Pyyhkäisyelektronimikroskooppia käytettiin väsymismurtuman tarkkailuun ja murtumamekanismin analysointiin; samaan aikaan hiilenpoistonäytteille suoritettiin pyöritystaivutusväsymistesti eri lämpötiloissa testiteräksen väsymisiän vertaamiseksi hiilenpoiston kanssa ja ilman, ja hiilenpoiston vaikutuksen analysoimiseksi testiteräksen väsymiskykyyn. Tulokset osoittavat, että koska lämmitysprosessissa tapahtuu samanaikaisesti hapettumista ja hiilenpoistoa, näiden kahden välinen vuorovaikutus, joka johtaa täysin hiilenpoistokerroksen paksuuteen lämpötilan kasvaessa, osoittaa trendin, joka kasvaa ja sitten laskee. täysin hiilenpoistokerroksen paksuus saavuttaa maksimiarvon 120 μm lämpötilassa 750 ℃, ja täysin hiilittömän kerroksen paksuus saavuttaa minimiarvon 20 μm lämpötilassa 850 ℃, ja testiteräksen väsymisraja on noin 760 MPa, ja testiteräksen väsymishalkeamien lähde on pääasiassa ei-metallisia Al2O3-sulkeumia; hiilenpoistokäyttäytyminen vähentää suuresti testiteräksen väsymisikää, mikä vaikuttaa testiteräksen väsymiskykyyn, mitä paksumpi hiilenpoistokerros, sitä pienempi väsymisikä. Hiilenpoistokerroksen vaikutuksen vähentämiseksi testiteräksen väsymissuorituskykyyn testiteräksen optimaalinen lämpökäsittelylämpötila tulisi asettaa 850 ℃:seen.
Vaihteet ovat tärkeä osa autoa,suurella nopeudella toimimisesta johtuen hammaspyörän pinnan hankausosan tulee olla lujuutta ja kulutusta kestäviä ja hampaan juurella on oltava hyvä taivutusväsymys jatkuvan toistuvan kuormituksen vuoksi materiaaliin johtavien halkeamien välttämiseksi. murtuma. Tutkimukset osoittavat, että hiilenpoisto on tärkeä tekijä, joka vaikuttaa metallimateriaalien kierretaivutusväsymyssuorituskykyyn, ja pyöritystaivutusväsymys on tärkeä tuotteen laadun indikaattori, joten on tarpeen tutkia testimateriaalin hiilenpoistokäyttäytymistä ja pyörivään taivutuksen väsymiskykyä.
Tässä artikkelissa lämpökäsittelyuunissa 20CrMnTi-vaihteistoteräksen hiilenpoistotestissä analysoidaan erilaisia kuumennuslämpötiloja testiteräksen hiilenpoistokerroksen syvyydessä muuttuvan lain mukaan; käyttämällä QBWP-6000J yksinkertaista säteen väsymystestauskonetta testiteräksen pyörivä taivutusväsymystestissä, testiteräksen väsymissuorituskyvyn määrittäminen ja samalla analysoida hiilenpoiston vaikutus testiteräksen väsymiskykyyn todellista tuotantoa varten. tuotantoprosessia, parantaa tuotteiden laatua ja tarjota kohtuullinen referenssi. Testiteräksen väsymissuorituskyky määräytyy pyörivään taivutusväsymystestikoneella.
