Scanning elektronmikroskop blev brugt til at observere træthedsbruddet og analysere brudmekanismen; samtidig blev der udført spinbøjningstræthedstest på de afkullede prøver ved forskellige temperaturer for at sammenligne teststålets udmattelseslevetid med og uden afkulning og for at analysere effekten af afkulning på teststålets udmattelsesevne. Resultaterne viser, at på grund af den samtidige eksistens af oxidation og afkulning i opvarmningsprocessen, viser interaktionen mellem de to, hvilket resulterer i tykkelsen af det fuldt afkullede lag med væksten af temperaturen, en tendens til stigende og derefter faldende, tykkelsen af det fuldt afkullede lag når en maksimal værdi på 120 μm ved 750 ℃, og tykkelsen af det fuldt afkullede lag når en minimumsværdi på 20 μm ved 850 ℃, og udmattelsesgrænsen for teststålet er omkring 760 MPa, og kilden til udmattelsesrevner i teststålet er hovedsageligt Al2O3 ikke-metalliske indeslutninger; afkulningsadfærd reducerer i høj grad teststålets udmattelseslevetid, hvilket påvirker udmattelsesydelsen af teststålet, jo tykkere afkulningslaget er, jo lavere udmattelseslevetid. For at reducere virkningen af afkulningslaget på udmattelsesydelsen af teststålet, bør den optimale varmebehandlingstemperatur for teststålet indstilles til 850 ℃.
Gear er en vigtig komponent i bilerPå grund af driften ved høj hastighed skal den indgribende del af gearoverfladen have høj styrke og slidstyrke, og tandroden skal have en god bøjningstræthedsydelse på grund af den konstante gentagne belastning for at undgå revner, der fører til materiale brud. Forskning viser, at afkulning er en vigtig faktor, der påvirker spinbøjningstræthedsydelsen af metalmaterialer, og spinbøjningstræthedsydelse er en vigtig indikator for produktkvalitet, så det er nødvendigt at studere afkulningsadfærden og spinbøjningstræthedsydelsen af testmaterialet.
I dette papir, varmebehandling ovn på 20CrMnTi gear stål overflade decarburization test, analysere forskellige opvarmningstemperaturer på testen stål decarburization lag dybde af den skiftende lov; ved hjælp af QBWP-6000J simpel stråletræthedstestmaskine på teststål roterende bøjningstræthedstest, bestemmelse af testståltræthedsydelse og samtidig analysere virkningen af afkulning på udmattelsesydelsen af teststålet for at forbedre den faktiske produktion produktionsprocessen, forbedre kvaliteten af produkter og give en rimelig reference. Testståltræthedsydelsen bestemmes af spinbøjningstræthedstestmaskinen.
1. Test materialer og metoder
Testmateriale til en enhed for at give 20CrMnTi gearstål, den vigtigste kemiske sammensætning som vist i tabel 1. Afkulningstest: testmaterialet behandles til Ф8 mm × 12 mm cylindrisk prøve, overfladen skal være lys uden pletter. Varmebehandlingsovne blev opvarmet til 675 ℃, 700 ℃, 725 ℃, 750 ℃, 800 ℃, 850 ℃, 900 ℃, 950 ℃, 1.000 ℃, og derefter holdes - 1 time, luft til 1 time. Efter varmebehandling af prøven ved indstilling, slibning og polering, med 4% af salpetersyrealkoholopløsningens erosion, brug af metallurgisk mikroskopi til at observere teststålafkulningslaget, måling af dybden af afkulningslaget ved forskellige temperaturer. Spin bøjning træthedstest: testmaterialet i henhold til kravene til behandlingen af to grupper af spin bøjningstræthedsprøver, den første gruppe udfører ikke afkulningstest, den anden gruppe af afkulningstest ved forskellige temperaturer. Brug af spinbøjningstræthedstestmaskinen, de to grupper af teststål til spinbøjningstræthedstestning, bestemmelse af udmattelsesgrænsen for de to grupper af teststål, sammenligning af udmattelseslevetiden for de to grupper af teststål, brug af scanning elektronmikroskop træthedsbrud observation, analysere årsagerne til brud på prøven, for at udforske effekten af afkulning af træthedsegenskaberne af teststålet.
