Для спостереження за втомним руйнуванням та аналізу механізму руйнування використовували скануючий електронний мікроскоп; в той же час було проведено випробування на втому при обертовому вигині на знеуглецьованих зразках при різних температурах, щоб порівняти довговічність випробовуваної сталі з знеуглерожуванням і без нього, а також проаналізувати вплив зневуглецьовування на показники втоми випробуваної сталі. Результати показують, що через одночасне існування окислення та знеуглерожування в процесі нагрівання взаємодія між ними, в результаті чого товщина повністю знеуглероженого шару зі зростанням температури демонструє тенденцію до збільшення, а потім до зменшення, товщина повністю знеуглероженого шару досягає максимального значення 120 мкм при 750 ℃, а товщина повністю знеуглероженого шару досягає мінімального значення 20 мкм при 850 ℃, а межа втоми випробувальної сталі становить близько 760 МПа, і джерелом утомних тріщин у досліджуваній сталі є переважно неметалічні включення Al2O3; поведінка декарбюрізації значно зменшує втомну довговічність випробовуваної сталі, впливаючи на показники втоми випробовуваної сталі; чим товщі шар декарбюрізації, тим нижча втомна довговічність. Щоб зменшити вплив шару зневуглецьовування на показники втоми досліджуваної сталі, оптимальна температура термообробки досліджуваної сталі повинна бути встановлена на рівні 850 ℃.
Механізм є важливою складовою автомобіляЗавдяки роботі на високій швидкості частина поверхні зубчастого колеса, що з’єднується, повинна мати високу міцність і стійкість до стирання, а корінь зуба повинен мати хороші показники втоми при вигині через постійне повторюване навантаження, щоб уникнути тріщин, які призводять до пошкодження матеріалу. перелом. Дослідження показують, що зневуглецювання є важливим фактором, що впливає на втомність металевих матеріалів при вигині обертанням, а втомність при вигині обертанням є важливим показником якості продукту, тому необхідно вивчити поведінку декарбюрізації та втому при вигині обертання досліджуваного матеріалу.
У цьому документі, піч для термічної обробки на 20CrMnTi випробуванні поверхневого знеуглерожування сталі, аналізує різні температури нагріву на глибині шару зневуглецювання випробувальної сталі за законом зміни; використовуючи просту машину для випробування на втому балки QBWP-6000J під час випробування на втому при обертальному вигині випробувальної сталі, визначення показників втоми випробувальної сталі та в той же час для аналізу впливу знеуглерожування на втомні характеристики випробувальної сталі для фактичного виробництва для покращення виробничий процес, підвищити якість продукції та забезпечити розумну довідку. Характеристики випробувальної сталі на втому визначаються машиною для випробування на втому при вигині.
1. Матеріали та методи дослідження
Випробувальний матеріал для блоку для отримання зубчастої сталі 20CrMnTi, основний хімічний склад, як показано в таблиці 1. Випробування на зневуглецювання: випробовуваний матеріал обробляють у циліндричний зразок Ф8 мм × 12 мм, поверхня має бути яскравою без плям. У печі для термообробки нагрівали зразок до 675 ℃, 700 ℃, 725 ℃, 750 ℃, 800 ℃, 850 ℃, 900 ℃, 950 ℃, 1000 ℃, і витримували 1 годину, а потім охолоджували на повітрі до кімнатної температури. Після термічної обробки зразка шляхом встановлення, шліфування та полірування, ерозії 4% спиртового розчину азотної кислоти, використання металургійної мікроскопії для спостереження за шаром знеуглерожування випробувальної сталі, вимірювання глибини шару зневуглецювання при різних температурах. Випробування на втому на вигин обертанням: досліджуваний матеріал відповідає вимогам обробки двох груп зразків на втому на вигин обертанням, перша група не проводить випробування на зневуглецювання, друга група випробування на зневуглецювання при різних температурах. Використовуючи машину для випробування на втому на вигин обертанням, дві групи випробувальної сталі для випробування на втому на вигин обертанням, визначення межі втоми двох груп випробувальної сталі, порівняння довговічності двох груп випробувальної сталі, використання сканування спостереження за втомним руйнуванням за допомогою електронного мікроскопа, аналіз причин руйнування зразка, вивчення впливу знеуглерожування на втомні властивості досліджуваної сталі.