1. Testausmateriaalit ja -menetelmät
Testimateriaali yksikölle, joka tuottaa 20CrMnTi hammaspyöräterästä, pääasiallinen kemiallinen koostumus taulukon 1 mukainen. Hiilenpoistotesti: testimateriaali käsitellään ä8 mm × 12 mm sylinterimäiseksi näytteeksi, pinnan tulee olla kirkas ilman tahroja. Lämpökäsittelyuuni kuumennettiin 675 ℃, 700 ℃, 725 ℃, 750 ℃, 800 ℃, 850 ℃, 900 ℃, 950 ℃, 1 000 ℃ ja sitten ilmaa 1 h huoneeseen. Näytteen lämpökäsittelyn jälkeen kovettamalla, hiomalla ja kiillottamalla, 4% typpihappoalkoholiliuoksen eroosion kanssa, metallurgisen mikroskopian käyttö testattavan teräksen hiilenpoistokerroksen tarkkailemiseksi, mittaamalla hiilenpoistokerroksen syvyys eri lämpötiloissa. Spin taivutusväsymystesti: testimateriaali vaatimusten mukaisesti käsittelyn kahden ryhmän spin taivutus väsymysnäytteitä, ensimmäinen ryhmä ei tee hiilenpoistotestiä, toinen ryhmä hiilenpoistotestiä eri lämpötiloissa. Kierrätaivutusväsymystestauskoneella testataan kahta testiteräsryhmää kehruutaivutusväsymystestaukseen, kahden testiteräsryhmän väsymisrajan määrittäminen, kahden testiteräsryhmän väsymisiän vertailu, skannauksen käyttö elektronimikroskoopin väsymismurtuman havainnointi, analysoida näytteen murtumisen syitä tutkiaksesi testiteräksen väsymisominaisuuksien hiilenpoiston vaikutusta.
Taulukko 1 Testiteräksen kemiallinen koostumus (massaosuus) paino-%
Lämmityslämpötilan vaikutus hiilenpoistoon
Hiilenpoistoorganisaation morfologia eri kuumennuslämpötiloissa on esitetty kuvassa 1. Kuten kuvasta voidaan nähdä, kun lämpötila on 675 ℃, näytteen pinta ei näy hiilenpoistokerroksena; kun lämpötila kohoaa 700 ℃:seen, näytteen pinnan hiilenpoistokerros alkoi ilmestyä ohuelle ferriittihiilenpoistokerrokselle; lämpötilan noustessa 725 ℃:een näytteen pinnan hiilenpoistokerroksen paksuus kasvoi merkittävästi; 750 ℃ hiilenpoistokerroksen paksuus saavuttaa maksimiarvon, tällä hetkellä ferriittirae on kirkkaampi, karkeampi; kun lämpötila nousee 800 ℃:seen, hiilenpoistokerroksen paksuus alkoi laskea merkittävästi, sen paksuus putosi puoleen 750 ℃:sta; kun lämpötila jatkaa nousuaan 850 ℃ ja hiilenpoiston paksuus on esitetty kuvassa 1. 800 ℃, koko hiilenpoistokerroksen paksuus alkoi laskea merkittävästi, sen paksuus putosi 750 ℃:iin, kun puoli; kun lämpötila jatkaa nousuaan 850 ℃:seen ja sen yläpuolelle, testiteräksen täyden hiilenpoistokerroksen paksuus pienenee edelleen, puolihiilenpoistokerroksen paksuus alkoi vähitellen kasvaa, kunnes koko hiilenpoistokerroksen morfologia katosi, puolihiilenpoistokerroksen morfologia vähitellen selvä. Voidaan nähdä, että täysin hiilenpoistokerroksen paksuutta lämpötilan noustessa ensin kasvatettiin ja sitten pienennettiin, syynä tähän ilmiöön johtuu näytteen kuumennusprosessissa samasta hapettumis- ja hiilenpoistokäyttäytymisestä vain silloin, kun hiilenpoistonopeus on nopeampi kuin hapettumisnopeus, ilmaantuu hiilenpoistoilmiö. Kuumennuksen alussa täysin hiilenpoistokerroksen paksuus kasvaa vähitellen lämpötilan noustessa, kunnes täysin hiilenpoistokerroksen paksuus saavuttaa maksimiarvon, tällä hetkellä lämpötilan nostamista varten näytteen hapettumisnopeus on nopeampi kuin hiilenpoistonopeus, joka estää täysin hiilenpoistokerroksen kasvun, mikä johtaa laskevaan trendiin. Voidaan nähdä, että alueella 675 ～ 950 ℃ täysin hiilenpoistokerroksen paksuusarvo lämpötilassa 750 ℃ on suurin ja täysin hiilenpoistokerroksen paksuuden arvo lämpötilassa 850 ℃ on pienin, siksi koeteräksen kuumennuslämpötilaksi suositellaan 850 ℃.
