Za opazovanje utrujenostnega loma in analizo mehanizma loma smo uporabili vrstični elektronski mikroskop; istočasno je bil na razogljičenih vzorcih pri različnih temperaturah izveden preskus utrujenosti pri vrtenju pri upogibanju, da bi primerjali življenjsko dobo preskusnega jekla ob utrujenosti z in brez razogljičenja ter analizirali učinek razogljičenja na odpornost preskusnega jekla. Rezultati kažejo, da zaradi hkratnega obstoja oksidacije in razogljičenja v procesu segrevanja interakcija med obema, kar ima za posledico debelino popolnoma razogljičene plasti z rastjo temperature, kaže trend naraščanja in nato padanja, debelina popolnoma razogljičene plasti doseže največjo vrednost 120 μm pri 750 ℃, debelina popolnoma razogljičene plasti pa doseže najmanjšo vrednost 20 μm pri 850 ℃, meja utrujenosti preskusnega jekla pa je približno 760 MPa in vir utrujenostnih razpok v preskusnem jeklu so predvsem nekovinski vključki Al2O3; obnašanje razogljičenja močno zmanjša življenjsko dobo preskusnega jekla ob utrujenosti, kar vpliva na zmogljivost preskusnega jekla pri utrujenosti; debelejša kot je plast razogljičenja, nižja je življenjska doba ob utrujenosti. Da bi zmanjšali vpliv sloja za razogljičenje na odpornost proti utrujenosti preskusnega jekla, je treba optimalno temperaturo toplotne obdelave preskusnega jekla nastaviti na 850 ℃.
Prestava je pomemben sestavni del avtomobila, zaradi delovanja pri visoki hitrosti mora imeti mrežni del površine zobnika visoko trdnost in odpornost proti obrabi, zobna korenina pa mora imeti dobro odpornost proti upogibanju zaradi konstantne ponavljajoče se obremenitve, da se izognemo razpokam, ki vodijo do materiala zlom. Raziskave kažejo, da je razogljičenje pomemben dejavnik, ki vpliva na utrujenost kovinskih materialov pri upogibanju pri vrtenju, zmogljivost pri upogibanju pri vrtenju pa je pomemben pokazatelj kakovosti izdelka, zato je treba preučiti obnašanje razogljičenja in odpornost proti upogibanju pri vrtenju preskusnega materiala.
V tem prispevku je peč za toplotno obdelavo na preskusu razogljičenja površine zobniškega jekla 20CrMnTi analizirala različne temperature ogrevanja na globini sloja razogljičenja preskusnega jekla spreminjajočega se zakona; z uporabo preprostega stroja za testiranje utrujenosti žarka QBWP-6000J na preskusu utrujenosti pri rotacijskem upogibanju preskusnega jekla, določitvi zmogljivosti utrujenosti preskusnega jekla in hkrati za analizo vpliva razogljičenja na učinkovitost utrujenosti preskusnega jekla za dejansko proizvodnjo za izboljšanje proizvodni proces, povečati kakovost izdelkov in zagotoviti razumno referenco. Učinkovitost preskusne utrujenosti jekla se določi s strojem za preskušanje utrujenosti pri upogibanju vrtenja.
1. Testni materiali in metode
Preskusni material za enoto za izdelavo zobniškega jekla 20CrMnTi, glavna kemična sestava, kot je prikazana v tabeli 1. Preskus razogljičenja: preskusni material se predela v valjasti vzorec F8 mm × 12 mm, površina mora biti svetla brez madežev. Peč za toplotno obdelavo smo segreli na 675 ℃, 700 ℃, 725 ℃, 750 ℃, 800 ℃, 850 ℃, 900 ℃, 950 ℃, 1000 ℃, v vzorec in ga zadržali 1 uro, nato pa zračno ohladili na sobno temperaturo. Po toplotni obdelavi vzorca z utrjevanjem, brušenjem in poliranjem, s 4% erozijo raztopine alkohola dušikove kisline, uporaba metalurške mikroskopije za opazovanje testne plasti razogljičenja jekla, merjenje globine plasti razogljičenja pri različnih temperaturah. Preskus vrtilne upogibne utrujenosti: preskusni material v skladu z zahtevami obdelave dveh skupin vzorcev vrtilne upogibne utrujenosti, prva skupina ne izvaja preskusa razogljičenja, druga skupina preskusa razogljičenja pri različnih temperaturah. Z uporabo stroja za preskušanje utrujenosti zaradi upogibanja vrtenja, dveh skupin preskusnega jekla za preskušanje utrujenosti pri upogibanju vrtenja, določanja meje utrujenosti dveh skupin preskusnega jekla, primerjave življenjske dobe ob utrujenosti dveh skupin preskusnega jekla, uporabe skeniranja opazovanje zloma zaradi utrujenosti z elektronskim mikroskopom, analizirati razloge za zlom vzorca, raziskati učinek razogljičenja na lastnosti utrujenosti preskusnega jekla.
