Mikroskop elektron imbasan digunakan untuk memerhatikan patah lesu dan menganalisis mekanisme patah; pada masa yang sama, ujian lesu lenturan putaran dijalankan pada spesimen yang dinyahkarbon pada suhu yang berbeza untuk membandingkan jangka hayat lesu keluli ujian dengan dan tanpa penyahkarbonan, dan untuk menganalisis kesan penyahkarbonan terhadap prestasi lesu keluli ujian. Keputusan menunjukkan bahawa, disebabkan oleh kewujudan pengoksidaan dan penyahkarbonan secara serentak dalam proses pemanasan, interaksi antara kedua-duanya, yang mengakibatkan ketebalan lapisan yang dinyahkarbonkan sepenuhnya dengan pertumbuhan suhu menunjukkan trend peningkatan dan kemudian penurunan, ketebalan lapisan yang dinyahkarbonkan sepenuhnya mencapai nilai maksimum 120 μm pada 750 ℃, dan ketebalan lapisan yang dinyahkarbonkan sepenuhnya mencapai nilai minimum 20 μm pada 850 ℃, dan had lesu keluli ujian adalah kira-kira 760 MPa, dan sumber retakan lesu dalam keluli ujian terutamanya adalah kemasukan bukan logam Al2O3; Tingkah laku penyahkarbonan dapat mengurangkan jangka hayat lesu keluli ujian dengan ketara, yang mempengaruhi prestasi lesu keluli ujian. Semakin tebal lapisan penyahkarbonan, semakin rendah jangka hayat lesu. Untuk mengurangkan kesan lapisan penyahkarbonan terhadap prestasi lesu keluli ujian, suhu rawatan haba optimum keluli ujian hendaklah ditetapkan pada 850℃.
Gear merupakan komponen penting dalam kereta,disebabkan oleh operasi pada kelajuan tinggi, bahagian jejaring permukaan gear mesti mempunyai kekuatan dan rintangan lelasan yang tinggi, dan akar gigi mesti mempunyai prestasi keletihan lenturan yang baik disebabkan oleh beban berulang yang berterusan, untuk mengelakkan retakan yang mengakibatkan keretakan bahan. Kajian menunjukkan bahawa penyahkarbonan merupakan faktor penting yang mempengaruhi prestasi keletihan lenturan putaran bahan logam, dan prestasi keletihan lenturan putaran merupakan petunjuk penting kualiti produk, jadi perlu untuk mengkaji tingkah laku penyahkarbonan dan prestasi keletihan lenturan putaran bahan ujian.
Dalam kertas kerja ini, relau rawatan haba pada ujian penyahkarbonan permukaan keluli gear 20CrMnTi, menganalisis suhu pemanasan yang berbeza pada kedalaman lapisan penyahkarbonan keluli ujian dengan perubahan hukum; menggunakan mesin ujian keletihan rasuk mudah QBWP-6000J pada ujian keletihan lenturan putar keluli ujian, penentuan prestasi keletihan keluli ujian, dan pada masa yang sama menganalisis kesan penyahkarbonan pada prestasi keletihan keluli ujian untuk pengeluaran sebenar bagi meningkatkan proses pengeluaran, meningkatkan kualiti produk dan memberikan rujukan yang munasabah. Prestasi keletihan keluli ujian ditentukan oleh mesin ujian keletihan lenturan putaran.
1. Bahan dan kaedah ujian
Bahan ujian untuk unit untuk menyediakan keluli gear 20CrMnTi, komposisi kimia utama seperti yang ditunjukkan dalam Jadual 1. Ujian penyahkarbonan: bahan ujian diproses menjadi spesimen silinder Ф8 mm × 12 mm, permukaannya harus cerah tanpa noda. Relau rawatan haba dipanaskan hingga 675 ℃, 700 ℃, 725 ℃, 750 ℃, 800 ℃, 850 ℃, 900 ℃, 950 ℃, 1,000 ℃, ke dalam spesimen dan tahan 1 jam, dan kemudian disejukkan ke suhu bilik. Selepas rawatan haba spesimen dengan menetapkan, mengisar dan menggilap, dengan 4% hakisan larutan alkohol asid nitrik, penggunaan mikroskopi metalurgi untuk memerhatikan lapisan penyahkarbonan keluli ujian, mengukur kedalaman lapisan penyahkarbonan pada suhu yang berbeza. Ujian keletihan lenturan putaran: bahan ujian mengikut keperluan pemprosesan dua kumpulan spesimen keletihan lenturan putaran, kumpulan pertama tidak menjalankan ujian penyahkarbonan, kumpulan kedua ujian penyahkarbonan pada suhu yang berbeza. Menggunakan mesin ujian keletihan lenturan putaran, dua kumpulan keluli ujian untuk ujian keletihan lenturan putaran, penentuan had keletihan dua kumpulan keluli ujian, perbandingan hayat keletihan dua kumpulan keluli ujian, penggunaan pemerhatian patah keletihan mikroskop elektron imbasan, analisis sebab-sebab patah spesimen, untuk meneroka kesan penyahkarbonan sifat keletihan keluli ujian.
