Skanneelektronmikroskop ble brukt til å observere tretthetsbruddet og analysere bruddmekanismen; samtidig ble det utført spinn-bøyutmattelsestest på de avkarbonerte prøvene ved forskjellige temperaturer for å sammenligne utmattingslevetiden til teststålet med og uten avkarbonisering, og for å analysere effekten av avkarbonisering på utmattingsytelsen til teststålet. Resultatene viser at på grunn av den samtidige eksistensen av oksidasjon og avkarbonisering i oppvarmingsprosessen, viser interaksjonen mellom de to, noe som resulterer i at tykkelsen på det fullstendig avkarbonerte laget med veksten av temperaturen viser en trend med økende og deretter avtagende, tykkelsen på det fullstendig avkarbonerte laget når en maksimal verdi på 120 μm ved 750 ℃, og tykkelsen på det fullstendig avkullede laget når en minimumsverdi på 20 μm ved 850 ℃, og utmattelsesgrensen for teststålet er omtrent 760 MPa, og kilden til utmattelsessprekker i teststålet er hovedsakelig Al2O3 ikke-metalliske inneslutninger; avkarboniseringsadferd reduserer utmattelseslevetiden til teststålet betydelig, noe som påvirker utmattingsytelsen til teststålet, jo tykkere avkullingslaget er, jo lavere utmattingslevetid. For å redusere innvirkningen av avkarboniseringslaget på utmattelsesytelsen til teststålet, bør den optimale varmebehandlingstemperaturen til teststålet settes til 850 ℃.
Gear er en viktig komponent i bil,på grunn av operasjonen ved høy hastighet, må den inngripende delen av giroverflaten ha høy styrke og slitestyrke, og tannroten må ha god bøyeutmattingsytelse på grunn av konstant gjentatt belastning, for å unngå sprekker som fører til materiale brudd. Forskning viser at avkarbonisering er en viktig faktor som påvirker utmattelsesytelsen for spinnbøyning av metallmaterialer, og ytelsen til spinnbøyingsutmatting er en viktig indikator på produktkvalitet, så det er nødvendig å studere avkullingsoppførselen og utmattelsesytelsen for spinnbøying av testmaterialet.
I dette papiret, varmebehandling ovnen på 20CrMnTi gir stål overflate decarburization test, analysere forskjellige oppvarming temperaturer på testen stål decarburization lag dybden av den skiftende loven; ved å bruke QBWP-6000J enkel bjelkeutmattelsestestmaskin på teststålets roterende bøyningsutmattelsestest, bestemmelse av testståletretthetsytelse, og samtidig analysere virkningen av avkarbonisering på utmattelsesytelsen til teststålet for å forbedre den faktiske produksjonen produksjonsprosessen, forbedre kvaliteten på produktene og gi en rimelig referanse. Teststålutmattelsesytelsen bestemmes av spinnbøyningsutmattelsestestmaskinen.
1. Test materialer og metoder
Testmateriale for en enhet for å gi 20CrMnTi girstål, den viktigste kjemiske sammensetningen som vist i tabell 1. Avkullingstest: testmaterialet behandles til Ф8 mm × 12 mm sylindrisk prøve, overflaten skal være blank uten flekker. Varmebehandlingsovnen ble oppvarmet til 675 ℃, 700 ℃, 725 ℃, 750 ℃, 800 ℃, 850 ℃, 900 ℃, 950 ℃, 1000 ℃, og hold deretter luft til 1 time, inn i romtemperaturen. Etter varmebehandling av prøven ved setting, sliping og polering, med 4% av erosjon av salpetersyrealkoholløsningen, bruk av metallurgisk mikroskopi for å observere teststålavkolningslaget, måling av dybden av avkolningslaget ved forskjellige temperaturer. Spinn bøying tretthetstest: testmaterialet i henhold til kravene til behandlingen av to grupper av spinn bøying tretthetsprøver, den første gruppen utfører ikke avkullingstest, den andre gruppen av avkarboniseringstest ved forskjellige temperaturer. Ved å bruke spinnbøyningsutmattelsestestmaskinen, de to gruppene av teststål for spinnbøyutmattelsestesting, bestemmelse av utmattelsesgrensen for de to gruppene teststål, sammenligning av utmattelseslevetiden til de to gruppene teststål, bruk av skanning elektronmikroskop tretthetsbrudd observasjon, analyser årsakene til bruddet på prøven, for å utforske effekten av avkarbonisering av tretthetsegenskapene til teststålet.