Таблиця 1 Хімічний склад (масова частка) досліджуваної сталі мас.%
Вплив температури нагріву на зневуглецювання
Морфологія організації зневуглецювання за різних температур нагрівання показана на рис. 1. Як видно з малюнка, коли температура становить 675 ℃, на поверхні зразка не з’являється шар зневуглецювання; коли температура підвищується до 700 ℃, на поверхні зразка починає з’являтися шар обезуглерожування для тонкого феритового шару обезуглерожування; з підвищенням температури до 725 ℃ товщина шару декарбюрізації поверхні зразка значно збільшилася; 750 ℃ товщина шару декарбюрізації досягає свого максимального значення, у цей час феритове зерно є більш чітким, грубим; коли температура підвищується до 800 ℃, товщина шару декарбюрізації починає значно зменшуватися, його товщина впала до половини 750 ℃; коли температура продовжує зростати до 850 ℃, а товщина знеуглерожування показана на рис. 1. 800 ℃, повна товщина шару знеуглерожування почала значно зменшуватися, його товщина впала до 750 ℃, коли половина; коли температура продовжує підвищуватися до 850 ℃ і вище, товщина шару повного знеуглерожування випробувальної сталі продовжує зменшуватися, товщина половинного шару зневуглецювання починає поступово збільшуватися, доки морфологія шару повного знеуглерожування не зникне, морфологія шару половинного зневуглецювання поступово очищається. Можна побачити, що товщина повністю обезуглероженного шару зі збільшенням температури спочатку збільшувалася, а потім зменшувалася, причина цього явища пов’язана з тим, що зразок у процесі нагрівання одночасно окислював і зневуглецьовував поведінку, лише коли Швидкість зневуглецювання швидше, ніж швидкість окислення, з'явиться явище зневуглецювання. На початку нагрівання товщина повністю знеуглероженого шару поступово збільшується зі збільшенням температури, доки товщина повністю знеуглероженого шару не досягне максимального значення. У цей час, щоб продовжувати підвищувати температуру, швидкість окислення зразка є вищою, ніж швидкість зневуглецювання, яка гальмує збільшення повністю знеуглецьованого шару, що призводить до тенденції до зниження. Можна побачити, що в діапазоні 675 ～950 ℃ значення товщини повністю знеуглероженого шару при 750 ℃ є найбільшим, а значення товщини повністю знеуглероженого шару при 850 ℃ є найменшим, отже, температура нагріву випробувальної сталі рекомендується становити 850 ℃.
Рис.1 Гістоморфологія обезуглероженного шару досліджуваної сталі, витриманої при різних температурах нагрівання протягом 1 год.
Порівняно з напівзнеуглецьованим шаром, товщина повністю знеуглероженого шару має більш серйозний негативний вплив на властивості матеріалу, це значно погіршить механічні властивості матеріалу, такі як зниження міцності, твердості, зносостійкості та межі втоми. тощо, а також підвищують чутливість до тріщин, впливаючи на якість зварювання тощо. Тому контроль товщини повністю знеуглероженого шару має велике значення для покращення продуктивності продукту. На малюнку 2 показана крива зміни товщини повністю знеуглероженого шару в залежності від температури, яка більш чітко показує зміну товщини повністю знеуглероженого шару. З малюнка видно, що товщина повністю обезуглероженного шару становить лише близько 34 мкм при 700 ℃; при підвищенні температури до 725 ℃ товщина повністю знеуглероженого шару значно збільшується до 86 мкм, що більш ніж у два рази перевищує товщину повністю знеуглероженого шару при 700 ℃; коли температура підвищується до 750 ℃, товщина повністю знеуглероженого шару Коли температура підвищується до 750 ℃, товщина повністю знеуглероженого шару досягає максимального значення 120 мкм; оскільки температура продовжує зростати, товщина повністю знеуглероженого шару починає різко зменшуватися до 70 мкм при 800 ℃, а потім до мінімального значення приблизно 20 мкм при 850 ℃.
Рис.2 Товщина повністю обезуглероженного шару при різних температурах
Вплив обезуглерожування на характеристики втоми при згинанні обертанням
Щоб вивчити вплив знеуглерожування на втомні властивості пружинної сталі, було проведено дві групи випробувань на втому на вигин обертанням, перша група була випробуванням на втому безпосередньо без зневуглецювання, а друга група була випробуванням на втому після зневуглецювання при тому самому напрузі. (810 МПа), а процес зневуглецювання проводили при 700-850 ℃ протягом 1 год. Перша група зразків наведена в таблиці 2, яка є довговічністю пружинної сталі.