Tabela 1 Kemična sestava (masni delež) testnega jekla masni %
Vpliv temperature ogrevanja na razogljičenje
Morfologija organizacije razogljičenja pri različnih temperaturah segrevanja je prikazana na sliki 1. Kot je razvidno iz slike, ko je temperatura 675 ℃, se na površini vzorca ne pojavi sloj razogljičenja; ko se temperatura dvigne na 700 ℃, se je začela pojavljati površinska razogljičena plast vzorca za tanko feritno razogljičeno plast; ko se temperatura dvigne na 725 ℃, se je debelina sloja za razogljičenje površine vzorca znatno povečala; 750 ℃ debelina sloja za razogljičenje doseže največjo vrednost, v tem času je feritno zrno bolj jasno, grobo; ko se temperatura dvigne na 800 ℃, se je debelina sloja za razogljičenje začela znatno zmanjševati, njegova debelina je padla na polovico 750 ℃; ko temperatura še naprej narašča na 850 ℃ in je debelina razogljičenja prikazana na sliki 1. 800 ℃ se je polna debelina sloja za razogljičenje začela znatno zmanjševati, njena debelina je padla na 750 ℃, ko je bila polovica; ko temperatura še naprej narašča na 850 ℃ in več, se debelina polne plasti za razogljičenje testnega jekla še naprej zmanjšuje, debelina polovične plasti za razogljičenje se je začela postopno povečevati, dokler morfologija polne plasti za razogljičenje ni izginila, morfologija polovične plasti za razogljičenje se postopoma očisti. Vidimo lahko, da se je debelina popolnoma razogljičene plasti s povišanjem temperature najprej povečala in nato zmanjšala, razlog za ta pojav je posledica oksidacijskega in razogljičenega obnašanja vzorca v procesu segrevanja, šele ko stopnja razogljičenja je hitrejša od hitrosti oksidacije, pojavi se pojav razogljičenja. Na začetku segrevanja se debelina popolnoma razogljičenega sloja postopoma povečuje s povišanjem temperature, dokler debelina popolnoma razogljičenega sloja ne doseže največje vrednosti; v tem času za nadaljnje zviševanje temperature je stopnja oksidacije vzorca hitrejša od stopnja razogljičenja, ki zavira povečanje popolnoma razogljičene plasti, kar ima za posledico padajoči trend. Vidimo lahko, da je v območju 675 ～950 ℃ vrednost debeline popolnoma razogljičene plasti pri 750 ℃ največja, vrednost debeline popolnoma razogljičene plasti pri 850 ℃ pa najmanjša, zato je priporočena temperatura ogrevanja preskusnega jekla 850 ℃.
Slika 1 Histomorfologija razogljičene plasti testnega jekla, ki je bila 1 uro zadržana pri različnih temperaturah segrevanja
V primerjavi s polrazogljičeno plastjo ima debelina popolnoma razogljičene plasti resnejši negativni vpliv na lastnosti materiala, močno zmanjša mehanske lastnosti materiala, kot so zmanjšanje trdnosti, trdote, odpornosti proti obrabi in meje utrujenosti. , itd., in tudi povečajo občutljivost na razpoke, kar vpliva na kakovost varjenja in tako naprej. Zato je nadzor nad debelino popolnoma razogljičenega sloja velikega pomena za izboljšanje učinkovitosti izdelka. Slika 2 prikazuje krivuljo spreminjanja debeline popolnoma razogljičenega sloja s temperaturo, ki nazorneje prikazuje spreminjanje debeline popolnoma razogljičenega sloja. Iz slike je razvidno, da je debelina popolnoma razogljičenega sloja le približno 34 μm pri 700 ℃; ko se temperatura dvigne na 725 ℃, se debelina popolnoma razogljičene plasti znatno poveča na 86 μm, kar je več kot dvakratna debelina popolnoma razogljičene plasti pri 700 ℃; ko se temperatura dvigne na 750 ℃, debelina popolnoma razogljičene plasti Ko se temperatura dvigne na 750 ℃, doseže debelina popolnoma razogljičene plasti največjo vrednost 120 μm; ko temperatura še naprej narašča, se začne debelina popolnoma razogljičenega sloja močno zmanjševati, na 70 μm pri 800 ℃ in nato na najmanjšo vrednost približno 20 μm pri 850 ℃.
Slika 2 Debelina popolnoma razogljičenega sloja pri različnih temperaturah
Vpliv razogljičenja na zmogljivost utrujenosti pri vrtenju
Da bi preučili učinek razogljičenja na lastnosti utrujenosti vzmetnega jekla, sta bili izvedeni dve skupini preskusov utrujenosti pri vrtenju pri upogibanju, prva skupina je bila testiranje utrujenosti neposredno brez razogljičenja, druga skupina pa je bilo testiranje utrujenosti po razogljičenju pri enaki napetosti. (810 MPa), postopek razogljičenja pa je potekal 1 uro pri 700-850 ℃. Prva skupina vzorcev je prikazana v tabeli 2, ki je življenjska doba vzmetnega jekla ob utrujenosti.