Tabell 1 Kjemisk sammensetning (massefraksjon) av teststål vekt%
Effekt av oppvarmingstemperatur på avkarbonisering
Morfologien til avkarboniseringsorganisasjonen under forskjellige oppvarmingstemperaturer er vist i fig. 1. Som det kan sees fra figuren, når temperaturen er 675 ℃, ser ikke prøveoverflaten ut avkullingslaget; når temperaturen stiger til 700 ℃, begynte prøveoverflateavkolningslaget å dukke opp, for det tynne ferrittavkolningslaget; når temperaturen stiger til 725 ℃, økte tykkelsen på prøveoverflatens avkarboniseringslag betydelig; 750 ℃ avkarboniseringslagtykkelse når sin maksimale verdi, på dette tidspunktet er ferrittkornet mer klart, grovt; når temperaturen stiger til 800 ℃, begynte avkarboniseringslagets tykkelse å avta betydelig, tykkelsen falt til halvparten av 750 ℃; når temperaturen fortsetter å stige til 850 ℃ og tykkelsen på avkarboniseringen er vist i fig. 1. 800 ℃, begynte den fulle tykkelsen av avkarboniseringslaget å avta betydelig, tykkelsen falt til 750 ℃ når halvparten; når temperaturen fortsetter å stige til 850 ℃ og over, fortsetter teststålets fulle dekarboniseringslagtykkelse å redusere, halve dekarburiseringslagets tykkelse begynte å øke gradvis inntil hele dekarboniseringslagets morfologi forsvant, halve avkolningslagets morfologi gradvis klar. Det kan sees at tykkelsen på det fullstendig avkarbonerte laget med økningen i temperatur først ble økt og deretter redusert, årsaken til dette fenomenet skyldes prøven i oppvarmingsprosessen samtidig oksidasjons- og avkullingsoppførselen, bare når avkarboniseringshastigheten er raskere enn oksidasjonshastigheten vil vises avkullingsfenomen. Ved begynnelsen av oppvarmingen øker tykkelsen på det fullstendig avkarbonerte laget gradvis med økningen i temperatur til tykkelsen på det fullstendig avkarbonerte laget når maksimumsverdien, på dette tidspunktet for å fortsette å øke temperaturen, er prøveoksidasjonshastigheten raskere enn avkarboniseringshastigheten, som hemmer økningen av det fullstendig avkarbonerte laget, noe som resulterer i en nedadgående trend. Det kan sees at innenfor området 675 ~ 950 ℃, er verdien av tykkelsen på det fullstendig avkarbonerte laget ved 750 ℃ størst, og verdien av tykkelsen på det fullstendig avkullede laget ved 850 ℃ er den minste, derfor anbefales oppvarmingstemperaturen til teststålet å være 850 ℃.
Fig.1 Histomorfologi av avkarbonert lag av teststål holdt ved forskjellige oppvarmingstemperaturer i 1 time
Sammenlignet med det halvavkullede laget har tykkelsen på det fullstendig avkarbonerte laget en mer alvorlig negativ innvirkning på materialegenskapene, det vil i stor grad redusere materialets mekaniske egenskaper, for eksempel å redusere styrke, hardhet, slitestyrke og tretthetsgrense. , etc., og øker også følsomheten for sprekker, påvirker kvaliteten på sveising og så videre. Derfor er det av stor betydning å kontrollere tykkelsen på det fullstendig avkarbonerte laget for å forbedre produktets ytelse. Figur 2 viser variasjonskurven for tykkelsen av det fullstendig avkullede laget med temperatur, som viser variasjonen av tykkelsen til det fullstendig avkullede laget tydeligere. Det kan sees fra figuren at tykkelsen på det fullstendig avkarbonerte laget bare er omtrent 34μm ved 700 ℃; når temperaturen stiger til 725 ℃, øker tykkelsen på det fullstendig avkarbonerte laget betydelig til 86 μm, som er mer enn to ganger tykkelsen på det fullstendig avkullede laget ved 700 ℃; når temperaturen heves til 750 ℃, tykkelsen på det fullstendig avkarbonerte laget Når temperaturen stiger til 750 ℃, når tykkelsen på det fullstendig avkarbonerte laget maksimalverdien på 120 μm; ettersom temperaturen fortsetter å stige, begynner tykkelsen på det fullstendig avkarboniserte laget å avta kraftig, til 70 μm ved 800 ℃, og deretter til minimumsverdien på omtrent 20 μm ved 850 ℃.
Fig.2 Tykkelse av helt avkarbonert lag ved forskjellige temperaturer
Effekt av avkarbonisering på tretthetsytelse ved spinnbøying
For å studere effekten av avkarbonisering på utmattingsegenskapene til fjærstål, ble det utført to grupper av spinnbøyningsutmattingstester, den første gruppen var utmattelsestesting direkte uten avkarbonisering, og den andre gruppen var utmattelsestesting etter avkarbonisering ved samme spenning nivå (810 MPa), og avkarboniseringsprosessen ble holdt ved 700-850 ℃ i 1 time. Den første gruppen av prøver er vist i tabell 2, som er utmattingstiden til fjærstålet.
