveződésének morfológiája különböző fűtési hőmérsékleteken az 1. ábrán látható. Amint az az ábrából is látható, amikor a hőmérséklet 675 ℃, a minta felületén nem jelenik meg dekarbonizációs réteg; amikor a hőmérséklet 700 ℃-ra emelkedik, a minta felületi szénmentesítő rétege elkezdett megjelenni a vékony ferrit dekarbonizáló réteg számára; a hőmérséklet 725 ℃-ra emelkedésével a minta felületi szénmentesítő réteg vastagsága jelentősen megnőtt; 750 ℃-on a szénmentesítő réteg vastagsága eléri a maximális értéket, ekkor a ferritszemcse tisztább, durvább; amikor a hőmérséklet 800 ℃-ra emelkedik, a szénmentesítő réteg vastagsága jelentősen csökkenni kezdett, vastagsága a 750 ℃ felére esett; amikor a hőmérséklet tovább emelkedik 850 ℃-ra, és a széntelenítés vastagsága az 1. ábrán látható. 800 ℃, a teljes dekarbonizáló réteg vastagsága jelentősen csökkenni kezdett, vastagsága 750 ℃-ra esett, amikor fele; amikor a hőmérséklet tovább emelkedik 850 ℃-ra és afelettire, a tesztacél teljes dekarbonizáló réteg vastagsága tovább csökken, a fele szénmentesítő réteg vastagsága fokozatosan növekedni kezdett, amíg a teljes dekarbonizációs réteg morfológiája eltűnt, a fele szénmentesítő réteg morfológiája fokozatosan kitisztult. Látható, hogy a teljesen dekarbonizált réteg vastagsága a hőmérséklet növekedésével először megnőtt, majd csökkent, ennek oka a minta melegítési folyamatban lévő egyidejű oxidációs és dekarbonizációs viselkedése, csak akkor, ha a dekarbonizáció sebessége gyorsabb, mint az oxidáció sebessége, dekarbonizációs jelenség jelenik meg. A melegítés kezdetén a teljesen szénmentesített réteg vastagsága a hőmérséklet emelkedésével fokozatosan növekszik, amíg a teljesen szénmentesített réteg vastagsága el nem éri a maximális értéket, ekkor a hőmérséklet további emeléséhez a minta oxidációs sebessége gyorsabb, mint a dekarbonizációs sebesség, ami gátolja a teljesen dekarbonizált réteg növekedését, ami csökkenő tendenciát eredményez. Látható, hogy a 675 ～950 ℃ tartományon belül a teljesen szénmentesített réteg vastagságának értéke 750 ℃-on a legnagyobb, és a teljesen széntelenített réteg vastagságának értéke 850 ℃-on a legkisebb, ezért a vizsgálandó acél hevítési hőmérséklete 850 ℃ ajánlott.
1. ábra Különböző fűtési hőmérsékleten 1 órán keresztül tartott tesztacél dekarbonizált rétegének hisztomorfológiája
A félig szénmentesített réteghez képest a teljesen dekarbonizált réteg vastagsága súlyosabb negatív hatással van az anyag tulajdonságaira, nagymértékben csökkenti az anyag mechanikai tulajdonságait, például csökkenti a szilárdságot, a keménységet, a kopásállóságot és a fáradási határt. stb., valamint növeli a repedésekre való érzékenységet, ami befolyásolja a hegesztés minőségét és így tovább. Ezért a teljesen szénmentesített réteg vastagságának szabályozása nagy jelentőséggel bír a termék teljesítményének javítása szempontjából. A 2. ábra a teljesen szénmentesített réteg vastagságának változási görbéjét mutatja a hőmérséklet függvényében, amely jobban szemlélteti a teljesen szénmentesített réteg vastagságának változását. Az ábrán látható, hogy a teljesen szénmentesített réteg vastagsága 700 ℃-on csak körülbelül 34 μm; a hőmérséklet 725 ℃-ra emelkedésével a teljesen szénmentesített réteg vastagsága jelentősen megnő, 86 μm-re, ami több mint kétszerese a 700 ℃-on teljesen széntelenített réteg vastagságának; ha a hőmérsékletet 750 ℃-ra emeljük, a teljesen széntelenített réteg vastagsága Ha a hőmérséklet 750 ℃-ra emelkedik, a teljesen szénmentesített réteg vastagsága eléri a 120 µm maximális értéket; ahogy a hőmérséklet tovább emelkedik, a teljesen szénmentesített réteg vastagsága élesen csökkenni kezd, 800 ℃-on 70 μm-re, majd 850 ℃-on a minimális értékre, körülbelül 20 μm-re.
2. ábra Teljesen szénmentesített réteg vastagsága különböző hőmérsékleteken
A dekarbonizáció hatása a kifáradási teljesítményre spin-hajlításban
A dekarbonizációnak a rugóacél kifáradási tulajdonságaira gyakorolt hatásának tanulmányozására két csoportba tartozó forgó hajlítási kifáradási tesztet végeztünk, az első csoportban a fáradtságvizsgálatot közvetlenül dekarbonizálás nélkül, a második csoportban pedig az azonos igénybevétel mellett végzett dekarbonizálást követő fáradtsági vizsgálatot. szinten (810 MPa), és a dekarbonizációs folyamatot 700-850 ℃-on tartottuk 1 órán keresztül. A próbatestek első csoportja a 2. táblázatban látható, amely a rugóacél kifáradási élettartama.