Tabel 1 Kemisk sammensætning (massefraktion) af teststål vægt%
Effekt af opvarmningstemperatur på afkulning
Morfologien af afkarboniseringsorganisation under forskellige opvarmningstemperaturer er vist i fig. 1. Som det kan ses af figuren, når temperaturen er 675 ℃, fremstår prøveoverfladen ikke afkulningslag; når temperaturen stiger til 700 ℃, begyndte prøveoverfladeafkulningslaget at dukke op for det tynde ferritafkulningslag; med temperaturen stiger til 725 ℃, tykkelsen af prøveoverfladeafkulningslaget steg betydeligt; 750 ℃ afkulningslagtykkelse når sin maksimale værdi, på dette tidspunkt er ferritkornet mere klart, groft; når temperaturen stiger til 800 ℃, begyndte afkulningslagets tykkelse at falde betydeligt, dets tykkelse faldt til halvdelen af 750 ℃; når temperaturen fortsætter med at stige til 850 ℃, og tykkelsen af afkulning er vist i fig. 1. 800 ℃, den fulde afkulningslags tykkelse begyndte at falde betydeligt, dens tykkelse faldt til 750 ℃, når halvdelen; når temperaturen fortsætter med at stige til 850 ℃ og derover, fortsætter teststålets fulde decarburization lagtykkelse med at falde, halvdelen af decarburization lagtykkelsen begyndte gradvist at stige, indtil den fulde decarburization lag morfologi alle forsvandt, halv decarburization lag morfologi gradvist klar. Det kan ses, at tykkelsen af det fuldt afkullede lag med stigningen i temperatur først blev øget og derefter reduceret, årsagen til dette fænomen skyldes prøven i opvarmningsprocessen på samme tid oxidations- og afkulningsadfærd, kun når decarburization hastigheden er hurtigere end hastigheden af oxidation vil vises afcarburization fænomen. Ved begyndelsen af opvarmningen stiger tykkelsen af det fuldt afkullede lag gradvist med stigningen i temperaturen, indtil tykkelsen af det fuldt afkullede lag når den maksimale værdi, på dette tidspunkt for at fortsætte med at hæve temperaturen, er prøvens oxidationshastighed hurtigere end afkulningshastigheden, som hæmmer stigningen af det fuldt afkullede lag, hvilket resulterer i en nedadgående tendens. Det kan ses, at inden for området 675 ～950 ℃ er værdien af tykkelsen af det fuldt afkullede lag ved 750 ℃ den største, og værdien af tykkelsen af det fuldt afkullede lag ved 850 ℃ er den mindste, derfor anbefales opvarmningstemperaturen for teststålet at være 850 ℃.
Fig.1 Histomorfologi af afkullede lag af teststål holdt ved forskellige opvarmningstemperaturer i 1 time
Sammenlignet med det semi-afkullede lag har tykkelsen af det fuldt afkullede lag en mere alvorlig negativ indvirkning på materialeegenskaberne, det vil i høj grad reducere materialets mekaniske egenskaber, såsom at reducere styrke, hårdhed, slidstyrke og træthedsgrænse , osv., og øger også følsomheden over for revner, påvirker kvaliteten af svejsning og så videre. Derfor er styring af tykkelsen af det fuldt afkullede lag af stor betydning for at forbedre produktets ydeevne. Figur 2 viser variationskurven for tykkelsen af det fuldt afkullede lag med temperatur, som viser variationen af tykkelsen af det fuldt afkullede lag mere tydeligt. Det kan ses af figuren, at tykkelsen af det fuldt afkullede lag kun er omkring 34μm ved 700 ℃; når temperaturen stiger til 725 ℃, stiger tykkelsen af det fuldt afkullede lag betydeligt til 86 μm, hvilket er mere end to gange af tykkelsen af det fuldt afkullede lag ved 700 ℃; når temperaturen hæves til 750 ℃, tykkelsen af det fuldt afkullede lag Når temperaturen stiger til 750 ℃, når tykkelsen af det fuldt afkullede lag den maksimale værdi på 120 μm; efterhånden som temperaturen fortsætter med at stige, begynder tykkelsen af det fuldt afkullede lag at falde kraftigt, til 70 μm ved 800 ℃, og derefter til minimumsværdien på omkring 20 μm ved 850 ℃.
Fig.2 Tykkelsen af det fuldt afkullede lag ved forskellige temperaturer
Effekt af afkulning på træthedsydelse ved spinbøjning
For at studere effekten af afkulning på fjederståls udmattelsesegenskaber blev der udført to grupper af spinbøjningsudmattelsestest, den første gruppe var udmattelsestest direkte uden afkulning, og den anden gruppe var udmattelsestest efter afkulning ved samme belastning niveau (810 MPa), og afkulningsprocessen blev holdt ved 700-850 ℃ i 1 time. Den første gruppe af prøver er vist i tabel 2, som er fjederstålets udmattelseslevetid.