Utrujalna življenjska doba prve skupine vzorcev je prikazana v tabeli 2. Kot je razvidno iz tabele 2, je bilo preskusno jeklo brez razogljičenja izpostavljeno samo 107 ciklom pri 810 MPa in ni prišlo do zloma; ko je napetost presegla 830 MPa, so se nekateri vzorci začeli lomiti; ko je raven napetosti presegla 850 MPa, so bili vsi vzorci utrujenosti zlomljeni.
Tabela 2 Življenjska doba utrujenosti pri različnih stopnjah obremenitve (brez razogljičenja)
Za določitev meje utrujenosti se uporablja skupinska metoda za določitev meje utrujenosti preskusnega jekla, po statistični analizi podatkov pa je meja utrujenosti preskusnega jekla približno 760 MPa; da bi opisali življenjsko dobo preskusnega jekla ob utrujenosti pod različnimi obremenitvami, se nariše krivulja SN, kot je prikazano na sliki 3. Kot je razvidno iz slike 3, različne stopnje napetosti ustrezajo različni življenjski dobi ob utrujenosti, ko je življenjska doba ob utrujenosti 7 , ki ustreza številu ciklov za 107, kar pomeni, da je vzorec pod temi pogoji skozi stanje, se lahko ustrezna vrednost napetosti približa kot vrednost trdnosti utrujenosti, to je 760 MPa. Vidimo lahko, da ima krivulja S - N pomembna referenčna vrednost za določitev življenjske dobe materiala ob utrujenosti.
Slika 3 Krivulja SN eksperimentalnega preskusa utrujenosti pri rotacijskem upogibanju jekla
Življenjska doba druge skupine vzorcev je prikazana v tabeli 3. Kot je razvidno iz tabele 3, se po razogljičenju preskusnega jekla pri različnih temperaturah število ciklov očitno zmanjša in je več kot 107, vsi utrujenostni vzorci so zlomljeni in življenjska doba utrujenosti se močno zmanjša. V kombinaciji z zgornjo debelino razogljičene plasti s krivuljo spremembe temperature je mogoče videti, da je 750 ℃ debelina razogljičene plasti največja, kar ustreza najnižji vrednosti življenjske dobe ob utrujenosti. Debelina razogljičene plasti pri 850 ℃ je najmanjša, kar ustreza razmeroma visoki življenjski vrednosti utrujenosti. Vidimo lahko, da obnašanje razogljičenja močno zmanjša odpornost proti utrujenosti materiala in debelejša kot je razogljičena plast, nižja je življenjska doba ob utrujenosti.
Tabela 3 Obstojnost ob utrujenosti pri različnih temperaturah razogljičenja (560 MPa)
Morfologijo loma zaradi utrujenosti vzorca smo opazovali z vrstičnim elektronskim mikroskopom, kot je prikazano na sliki 4. Na sliki 4(a) za območje vira razpoke je na sliki viden očiten lok utrujenosti, glede na lok utrujenosti, da bi našli vir utrujenosti, je mogoče videti, vir razpok za "ribje oko" nekovinski vključki, vključki na enostavno povzročijo koncentracijo napetosti, kar povzroči utrujenostne razpoke; Slika 4(b) za morfologijo območja razširitve razpoke, vidne so očitne proge utrujenosti, porazdelitev je podobna reki, pripada kvazi-disociativnemu zlomu, z razpokami, ki se širijo, sčasoma vodijo do zloma. Slika 4(b) prikazuje morfologijo območja širjenja razpok, vidne so očitne proge utrujenosti v obliki rečne porazdelitve, ki pripada kvazi-disociativnemu lomu, in z neprekinjenim širjenjem razpok, ki na koncu vodi do loma .
Analiza utrujenostnega loma
Slika 4 SEM morfologija utrujenostne lomne površine eksperimentalnega jekla
Da bi določili vrsto vključkov na sliki 4, je bila izvedena analiza sestave energijskega spektra, rezultati pa so prikazani na sliki 5. Vidimo lahko, da so nekovinski vključki večinoma vključki Al2O3, kar kaže, da so vključki so glavni vir razpok, ki nastanejo zaradi pokanja vključkov.
Slika 5 Energijska spektroskopija nekovinskih vključkov
Zaključi
(1) Postavitev temperature ogrevanja na 850 ℃ bo zmanjšala debelino razogljičene plasti, da se zmanjša učinek na odpornost proti utrujenosti.
( 2) Meja utrujenosti pri preskusnem upogibanju jekla je 760 MPa.
( 3 ) Preizkus pokanja jekla v nekovinskih vključkih, predvsem mešanici Al2O3.
(4) razogljičenje resno zmanjša življenjsko dobo preskusnega jekla ob utrujenosti, debelejša kot je plast razogljičenja, nižja je življenjska doba ob utrujenosti.
Čas objave: 21. junija 2024