Microscopul electronic cu scanare a fost folosit pentru a observa fractura de oboseală și pentru a analiza mecanismul de fractură; în același timp, s-a efectuat testul de oboseală la îndoire prin rotație pe specimenele decarburate la diferite temperaturi pentru a compara durata de viață la oboseală a oțelului de testare cu și fără decarburare și pentru a analiza efectul decarburării asupra performanței la oboseală a oțelului de testare. Rezultatele arată că, datorită existenței simultane a oxidării și decarburării în procesul de încălzire, interacțiunea dintre cele două, rezultând grosimea stratului complet decarburat odată cu creșterea temperaturii, prezintă o tendință de creștere și apoi de scădere, grosimea stratului complet decarburat atinge o valoare maximă de 120 μm la 750 ℃, iar grosimea stratului complet decarburat atinge o valoare minimă de 20 μm la 850 ℃, iar limita de oboseală a oțelului de testare este de aproximativ 760 MPa și sursa fisurilor de oboseală în oțelul de testare este în principal incluziuni nemetalice de Al2O3; Comportamentul de decarburare reduce foarte mult durata de viață la oboseală a oțelului de testare, afectând performanța la oboseală a oțelului de testare, cu cât stratul de decarburare este mai gros, cu atât durata de viață la oboseală este mai mică. Pentru a reduce impactul stratului de decarburare asupra performanței la oboseală a oțelului de testat, temperatura optimă de tratament termic a oțelului de testat trebuie setată la 850 ℃.
Uneltele sunt o componentă importantă a automobilului,datorita functionarii la viteza mare, partea de angrenare a suprafetei angrenajului trebuie sa aiba o rezistenta mare si rezistenta la abraziune, iar radacina dintelui trebuie sa aiba performante bune la oboseala la incovoiere datorita sarcinii constante repetate, pentru a evita fisurile care conduc la material fractură. Cercetările arată că decarburarea este un factor important care afectează performanța la oboseală la îndoire prin rotație a materialelor metalice, iar performanța la oboseală prin îndoire prin rotație este un indicator important al calității produsului, așa că este necesar să se studieze comportamentul de decarburare și performanța la oboseală la îndoire prin spin a materialului de testat.
În această lucrare, cuptorul de tratament termic pe testul de decarburare a suprafeței de oțel cu angrenaj 20CrMnTi, analizează diferite temperaturi de încălzire pe adâncimea stratului de decarburare a oțelului de testare a legii în schimbare; folosind mașina de testare a oboselii cu fascicul simplu QBWP-6000J pe testul de oboseală a oțelului de testare la îndoire rotativă, determinarea performanței la oboseală a oțelului de testare și, în același timp, pentru a analiza impactul decarburării asupra performanței la oboseală a oțelului de testare pentru a îmbunătăți producția reală procesul de producție, sporesc calitatea produselor și oferă o referință rezonabilă. Performanța la oboseală din oțel de testare este determinată de mașina de testare la oboseală la îndoire prin rotație.
1. Materiale și metode de testare
Material de testare pentru o unitate pentru a furniza oțel angrenaj 20CrMnTi, compoziția chimică principală, așa cum se arată în tabelul 1. Test de decarburare: materialul de testat este procesat în eșantion cilindric de Ф8 mm × 12 mm, suprafața trebuie să fie strălucitoare, fără pete. Cuptorul de tratare termică a fost încălzit la 675 ℃, 700 ℃, 725 ℃, 750 ℃, 800 ℃, 850 ℃, 900 ℃, 950 ℃, 1.000 ℃, ținând apoi la temperatura camerei, apoi s-a dus la 1 temperatură a camerei și apoi să se mențină aerul în cameră. După tratarea termică a eșantionului prin setare, șlefuire și lustruire, cu 4% din soluția de acid azotic cu eroziune de alcool, utilizarea microscopiei metalurgice pentru a observa stratul de decarburare a oțelului de testare, măsurând adâncimea stratului de decarburare la diferite temperaturi. Test de oboseală la îndoire prin rotire: materialul de testare în conformitate cu cerințele de prelucrare a două grupuri de eșantioane de oboseală la îndoire prin rotație, primul grup nu efectuează testul de decarburare, al doilea grup de test de decarburare la temperaturi diferite. Folosind mașina de testare a oboselii la îndoire, cele două grupuri de oțel de testare pentru testarea la oboseală la îndoire, determinarea limitei de oboseală a celor două grupuri de oțel de testare, compararea duratei de viață la oboseală a celor două grupuri de oțel de testare, utilizarea scanării Observarea fracturii la oboseală cu microscopul electronic, analizați motivele fracturii eșantionului, pentru a explora efectul decarburării proprietăților la oboseală ale oțelului de testare.