Kuva 1 Hiilettömän testiteräksen kerroksen histomorfologia, jota pidettiin eri kuumennuslämpötiloissa 1 tunnin ajan
Puolihiilettömään kerrokseen verrattuna täysin hiilenpoistokerroksen paksuudella on vakavampi negatiivinen vaikutus materiaalin ominaisuuksiin, se heikentää huomattavasti materiaalin mekaanisia ominaisuuksia, kuten lujuutta, kovuutta, kulutuskestävyyttä ja väsymisrajaa. jne. ja lisää myös herkkyyttä halkeamille, mikä vaikuttaa hitsauksen laatuun ja niin edelleen. Siksi täysin hiilenpoistokerroksen paksuuden hallinta on erittäin tärkeää tuotteen suorituskyvyn parantamiseksi. Kuvassa 2 on esitetty täysin hiilenpoistetun kerroksen paksuuden vaihtelukäyrä lämpötilan mukaan, mikä näyttää selkeämmin täysin hiilenpoistetun kerroksen paksuuden vaihtelun. Kuvasta voidaan nähdä, että täysin hiilenpoistokerroksen paksuus on vain noin 34 μm 700 ℃:ssa; lämpötilan noustessa 725 ℃:seen täysin hiilenpoistokerroksen paksuus kasvaa merkittävästi 86 μm:iin, mikä on yli kaksi kertaa täysin hiilenpoistetun kerroksen paksuus lämpötilassa 700 ℃; kun lämpötila nostetaan 750 ℃:een, täysin hiilenpoistokerroksen paksuus Kun lämpötila nousee 750 ℃:iin, täysin hiilenpoistokerroksen paksuus saavuttaa maksimiarvon 120 μm; Lämpötilan noustessa täysin hiiltä poistetun kerroksen paksuus alkaa laskea jyrkästi 70 μm:iin 800 ℃:ssa ja sitten minimiarvoon noin 20 μm:iin 850 ℃:ssa.
Kuva 2 Täysin hiilenpoistokerroksen paksuus eri lämpötiloissa
Hiilenpoiston vaikutus väsymiskykyyn spintaivutuksessa
Hiilenpoiston vaikutuksen jousiteräksen väsymisominaisuuksiin tutkimiseksi suoritettiin kaksi ryhmää pyörivää taivutusväsymystestejä, joista ensimmäinen ryhmä oli väsymistesti ilman hiilenpoistoa ja toinen ryhmä väsymistesti hiilenpoiston jälkeen samalla jännityksellä. tasolla (810 MPa), ja hiilenpoistoprosessia pidettiin 700-850 ℃:ssa 1 tunnin ajan. Ensimmäinen näyteryhmä on esitetty taulukossa 2, joka on jousiteräksen väsymisikä.
Ensimmäisen näyteryhmän väsymisikä on esitetty taulukossa 2. Kuten taulukosta 2 voidaan nähdä, ilman hiilenpoistoa testiteräkselle suoritettiin vain 107 sykliä 810 MPa:n paineessa, eikä murtumaa tapahtunut; kun jännitystaso ylitti 830 MPa, osa näytteistä alkoi murtua; kun jännitystaso ylitti 850 MPa, kaikki väsymisnäytteet murtuivat.
Taulukko 2 Väsymyselämä eri stressitasoilla (ilman hiilenpoistoa)
Väsymisrajan määrittämiseksi koeteräksen väsymisraja määritetään ryhmämenetelmällä ja tulosten tilastollisen analyysin jälkeen koeteräksen väsymisraja on noin 760 MPa; koeteräksen väsymisiän karakterisoimiseksi eri jännityksissä piirretään SN-käyrä kuvan 3 mukaisesti. Kuten kuvasta 3 voidaan nähdä, erilaiset jännitystasot vastaavat erilaista väsymisikää, kun väsymisikä on 7 , joka vastaa jaksojen lukumäärää 107:lle, mikä tarkoittaa, että näyte näissä olosuhteissa on läpi tilan, vastaava jännitysarvo voidaan arvioida väsymislujuusarvoksi, eli 760 MPa. Voidaan nähdä, että S - N -käyrä on tärkeä materiaalin väsymisiän määrittämisen kannalta, sillä on tärkeä vertailuarvo.