A próbatestek első csoportjának kifáradási élettartama a 2. táblázatban látható. Amint a 2. táblázatból látható, szénmentesítés nélkül a tesztacélt csak 107 ciklusnak vetették alá 810 MPa-on, és nem történt törés; amikor a feszültségszint meghaladta a 830 MPa-t, a próbatestek egy része töredezni kezdett; amikor a feszültségszint meghaladta a 850 MPa-t, a kifáradási próbatestek mindegyike eltört.
2. táblázat Fáradtsági élettartam különböző stresszszintek mellett (szénmentesítés nélkül)
A kifáradási határ meghatározásához a csoportos módszerrel határozzuk meg a próbaacél kifáradási határát, és az adatok statisztikai elemzése után a próbaacél kifáradási határa körülbelül 760 MPa; a vizsgálandó acél különböző feszültségek melletti kifáradási élettartamának jellemzésére az SN görbét ábrázoljuk, amint az a 3. ábrán látható. Amint a 3. ábrán látható, a különböző feszültségszintek különböző kifáradási élettartamnak felelnek meg, amikor a kifáradási élettartam 7 , ami a ciklusok számának felel meg 107-re, ami azt jelenti, hogy a próbatest ilyen körülmények között áthalad az állapoton, a megfelelő feszültségérték közelíthető kifáradási szilárdsági értékként, azaz 760 MPa. Látható, hogy az S - N görbe az anyag kifáradási élettartamának meghatározása szempontjából fontos referenciaértékkel bír.
3. ábra Kísérleti acél forgóhajlító kifáradási teszt SN görbéje
A próbatestek második csoportjának kifáradási élettartama a 3. táblázatban látható. Amint a 3. táblázatból látható, miután a vizsgált acélt különböző hőmérsékleteken széntelenítik, a ciklusok száma nyilvánvalóan csökken, és több mint 107, és minden a kifáradási minták eltörnek, és a kifáradási élettartam jelentősen lecsökken. A fenti dekarbonizált rétegvastagsággal kombinálva a hőmérséklet változási görbével látható, a 750 ℃-os széntelenített rétegvastagság a legnagyobb, ami a kifáradási élettartam legalacsonyabb értékének felel meg. 850 ℃ szénmentesített rétegvastagság a legkisebb, ami a kifáradási élettartamnak megfelelő viszonylag magas. Látható, hogy a dekarbonizációs viselkedés nagymértékben csökkenti az anyag kifáradási teljesítményét, és minél vastagabb a szénmentesített réteg, annál alacsonyabb a kifáradási élettartam.
3. táblázat Fáradási élettartam különböző széntelenítési hőmérsékleteken (560 MPa)
A próbadarab kifáradási törési morfológiáját pásztázó elektronmikroszkóppal figyeltük meg, amint az a 4. ábrán látható. A 4(a) ábra a repedésforrás területére, az ábrán látható kifáradási ív, a kifáradási ív szerint a forrás megtalálásához a kifáradás, a repedés forrása a "halszem" nem fémes zárványok, zárványok a könnyen előidézhető feszültségkoncentrációnál, ami kifáradási repedéseket eredményez; A 4(b) ábra a repedéskiterjedési terület morfológiájára, nyilvánvaló fáradási csíkok láthatók, folyószerű eloszlású, kvázi disszociatív töréshez tartozik, a repedések kitágulnak, végül töréshez vezetnek. A 4(b) ábra a repedéstágulási terület morfológiáját mutatja, nyilvánvaló fáradási csíkok láthatók, folyószerű eloszlás formájában, ami a kvázi disszociatív töréshez tartozik, valamint a repedések folyamatos tágulásával, ami végső soron töréshez vezet. .
Fáradt törés elemzése
4. ábra Kísérleti acél kifáradási törésfelületének SEM morfológiája
A 4. ábrán látható zárványok típusának meghatározásához energiaspektrum-összetétel elemzést végeztünk, az eredményeket az 5. ábra mutatja. Látható, hogy a nemfémes zárványok főként Al2O3 zárványok, ami azt jelzi, hogy a zárványok a zárványok repedései által okozott repedések fő forrásai.
5. ábra Nemfémes zárványok energiaspektroszkópiája
Következzék
(1) A fűtési hőmérséklet 850 ℃-ra történő pozícionálása minimálisra csökkenti a szénmentesített réteg vastagságát, hogy csökkentse a kifáradási teljesítményre gyakorolt hatást.
(2) A próbaacél forgóhajlításának fáradási határa 760 MPa.
(3) A vizsgálati acél repedés nem fémes zárványokban, főleg Al2O3 keverékben.
(4) a szénmentesítés jelentősen csökkenti a vizsgált acél kifáradási élettartamát, minél vastagabb a szénmentesítő réteg, annál alacsonyabb a kifáradási élettartam.
Feladás időpontja: 2024. június 21