Tabelul 1 Compoziția chimică (fracția de masă) a oțelului de testat % în greutate
Efectul temperaturii de încălzire asupra decarburării
Morfologia organizării decarburării la diferite temperaturi de încălzire este prezentată în Fig. 1. După cum se poate vedea din figură, atunci când temperatura este de 675 ℃, suprafața probei nu apare strat de decarburare; când temperatura crește la 700 ℃, a început să apară stratul de decarburare a suprafeței probei, pentru stratul subțire de decarburare cu ferită; odată cu creșterea temperaturii la 725 ℃, grosimea stratului de decarburare a suprafeței probei a crescut semnificativ; Grosimea stratului de decarburare de 750 ℃ atinge valoarea maximă, în acest moment, granul de ferită este mai clar, grosier; când temperatura crește la 800 ℃, grosimea stratului de decarburare a început să scadă semnificativ, grosimea sa a scăzut la jumătate din 750 ℃; când temperatura continuă să crească la 850 ℃ și grosimea decarburării este prezentată în Fig. 1. 800 ℃, grosimea stratului de decarburare completă a început să scadă semnificativ, grosimea sa a scăzut la 750 ℃ la jumătate; Când temperatura continuă să crească la 850 ℃ și mai sus, grosimea stratului de decarburare completă din oțel de testat continuă să scadă, jumătate din grosimea stratului de decarburare a început să crească treptat până când morfologia stratului de decarburare completă a dispărut, iar morfologia stratului de decarburare a jumătate este clară treptat. Se poate observa că grosimea stratului complet decarburat odată cu creșterea temperaturii a fost mai întâi mărită și apoi redusă, motivul acestui fenomen se datorează probei în procesul de încălzire în același timp comportamentului de oxidare și decarburare, numai atunci când rata de decarburizare este mai mare decât viteza de oxidare va apărea fenomen de decarburizare. La începutul încălzirii, grosimea stratului complet decarburat crește treptat odată cu creșterea temperaturii până când grosimea stratului complet decarburat atinge valoarea maximă, în acest moment pentru a continua să ridice temperatura, rata de oxidare a probei este mai rapidă decât rata de decarburare, care inhibă creșterea stratului complet decarburat, rezultând o tendință descendentă. Se poate observa că, în intervalul 675 ～950 ℃, valoarea grosimii stratului complet decarburat la 750 ℃ este cea mai mare, iar valoarea grosimii stratului complet decarburat la 850 ℃ este cea mai mică, prin urmare, temperatura de încălzire a oțelului de testat se recomandă să fie de 850 ℃.
Fig.1 Histomorfologia stratului decarburat de oțel de testare menținut la diferite temperaturi de încălzire timp de 1 oră
În comparație cu stratul semi-decarburat, grosimea stratului complet decarburat are un impact negativ mai grav asupra proprietăților materialului, va reduce foarte mult proprietățile mecanice ale materialului, cum ar fi reducerea rezistenței, durității, rezistenței la uzură și a limitei de oboseală. , etc. și, de asemenea, crește sensibilitatea la fisuri, afectând calitatea sudurii și așa mai departe. Prin urmare, controlul grosimii stratului complet decarburat este de mare importanță pentru a îmbunătăți performanța produsului. Figura 2 prezintă curba de variație a grosimii stratului complet decarburat cu temperatura, care arată mai clar variația grosimii stratului complet decarburat. Se poate observa din figură că grosimea stratului complet decarburat este de numai aproximativ 34μm la 700℃; odată cu creșterea temperaturii la 725 ℃, grosimea stratului complet decarburat crește semnificativ la 86 μm, care este mai mult de două ori mai mare decât grosimea stratului complet decarburat la 700 ℃; când temperatura este ridicată la 750 ℃, grosimea stratului complet decarburat Când temperatura crește la 750 ℃, grosimea stratului complet decarburat atinge valoarea maximă de 120 μm; pe măsură ce temperatura continuă să crească, grosimea stratului complet decarburat începe să scadă brusc, la 70 μm la 800 ℃, apoi la valoarea minimă de aproximativ 20 μm la 850 ℃.
Fig.2 Grosimea stratului complet decarburat la diferite temperaturi
Efectul decarburării asupra performanței la oboseală la îndoire prin spin
Pentru a studia efectul decarburării asupra proprietăților la oboseală ale oțelului pentru arc, au fost efectuate două grupuri de teste de oboseală la îndoire prin spin, primul grup a fost testarea la oboseală direct fără decarburare, iar al doilea grup a fost testarea la oboseală după decarburare la aceeași solicitare. (810 MPa), iar procesul de decarburare a fost ținut la 700-850 ℃ timp de 1 oră. Primul grup de specimene este prezentat în Tabelul 2, care este durata de viață la oboseală a oțelului pentru arc.