Jadual 1 Komposisi kimia (pecahan jisim) keluli ujian wt%
Kesan suhu pemanasan terhadap penyahkarbonan
Morfologi organisasi penyahkarbonan di bawah suhu pemanasan yang berbeza ditunjukkan dalam Rajah 1. Seperti yang dapat dilihat dari rajah tersebut, apabila suhu adalah 675 ℃, lapisan penyahkarbonan tidak kelihatan pada permukaan sampel; apabila suhu meningkat kepada 700 ℃, lapisan penyahkarbonan permukaan sampel mula muncul, untuk lapisan penyahkarbonan ferit nipis; dengan suhu meningkat kepada 725 ℃, ketebalan lapisan penyahkarbonan permukaan sampel meningkat dengan ketara; ketebalan lapisan penyahkarbonan 750 ℃ mencapai nilai maksimumnya, pada masa ini, butiran ferit lebih jelas dan kasar; apabila suhu meningkat kepada 800 ℃, ketebalan lapisan penyahkarbonan mula berkurangan dengan ketara, ketebalannya jatuh kepada separuh daripada 750 ℃; apabila suhu terus meningkat kepada 850 ℃ dan ketebalan penyahkarbonan ditunjukkan dalam Rajah 1. 800 ℃, ketebalan lapisan penyahkarbonan penuh mula berkurangan dengan ketara, ketebalannya jatuh kepada 750 ℃ apabila separuh; Apabila suhu terus meningkat kepada 850 ℃ dan ke atas, ketebalan lapisan penyahkarbonan penuh keluli ujian terus berkurangan, ketebalan lapisan penyahkarbonan separuh mula meningkat secara beransur-ansur sehingga morfologi lapisan penyahkarbonan penuh hilang, morfologi lapisan penyahkarbonan separuh secara beransur-ansur jelas. Dapat dilihat bahawa ketebalan lapisan penyahkarbonan sepenuhnya dengan peningkatan suhu pertama kali meningkat dan kemudian dikurangkan, sebab fenomena ini adalah disebabkan oleh sampel dalam proses pemanasan pada masa yang sama tingkah laku pengoksidaan dan penyahkarbonan, hanya apabila kadar penyahkarbonan lebih cepat daripada kelajuan pengoksidaan akan muncul fenomena penyahkarbonan. Pada permulaan pemanasan, ketebalan lapisan penyahkarbonan sepenuhnya meningkat secara beransur-ansur dengan peningkatan suhu sehingga ketebalan lapisan penyahkarbonan sepenuhnya mencapai nilai maksimum, pada masa ini untuk terus meningkatkan suhu, kadar pengoksidaan spesimen lebih cepat daripada kadar penyahkarbonan, yang menghalang peningkatan lapisan penyahkarbonan sepenuhnya, mengakibatkan trend menurun. Dapat dilihat bahawa, dalam julat 675 ~ 950 ℃, nilai ketebalan lapisan yang dinyahkarbon sepenuhnya pada 750 ℃ adalah yang terbesar, dan nilai ketebalan lapisan yang dinyahkarbon sepenuhnya pada 850 ℃ adalah yang terkecil, oleh itu, suhu pemanasan keluli ujian disyorkan pada 850 ℃.
Rajah 1 Histomorfologi lapisan keluli ujian yang dinyahkarbonkan yang dipegang pada suhu pemanasan yang berbeza selama 1 jam
Berbanding dengan lapisan separa dekarburisasi, ketebalan lapisan dekarburisasi sepenuhnya mempunyai kesan negatif yang lebih serius terhadap sifat bahan, ia akan mengurangkan sifat mekanikal bahan dengan ketara, seperti mengurangkan kekuatan, kekerasan, rintangan haus dan had keletihan, dan sebagainya, dan juga meningkatkan sensitiviti terhadap retakan, yang menjejaskan kualiti kimpalan dan sebagainya. Oleh itu, mengawal ketebalan lapisan dekarburisasi sepenuhnya adalah sangat penting untuk meningkatkan prestasi produk. Rajah 2 menunjukkan lengkung variasi ketebalan lapisan dekarburisasi sepenuhnya dengan suhu, yang menunjukkan variasi ketebalan lapisan dekarburisasi sepenuhnya dengan lebih jelas. Dapat dilihat daripada rajah bahawa ketebalan lapisan dekarburisasi sepenuhnya hanya kira-kira 34μm pada 700℃; dengan suhu meningkat kepada 725℃, ketebalan lapisan dekarburisasi sepenuhnya meningkat dengan ketara kepada 86 μm, iaitu lebih daripada dua kali ganda ketebalan lapisan dekarburisasi sepenuhnya pada 700℃; Apabila suhu dinaikkan kepada 750 ℃, ketebalan lapisan yang dinyahkarbon sepenuhnya akan mencapai nilai maksimum 120 μm; apabila suhu terus meningkat, ketebalan lapisan yang dinyahkarbon sepenuhnya akan mula berkurangan dengan mendadak, kepada 70 μm pada 800 ℃, dan kemudian kepada nilai minimum kira-kira 20μm pada 850 ℃.
