Rastrovací elektrónový mikroskop bol použitý na pozorovanie únavového lomu a analýzu mechanizmu lomu; súčasne sa na oduhličených vzorkách pri rôznych teplotách vykonala skúška únavy v ohybe, aby sa porovnala únavová životnosť skúšobnej ocele s oduhličením a bez neho a aby sa analyzoval vplyv oduhličenia na únavové vlastnosti skúšobnej ocele. Výsledky ukazujú, že vzhľadom na súčasnú existenciu oxidácie a oduhličenia v procese ohrevu, interakcia medzi nimi, ktorá vedie k hrúbke úplne oduhličenej vrstvy s rastom teploty, vykazuje trend zvyšovania a následne klesania, hrúbka úplne oduhličenej vrstvy dosahuje maximálnu hodnotu 120 μm pri 750 ℃ a hrúbka úplne dekarbonizovanej vrstvy dosahuje minimálnu hodnotu 20 μm pri 850 ℃ a medza únavy skúšobnej ocele je asi 760 MPa, a zdrojom únavových trhlín v skúšobnej oceli sú najmä nekovové inklúzie Al2O3; správanie pri oduhličení výrazne znižuje únavovú životnosť testovanej ocele, čo ovplyvňuje únavový výkon testovanej ocele, čím je vrstva oduhličenia hrubšia, tým nižšia je únavová životnosť. Aby sa znížil vplyv dekarbonizačnej vrstvy na únavový výkon testovanej ocele, optimálna teplota tepelného spracovania testovanej ocele by mala byť nastavená na 850 ℃.
Výstroj je dôležitou súčasťou automobilu,v dôsledku prevádzky pri vysokej rýchlosti musí mať záberová časť povrchu ozubeného kolesa vysokú pevnosť a odolnosť proti oderu a koreň zuba musí mať dobrú ohybovú únavu v dôsledku neustáleho opakovaného zaťaženia, aby sa predišlo prasklinám, ktoré vedú k materiálu zlomenina. Výskum ukazuje, že oduhličenie je dôležitým faktorom ovplyvňujúcim výkonnosť pri únave kovových materiálov pri odstreďovaní a únava pri odstreďovaní je dôležitým ukazovateľom kvality produktu, takže je potrebné študovať správanie testovaného materiálu pri oduhličovaní a ohybovej únave.
V tomto dokumente pec na tepelné spracovanie na skúške oduhličenia povrchu 20CrMnTi ozubenej ocele analyzuje rôzne teploty ohrevu na hĺbke skúšobnej vrstvy oduhličenia ocele podľa meniaceho sa zákona; pomocou stroja na testovanie únavy jednoduchého lúča QBWP-6000J na testovacej únavovej skúške v rotačnom ohybe testovanej ocele, stanovenie únavového výkonu testovanej ocele a súčasne na analýzu vplyvu oduhličenia na únavový výkon testovanej ocele pre skutočnú výrobu na zlepšenie výrobný proces, zvýšiť kvalitu produktov a poskytnúť primeranú referenciu. Skúšobný únavový výkon ocele je určený strojom na skúšanie únavy pri ohybe.
1. Testovacie materiály a metódy
Skúšobný materiál pre jednotku poskytujúcu ozubenú oceľ 20CrMnTi, hlavné chemické zloženie je uvedené v tabuľke 1. Test oduhličenia: skúšobný materiál sa spracuje na valcovú vzorku Ф8 mm × 12 mm, povrch by mal byť lesklý bez škvŕn. Pec na tepelné spracovanie sa zahriala na 675 ℃, 700 ℃, 725 ℃, 750 ℃, 800 ℃, 850 ℃, 900 ℃, 950 ℃, 1 000 ℃, do izbovej teploty 1 vzorky a udržiavala sa na vzorke. Po tepelnom spracovaní vzorky nastavením, brúsením a leštením, eróziou 4% roztoku alkoholu kyseliny dusičnej, použitie metalurgickej mikroskopie na pozorovanie skúšobnej oceľovej dekarbonizačnej vrstvy, meranie hĺbky dekarbonizačnej vrstvy pri rôznych teplotách. Skúška únavy ohybom: skúšobný materiál podľa požiadaviek na spracovanie dvoch skupín vzoriek únavy pri ohybe, prvá skupina nevykonáva skúšku oduhličenia, druhá skupina skúšku oduhličenia pri rôznych teplotách. Pomocou stroja na skúšanie únavy pri odstreďovaní, dve skupiny skúšobnej ocele na skúšanie únavy pri odstreďovaní, určenie medze únavy dvoch skupín skúšobnej ocele, porovnanie únavovej životnosti dvoch skupín skúšobnej ocele, použitie skenovania elektrónový mikroskop pozorovanie únavového lomu, analyzovať dôvody lomu vzorky, preskúmať vplyv oduhličenia na únavové vlastnosti skúšobnej ocele.
Tabuľka 1 Chemické zloženie (hmotnostný zlomok) skúšobnej ocele hmotn.