Durata de viață la oboseală a primului grup de eșantioane este prezentată în Tabelul 2. După cum se poate observa din Tabelul 2, fără decarburare, oțelul de testat a fost supus doar la 107 cicluri la 810 MPa și nu a avut loc nicio fractură; când nivelul de stres a depășit 830 MPa, unele dintre specimene au început să se fractureze; când nivelul de stres a depășit 850 MPa, probele de oboseală au fost toate fracturate.
Tabelul 2 Durata de viață la oboseală sub diferite niveluri de stres (fără decarburare)
Pentru a determina limita de oboseală, se utilizează metoda grupului pentru a determina limita de oboseală a oțelului de testare, iar după analiza statistică a datelor, limita de oboseală a oțelului de testare este de aproximativ 760 MPa; pentru a caracteriza durata de viață la oboseală a oțelului de testat sub diferite solicitări, este trasată curba SN, așa cum se arată în Figura 3. După cum se poate observa din Figura 3, diferite niveluri de solicitare corespund duratei diferite de oboseală, când durata de viață la oboseală de 7 , corespunzător numărului de cicluri pentru 107, ceea ce înseamnă că proba în aceste condiții este prin stare, valoarea tensiunii corespunzătoare poate fi aproximată ca valoarea rezistenței la oboseală, adică 760 MPa. Se poate observa că curba S - N este importantă pentru determinarea duratei de viață la oboseală a materialului are o valoare de referință importantă.
Figura 3 Curba SN a testului experimental de oboseală la încovoiere rotativă a oțelului
Durata de viață la oboseală a celui de-al doilea grup de eșantioane este prezentată în Tabelul 3. După cum se poate observa din Tabelul 3, după ce oțelul de testat este decarburat la diferite temperaturi, numărul de cicluri este în mod evident redus și acestea sunt mai mari de 107 și toate specimenele de oboseală sunt fracturate, iar durata de viață la oboseală este mult redusă. În combinație cu grosimea stratului decarburat de mai sus, cu curba de schimbare a temperaturii poate fi văzută, grosimea stratului decarburat de 750 ℃ este cea mai mare, corespunzătoare celei mai mici valori a duratei de viață la oboseală. 850 ℃ grosimea stratului decarburat este cea mai mică, corespunzătoare valorii de viață la oboseală este relativ mare. Se poate observa că comportamentul de decarburare reduce foarte mult performanța la oboseală a materialului, iar cu cât stratul decarburat este mai gros, cu atât durata de viață la oboseală este mai mică.
Tabel 3 Durata de viață la oboseală la diferite temperaturi de decarburare (560 MPa)
Morfologia ruperii la oboseală a specimenului a fost observată prin microscopul electronic de scanare, așa cum se arată în Fig. 4. Figura 4(a) pentru zona sursei fisurii, figura poate fi văzută arcul de oboseală evident, în funcție de arcul de oboseală pentru a găsi sursa de oboseală, poate fi văzut, sursa de fisuri pentru "ochi de pește" incluziuni nemetalice, incluziuni la ușor de provocat concentrarea de stres, rezultând fisuri de oboseală; Fig. 4(b) pentru morfologia zonei de extindere a fisurilor, pot fi observate dungi evidente de oboseală, a avut o distribuție asemănătoare râului, aparține unei fracturi cvasi-disociative, cu crăpăturile care se extind, ducând în cele din urmă la fractură. Figura 4(b) prezintă morfologia zonei de expansiune a fisurilor, pot fi observate dungi evidente de oboseală, sub formă de distribuție asemănătoare unui râu, care aparține fracturii cvasi-disociative și cu dilatarea continuă a fisurilor, ducând în cele din urmă la rupere. .
Analiza fracturilor de oboseală
Fig.4 Morfologia SEM a suprafeței de rupere la oboseală a oțelului experimental
Pentru a determina tipul de incluziuni din Fig. 4, a fost efectuată analiza compoziției spectrului de energie, iar rezultatele sunt prezentate în Fig. 5. Se poate observa că incluziunile nemetalice sunt în principal incluziuni Al2O3, indicând faptul că incluziunile sunt principala sursă de fisuri cauzate de fisurarea incluziunilor.
Figura 5 Spectroscopie energetică a incluziunilor nemetalice
Încheia
(1) Poziționarea temperaturii de încălzire la 850 ℃ va reduce la minimum grosimea stratului decarburat pentru a reduce efectul asupra performanței la oboseală.
(2) Limita de oboseală a testului de îndoire prin rotație a oțelului este de 760 MPa.
(3) Testul de fisurare a oțelului în incluziuni nemetalice, în principal amestec de Al2O3.
(4) decarburarea reduce serios durata de viață la oboseală a oțelului de testare, cu cât stratul de decarburare este mai gros, cu atât durata de viață la oboseală este mai mică.
Ora postării: 21-jun-2024