Utmattelseslevetiden til den første gruppen av prøver er vist i tabell 2. Som det fremgår av tabell 2, uten avkarbonisering, ble teststålet bare utsatt for 107 sykluser ved 810 MPa, og det oppsto ingen brudd; når spenningsnivået oversteg 830 MPa, begynte noen av prøvene å sprekke; når spenningsnivået oversteg 850 MPa, var alle utmattelsesprøvene knekt.
Tabell 2 Tretthetsliv under ulike stressnivåer (uten avkarbonisering)
For å bestemme utmattelsesgrensen brukes gruppemetoden for å bestemme utmattelsesgrensen for teststålet, og etter statistisk analyse av dataene er utmattelsesgrensen for teststålet omtrent 760 MPa; for å karakterisere utmattingstiden til teststålet under ulike spenninger, er SN-kurven plottet, som vist i figur 3. Som det fremgår av figur 3, tilsvarer ulike spenningsnivåer ulik utmattingslevetid, når utmattingstiden på 7 , tilsvarende antall sykluser for 107, som betyr at prøven under disse forholdene er gjennom tilstanden, kan den tilsvarende spenningsverdien tilnærmes som utmattelsesstyrkeverdien, det vil si 760 MPa. Det kan ses at S - N-kurven er viktig for å bestemme utmattingstiden til materialet har en viktig referanseverdi.
Figur 3 SN-kurve for eksperimentell roterende bøyningsutmattelsestest av stål
Utmattelseslevetiden til den andre gruppen av prøver er vist i tabell 3. Som det fremgår av tabell 3, etter at teststålet er avkarbonert ved forskjellige temperaturer, er antallet sykluser åpenbart redusert, og de er mer enn 107, og alle utmattelsesprøvene er brukket, og utmattelseslevetiden reduseres kraftig. Kombinert med ovennevnte avkullede lagtykkelse med temperaturendringskurven kan sees, er 750 ℃ avkullet lagtykkelse den største, tilsvarende den laveste verdien av utmattelseslevetid. 850 ℃ avkarbonert lagtykkelse er den minste, tilsvarende utmattelsesleveverdien er relativt høy. Det kan sees at avkolningsoppførselen i stor grad reduserer utmattelsesytelsen til materialet, og jo tykkere det avkarbonerte laget er, desto lavere blir utmattelseslevetiden.
Tabell 3 Utmattingslevetid ved forskjellige avkarboniseringstemperaturer (560 MPa)
Utmattelsesbruddmorfologien til prøven ble observert ved hjelp av et skanningselektronmikroskop, som vist i fig. 4. Figur 4(a) for sprekkkildeområdet, kan figuren sees åpenbar utmattelsesbue, i henhold til utmattelsesbuen for å finne kilden av tretthet, kan sees, sprekkkilden for "fiskeøye" ikke-metalliske inneslutninger, inneslutninger ved lett å forårsake stresskonsentrasjon, noe som resulterer i tretthetssprekker; Fig. 4(b) for sprekkforlengelsesområdets morfologi, kan sees tydelige utmattelsesstriper, var elvelignende fordeling, tilhører kvasi-dissosiativt brudd, med sprekker som utvider seg, som til slutt fører til brudd. Figur 4(b) viser morfologien til sprekkutvidelsesområdet, tydelige utmattelsesstriper kan sees, i form av elvelignende fordeling, som tilhører kvasidissosiativt brudd, og med kontinuerlig utvidelse av sprekkene, som til slutt fører til brudd .
Utmattelsesbruddanalyse
Fig. 4 SEM-morfologi av tretthetsbruddoverflaten til eksperimentelt stål
For å bestemme typen inneslutninger i fig. 4 ble det utført energispektrumsammensetningsanalyse, og resultatene er vist i fig. 5. Det kan sees at de ikke-metalliske inneslutningene hovedsakelig er Al2O3-inneslutninger, noe som indikerer at inneslutningene er hovedkilden til sprekker forårsaket av inklusjoner.
Figur 5 Energispektroskopi av ikke-metalliske inneslutninger
Konkludere
(1) Plassering av oppvarmingstemperaturen til 850 ℃ vil minimere tykkelsen på det avkarbonerte laget for å redusere effekten på utmattelsesytelsen.
( 2) Utmattelsesgrensen for teststålspinnebøyningen er 760 MPa.
(3) Teststål sprekker i ikke-metalliske inneslutninger, hovedsakelig Al2O3 blanding.
(4) avkarbonisering reduserer utmattelseslevetiden til teststålet alvorlig, jo tykkere avkarbureringslaget er, desto lavere blir utmattelseslevetiden.
Innleggstid: 21. juni 2024