Vplyv teploty ohrevu na oduhličenie
Morfológia organizácie oduhličenia pri rôznych teplotách ohrevu je znázornená na obr. 1. Ako je možné vidieť z obrázku, keď je teplota 675 ℃, na povrchu vzorky sa neobjavuje oduhličovacia vrstva; keď teplota stúpne na 700 °C, začala sa objavovať povrchová dekarbonizačná vrstva vzorky pre tenkú feritovú dekarbonizačnú vrstvu; so zvýšením teploty na 725 ℃ sa hrúbka oduhličovacej vrstvy povrchu vzorky výrazne zvýšila; Hrúbka dekarbonizačnej vrstvy 750 ℃ dosahuje svoju maximálnu hodnotu, v tomto čase je feritové zrno jasnejšie, hrubšie; keď teplota stúpne na 800 ℃, hrúbka dekarbonizačnej vrstvy začala výrazne klesať, jej hrúbka klesla na polovicu 750 ℃; keď teplota naďalej stúpa na 850 ℃ a hrúbka oduhličenia je znázornená na obr. 1. 800 ℃, hrúbka úplnej dekarbonizačnej vrstvy začala výrazne klesať, jej hrúbka klesla na 750 ℃ na polovicu; keď teplota naďalej stúpa na 850 ℃ a viac, hrúbka úplne oduhličovacej vrstvy testovanej ocele sa naďalej zmenšuje, hrúbka polovice oduhličovacej vrstvy sa začala postupne zvyšovať, až kým morfológia úplnej dekarbonizačnej vrstvy úplne nezmizla, morfológia polovičnej oduhličovacej vrstvy sa postupne vyjasnila. Je vidieť, že hrúbka úplne oduhličenej vrstvy s nárastom teploty sa najprv zväčšila a potom zmenšila, dôvod tohto javu je spôsobený tým, že vzorka v procese zahrievania súčasne s oxidačným a dekarbonizačným správaním, len keď rýchlosť oduhličenia je rýchlejšia ako rýchlosť oxidácie sa prejaví javom oduhličenia. Na začiatku zahrievania sa hrúbka úplne dekarbonizovanej vrstvy postupne zvyšuje so zvyšovaním teploty, až kým hrúbka úplne dekarbonizovanej vrstvy nedosiahne maximálnu hodnotu, v tomto čase, aby sa teplota pokračovala, je rýchlosť oxidácie vzorky rýchlejšia ako miera oduhličenia, ktorá bráni nárastu úplne oduhličenej vrstvy, čo vedie k klesajúcemu trendu. Je možné vidieť, že v rozsahu 675 ～ 950 ℃ je hodnota hrúbky úplne dekarbonizovanej vrstvy pri 750 ℃ najväčšia a hodnota hrúbky úplne dekarbonizovanej vrstvy pri 850 ℃ je najmenšia, preto sa odporúča teplota ohrevu testovanej ocele 850 ℃.
Obr.1 Histomorfológia dekarbonizovanej vrstvy skúšobnej ocele udržiavanej pri rôznych teplotách ohrevu počas 1 hodiny
V porovnaní s polodekarbonizovanou vrstvou má hrúbka úplne dekarbonizovanej vrstvy vážnejší negatívny vplyv na vlastnosti materiálu, výrazne zníži mechanické vlastnosti materiálu, ako je zníženie pevnosti, tvrdosti, odolnosti proti opotrebovaniu a limitu únavy. , atď., a tiež zvyšujú citlivosť na praskliny, ovplyvňujúce kvalitu zvárania atď. Preto je kontrola hrúbky úplne dekarbonizovanej vrstvy veľmi dôležitá na zlepšenie výkonu produktu. Obrázok 2 ukazuje krivku variácie hrúbky úplne oduhličenej vrstvy v závislosti od teploty, ktorá jasnejšie ukazuje variáciu hrúbky úplne oduhličenej vrstvy. Z obrázku je možné vidieť, že hrúbka úplne dekarbonizovanej vrstvy je len asi 34 μm pri 700 °C; s teplotou stúpajúcou na 725 ℃ sa hrúbka úplne dekarbonizovanej vrstvy výrazne zvyšuje na 86 μm, čo je viac ako dvojnásobok hrúbky úplne dekarbonizovanej vrstvy pri 700 ℃; keď sa teplota zvýši na 750 ℃, hrúbka úplne oduhličenej vrstvy Keď teplota stúpne na 750 ℃, hrúbka úplne oduhličenej vrstvy dosiahne maximálnu hodnotu 120 μm; ako teplota stále stúpa, hrúbka úplne oduhličenej vrstvy začne prudko klesať, na 70 μm pri 800 °C a potom na minimálnu hodnotu asi 20 μm pri 850 °C.
Obr.2 Hrúbka úplne oduhličenej vrstvy pri rôznych teplotách
Vplyv oduhličenia na únavový výkon pri ohýbaní rotácie
Aby sa študoval vplyv oduhličenia na únavové vlastnosti pružinovej ocele, vykonali sa dve skupiny únavových skúšok v ohybe, prvá skupina bola únavová skúška priamo bez dekarbonizácie a druhá skupina bola únavová skúška po dekarbonizácii pri rovnakom namáhaní. úroveň (810 MPa) a proces oduhličenia sa udržiaval pri 700-850 °C počas 1 hodiny. Prvá skupina vzoriek je uvedená v tabuľke 2, čo je únavová životnosť pružinovej ocele.