Втомна довговічність першої групи зразків наведена в таблиці 2. Як видно з таблиці 2, без зневуглецювання досліджувана сталь була піддана лише 107 циклам при 810 МПа, і руйнування не відбулося; коли рівень напруги перевищував 830 МПа, деякі зразки почали руйнуватися; коли рівень напруги перевищував 850 МПа, всі зразки втоми руйнувалися.
Таблиця 2. Втомна довговічність за різних рівнів навантаження (без зневуглецювання)
Для визначення межі втоми груповий метод використовується для визначення межі втоми випробувальної сталі, і після статистичного аналізу даних межа втоми випробувальної сталі становить близько 760 МПа; щоб охарактеризувати довговічність випробовуваної сталі під різними навантаженнями, будують криву SN, як показано на малюнку 3. Як видно з рисунка 3, різні рівні напруги відповідають різним витривалим ресурсам, коли довговічність у втомі становить 7 , що відповідає числу циклів для 107, що означає, що зразок за цих умов знаходиться в наскрізному стані, відповідне значення напруги можна наближено визначити як значення втомної міцності, тобто 760 МПа. Можна побачити, що крива S - N важлива для визначення довговічності матеріалу від втоми, має важливе еталонне значення.
Рисунок 3 Крива SN експериментального випробування на втому на вигин при повороті сталі
Втомна довговічність другої групи зразків наведена в табл. 3. Як видно з табл. 3, після зневуглецювання досліджуваної сталі при різних температурах кількість циклів, очевидно, зменшується і становить більше 107, а всі втомні зразки руйнуються, і термін служби втоми значно зменшується. У поєднанні з вищевказаною товщиною декарбюризованого шару з кривою зміни температури можна побачити, що 750 ℃ товщина обезуглероженого шару є найбільшою, що відповідає найнижчому значенню втомного терміну служби. 850 ℃ товщина обезуглероженного шару є найменшою, що відповідає значенню втомного терміну служби є відносно високим. Можна побачити, що поведінка зневуглецьовування значно знижує втомні характеристики матеріалу, і чим товщі обезуглерожений шар, тим менший термін служби втоми.
Таблиця 3. Втомна довговічність при різних температурах зневуглецювання (560 МПа)
Морфологію втомного руйнування зразка спостерігали за допомогою скануючого електронного мікроскопа, як показано на рис. 4. На малюнку 4(a) для області джерела тріщини можна побачити очевидну дугу втоми, відповідно до дуги втоми, щоб знайти джерело втоми, можна побачити, джерело тріщини для "риб'ячого ока" неметалічних включень, включень при легкому спричиненні концентрації напруги, що призводить до втомних тріщин; На рис. 4(b) показано морфологію області розширення тріщини, можна побачити очевидні смуги втоми, річковий розподіл, належить до квазідисоціативного руйнування, з розширенням тріщин, що зрештою призводить до руйнування. На малюнку 4(b) показано морфологію області розширення тріщини, можна побачити очевидні смуги втоми у формі річкового розподілу, що відноситься до квазідисоціативного руйнування, і з безперервним розширенням тріщин, що в кінцевому підсумку призводить до руйнування .
Аналіз втомного руйнування
Рис.4 SEM морфологія поверхні втомного руйнування експериментальної сталі
Щоб визначити тип включень на рис. 4, було проведено аналіз складу енергетичного спектру, результати наведено на рис. 5. Можна побачити, що неметалічні включення є переважно включеннями Al2O3, що вказує на те, що включення є основним джерелом тріщин, викликаних розтріскуванням включень.
Рисунок 5 Енергетична спектроскопія неметалічних включень
Зробити висновок
(1) Встановлення температури нагрівання на рівні 850 ℃ мінімізує товщину знеуглероженого шару, щоб зменшити вплив на характеристики втоми.
( 2) Межа втоми випробовуваної сталі на вигин становить 760 МПа.
( 3) Випробування розтріскування сталі в неметалевих включеннях, переважно суміші Al2O3.
(4) знеуглерожування серйозно зменшує втомний ресурс досліджуваної сталі, чим товщі шар зневуглецювання, тим нижчий втомний ресурс.
Час публікації: 21 червня 2024 р