Kuva 3 Teräksen kokeellisen pyörivän taivutusväsymystestin SN-käyrä
Toisen näyteryhmän väsymisikä on esitetty taulukossa 3. Kuten taulukosta 3 voidaan nähdä, sen jälkeen kun testiteräs on poistettu hiilestä eri lämpötiloissa, syklien määrä vähenee selvästi, ja niitä on yli 107, ja kaikki väsymysnäytteet murtuvat ja väsymisikä lyhenee huomattavasti. Yhdessä edellä mainitun hiilenpoistokerroksen paksuuden kanssa, jossa lämpötilan muutoskäyrä voidaan nähdä, 750 ℃ hiilenpoistokerroksen paksuus on suurin, mikä vastaa alinta väsymisajan arvoa. 850 ℃ hiilenpoistetun kerroksen paksuus on pienin, mikä vastaa väsymisaikaa, joka on suhteellisen korkea. Voidaan nähdä, että hiilenpoistokäyttäytyminen vähentää suuresti materiaalin väsymiskykyä, ja mitä paksumpi hiilenpoistokerros, sitä lyhyempi väsymisikä.
Taulukko 3 Väsymisikä eri hiilenpoistolämpötiloissa (560 MPa)
Näytteen väsymismurtuman morfologiaa tarkkailtiin pyyhkäisyelektronimikroskoopilla, kuten kuvassa 4 on esitetty. Kuva 4(a) halkeaman lähdealueelle, kuvasta voidaan nähdä ilmeinen väsymiskaari, väsymiskaaren mukaan lähteen löytämiseksi väsymys, voidaan nähdä, halkeama lähde "kalansilmä" ei-metallisten sulkeumien, sulkeumat helposti aiheuttaa stressin keskittyminen, mikä johtaa väsymyshalkeamia; Kuva 4(b) halkeaman laajenemisalueen morfologiaa varten, voidaan nähdä selviä väsymisraitoja, oli jokimainen jakautuma, kuuluu kvasi-dissosiatiiviseen murtumaan, jossa halkeamat laajenevat, mikä lopulta johtaa murtumaan. Kuva 4(b) esittää halkeaman laajenemisalueen morfologiaa, ilmeisiä väsymisraitoja voidaan nähdä jokimaisena jakautumana, joka kuuluu kvasi-dissosiatiiviseen murtumaan, ja halkeamien jatkuvan laajenemisen myötä, mikä lopulta johtaa murtumaan. .
Väsymysmurtuman analyysi
Kuva 4 Koeteräksen väsymismurtumapinnan SEM-morfologia
Inkluusioiden tyypin määrittämiseksi kuvassa 4 suoritettiin energiaspektrikoostumusanalyysi, ja tulokset on esitetty kuvassa 5. Voidaan nähdä, että ei-metalliset sulkeumat ovat pääasiassa Al2O3-sulkeumia, mikä osoittaa, että sulkeumat ovat pääasiallinen inkluusioiden halkeilun aiheuttamien halkeamien lähde.
Kuva 5 Ei-metallisten sulkeumien energiaspektroskopia
Päätä
(1) Kuumennuslämpötilan asettaminen 850 ℃:seen minimoi hiilenpoistokerroksen paksuuden, mikä vähentää vaikutusta väsymiskykyyn.
(2) Koeteräksen pyöritystaivutuksen väsymisraja on 760 MPa.
(3) Testiteräksen halkeilu ei-metallisissa sulkeutumissa, pääasiassa Al2O3-seoksessa.
(4) hiilenpoisto lyhentää merkittävästi testiteräksen väsymisikää, mitä paksumpi hiilenpoistokerros, sitä pienempi väsymisikä.
Postitusaika: 21.6.2024