Træthedslevetiden for den første gruppe af prøver er vist i tabel 2. Som det kan ses af tabel 2, uden afkulning, blev teststålet kun udsat for 107 cyklusser ved 810 MPa, og der opstod ingen brud; når stressniveauet oversteg 830 MPa, begyndte nogle af prøverne at knække; når stressniveauet oversteg 850 MPa, var alle træthedsprøverne brækket.
Tabel 2 Træthedsliv under forskellige stressniveauer (uden afkulning)
For at bestemme udmattelsesgrænsen bruges gruppemetoden til at bestemme udmattelsesgrænsen for teststålet, og efter statistisk analyse af dataene er udmattelsesgrænsen for teststålet omkring 760 MPa; for at karakterisere teststålets udmattelseslevetid under forskellige spændinger er SN-kurven afbildet som vist i figur 3. Som det ses af figur 3 svarer forskellige spændingsniveauer til forskellig udmattelseslevetid, når udmattelseslevetiden på 7 , svarende til antallet af cyklusser for 107, hvilket betyder, at prøven under disse forhold er gennem tilstanden, kan den tilsvarende spændingsværdi tilnærmes som udmattelsesstyrkeværdien, det vil sige 760 MPa. Det kan ses, at S - N-kurven er vigtig for bestemmelsen af materialets udmattelseslevetid har en vigtig referenceværdi.
Figur 3 SN-kurve af eksperimentel stålrotationsbøjningstræthedstest
Træthedslevetiden for den anden gruppe prøver er vist i tabel 3. Som det kan ses af tabel 3, efter at teststålet er afkullet ved forskellige temperaturer, er antallet af cyklusser naturligvis reduceret, og de er mere end 107, og alle træthedsprøverne er brækket, og træthedslevetiden er stærkt reduceret. Kombineret med ovenstående afkullede lagtykkelse med temperaturændringskurven kan ses, er 750 ℃ afkullet lagtykkelse den største, svarende til den laveste værdi af udmattelseslevetid. 850 ℃ decarburized lagtykkelse er den mindste, svarende til træthedslevetid værdien er relativt høj. Det kan ses, at afkulningsadfærden i høj grad reducerer materialets udmattelsesevne, og jo tykkere det afkullede lag, jo lavere er udmattelseslevetiden.
Tabel 3 Træthedslevetid ved forskellige afkulningstemperaturer (560 MPa)
Træthedsbrudmorfologien af prøven blev observeret ved hjælp af scanningelektronmikroskop, som vist i fig. 4. Figur 4(a) for revnekildeområdet kan figuren ses tydelig træthedsbue ifølge træthedsbuen for at finde kilden af træthed, kan ses, revnekilden for "fiskeøje" ikke-metalliske indeslutninger, indeslutninger ved let at forårsage stresskoncentration, hvilket resulterer i træthedsrevner; Fig. 4(b) for revneudvidelsesområdets morfologi, kan ses tydelige træthedsstriber, var flodlignende fordeling, tilhører kvasi-dissociativ fraktur, med revner, der udvider sig, hvilket i sidste ende fører til fraktur. Figur 4(b) viser morfologien af revneudvidelsesområdet, tydelige træthedsstriber kan ses, i form af flodlignende fordeling, som hører til kvasi-dissociativ brud, og med den kontinuerlige udvidelse af revnerne, der i sidste ende fører til brud .
Analyse af træthedsbrud
Fig. 4 SEM-morfologi af træthedsbrudoverflade af eksperimentelt stål
For at bestemme typen af indeslutninger i fig. 4 blev der udført energispektrumsammensætningsanalyse, og resultaterne er vist i fig. 5. Det kan ses, at de ikke-metalliske indeslutninger hovedsageligt er Al2O3 indeslutninger, hvilket indikerer, at indeslutningerne er hovedkilden til revner forårsaget af indeslutninger, der revner.
Figur 5 Energispektroskopi af ikke-metalliske indeslutninger
Afslut
(1) Placering af opvarmningstemperaturen ved 850 ℃ vil minimere tykkelsen af det afkullede lag for at reducere virkningen på træthedsydelsen.
(2) Træthedsgrænsen for teststål-spindbøjningen er 760 MPa.
(3) Teststål revner i ikke-metalliske indeslutninger, hovedsageligt Al2O3 blanding.
(4) afkulning reducerer teststålets udmattelseslevetid alvorligt, jo tykkere afkulningslaget er, jo lavere er udmattelseslevetiden.
Indlægstid: 21-jun-2024