Únavová životnosť prvej skupiny vzoriek je uvedená v tabuľke 2. Ako je možné vidieť z tabuľky 2, bez oduhličenia bola skúšobná oceľ vystavená iba 107 cyklom pri 810 MPa a nedošlo k žiadnemu lomu; keď úroveň napätia prekročila 830 MPa, niektoré vzorky sa začali lámať; keď úroveň napätia prekročila 850 MPa, všetky únavové vzorky sa zlomili.
Tabuľka 2 Životnosť únavy pri rôznych úrovniach namáhania (bez oduhličenia)
Na určenie medze únavy sa na určenie medze únavy skúšobnej ocele používa skupinová metóda a po štatistickej analýze údajov je medza únavy skúšobnej ocele asi 760 MPa; aby sa charakterizovala únavová životnosť skúšobnej ocele pri rôznych namáhaniach, vynesie sa krivka SN, ako je znázornené na obrázku 3. Ako je zrejmé z obrázku 3, rôzne úrovne napätia zodpovedajú rôznej únavovej životnosti, keď únavová životnosť 7 , čo zodpovedá počtu cyklov pre 107, čo znamená, že vzorka za týchto podmienok prechádza stavom, zodpovedajúcu hodnotu napätia možno aproximovať ako hodnotu únavovej pevnosti, to znamená 760 MPa. Je vidieť, že krivka S - N je dôležitá pre určenie únavovej životnosti materiálu má dôležitú referenčnú hodnotu.
Obrázok 3 Krivka SN experimentálnej skúšky únavy ocele pri rotačnom ohybe
Únavová životnosť druhej skupiny vzoriek je uvedená v tabuľke 3. Ako je možné vidieť z tabuľky 3, po oduhličení skúšobnej ocele pri rôznych teplotách sa počet cyklov zjavne zníži a sú viac ako 107 a všetky únavové vzorky sa zlomia a únavová životnosť sa výrazne zníži. V kombinácii s vyššie uvedenou hrúbkou dekarbonizovanej vrstvy s krivkou zmeny teploty je možné vidieť, že hrúbka dekarbonizovanej vrstvy 750 ℃ je najväčšia, čo zodpovedá najnižšej hodnote únavovej životnosti. 850 ℃ hrúbka dekarbonizovanej vrstvy je najmenšia, čo zodpovedá hodnote únavovej životnosti relatívne vysokej. Je možné vidieť, že správanie pri oduhličení značne znižuje únavový výkon materiálu a čím je oduhličená vrstva hrubšia, tým je únavová životnosť nižšia.
Tabuľka 3 Únavová životnosť pri rôznych teplotách oduhličenia (560 MPa)
Morfológia únavového lomu vzorky bola pozorovaná rastrovacím elektrónovým mikroskopom, ako je znázornené na obr. 4. Na obr. únavy, je možné vidieť zdroj trhlín pre nekovové inklúzie "rybie oko", inklúzie pri ľahko spôsobiteľnej koncentrácii napätia, čo vedie k únavovým trhlinám; Obr. 4(b) pre morfológiu oblasti rozšírenia trhliny, možno vidieť zjavné únavové pruhy, bola riečna distribúcia, patrí ku kvázi-disociatívnemu lomu, pričom trhliny sa rozširujú, prípadne vedú k lomu. Obrázok 4(b) ukazuje morfológiu oblasti expanzie trhliny, je možné vidieť zjavné únavové pruhy vo forme riečnej distribúcie, ktorá patrí ku kvázi-disociatívnemu lomu, a s kontinuálnou expanziou trhlín, čo nakoniec vedie k lomu .
Analýza únavových zlomenín
Obr.4 SEM morfológia povrchu únavového lomu experimentálnej ocele
Na určenie typu inklúzií na obr. 4 sa vykonala analýza zloženia energetického spektra a výsledky sú znázornené na obr. 5. Je zrejmé, že nekovové inklúzie sú hlavne inklúzie Al2O3, čo naznačuje, že sú hlavným zdrojom trhlín spôsobených praskaním inklúzií.
Obrázok 5 Energetická spektroskopia nekovových inklúzií
Záver
(1) Umiestnenie teploty ohrevu na 850 ℃ minimalizuje hrúbku dekarbonizovanej vrstvy, aby sa znížil vplyv na únavový výkon.
( 2) Medza únavy skúšobného oceľového odstredivého ohybu je 760 MPa.
(3) Skúšobné praskanie ocele v nekovových inklúziách, hlavne zmesi Al2O3.
(4) dekarbonizácia vážne znižuje únavovú životnosť testovanej ocele, čím je vrstva oduhličenia hrubšia, tým nižšia je únavová životnosť.
Čas odoslania: 21. júna 2024