Rajah 2 Ketebalan lapisan yang dinyahkarbon sepenuhnya pada suhu yang berbeza
Kesan penyahkarbonan terhadap prestasi keletihan dalam lenturan putaran
Untuk mengkaji kesan penyahkarbonan terhadap sifat lesu keluli spring, dua kumpulan ujian lesu lenturan spin telah dijalankan, kumpulan pertama menjalani ujian lesu secara langsung tanpa penyahkarbonan, dan kumpulan kedua menjalani ujian lesu selepas penyahkarbonan pada tahap tegasan yang sama (810 MPa), dan proses penyahkarbonan diadakan pada 700-850 ℃ selama 1 jam. Kumpulan spesimen pertama ditunjukkan dalam Jadual 2, iaitu jangka hayat lesu keluli spring.
Jangka hayat lesu bagi kumpulan spesimen pertama ditunjukkan dalam Jadual 2. Seperti yang dapat dilihat daripada Jadual 2, tanpa penyahkarbonan, keluli ujian hanya tertakluk kepada 107 kitaran pada 810 MPa, dan tiada keretakan berlaku; apabila tahap tegasan melebihi 830 MPa, sebahagian spesimen mula patah; apabila tahap tegasan melebihi 850 MPa, kesemua spesimen lesu telah patah.
Jadual 2 Jangka hayat keletihan di bawah tahap tekanan yang berbeza (tanpa penyahkarbonan)
Untuk menentukan had keletihan, kaedah kumpulan digunakan untuk menentukan had keletihan keluli ujian, dan selepas analisis statistik data, had keletihan keluli ujian adalah kira-kira 760 MPa; untuk mencirikan hayat keletihan keluli ujian di bawah tekanan yang berbeza, lengkung SN diplotkan, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 3. Seperti yang dapat dilihat dari Rajah 3, tahap tekanan yang berbeza sepadan dengan hayat keletihan yang berbeza, apabila hayat keletihan 7, sepadan dengan bilangan kitaran untuk 107, yang bermaksud bahawa spesimen di bawah keadaan ini melalui keadaan, nilai tekanan yang sepadan boleh dianggarkan sebagai nilai kekuatan keletihan, iaitu 760 MPa. Dapat dilihat bahawa lengkung S - N adalah penting untuk penentuan hayat keletihan bahan mempunyai nilai rujukan yang penting.
Rajah 3 Lengkung SN bagi ujian keletihan lenturan putar keluli eksperimental
Jangka hayat lesu bagi kumpulan spesimen kedua ditunjukkan dalam Jadual 3. Seperti yang dapat dilihat daripada Jadual 3, selepas keluli ujian dinyahkarbonisasi pada suhu yang berbeza, bilangan kitaran jelas berkurangan, dan ia melebihi 107, dan semua spesimen lesu patah, dan jangka hayat lesu berkurangan dengan ketara. Digabungkan dengan ketebalan lapisan dinyahkarbonisasi di atas dengan lengkung perubahan suhu yang dapat dilihat, ketebalan lapisan dinyahkarbonisasi 750 ℃ adalah yang terbesar, sepadan dengan nilai jangka hayat lesu yang terendah. Ketebalan lapisan dinyahkarbonisasi 850 ℃ adalah yang terkecil, sepadan dengan nilai jangka hayat lesu yang agak tinggi. Dapat dilihat bahawa tingkah laku penyahkarbonan mengurangkan prestasi lesu bahan dengan ketara, dan semakin tebal lapisan dinyahkarbonisasi, semakin rendah jangka hayat lesu.
Jadual 3 Jangka hayat lesu pada suhu penyahkarbonan yang berbeza (560 MPa)
Morfologi patah lesu spesimen telah diperhatikan dengan mikroskop elektron imbasan, seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 4. Rajah 4(a) untuk kawasan sumber retakan, rajah tersebut boleh dilihat arka lesu yang jelas, mengikut arka lesu untuk mencari sumber lesu, boleh dilihat, sumber retakan untuk rangkuman bukan logam "mata ikan", rangkuman pada kepekatan tegasan yang mudah menyebabkan, mengakibatkan retakan lesu; Rajah 4(b) untuk morfologi kawasan peluasan retakan, boleh dilihat jalur lesu yang jelas, adalah taburan seperti sungai, tergolong dalam patah kuasi-disosiatif, dengan retakan mengembang, akhirnya membawa kepada patah. Rajah 4(b) menunjukkan morfologi kawasan pengembangan retakan, jalur lesu yang jelas boleh dilihat, dalam bentuk taburan seperti sungai, yang tergolong dalam patah kuasi-disosiatif, dan dengan pengembangan retakan yang berterusan, akhirnya membawa kepada patah.
Analisis patah tulang keletihan
Rajah 4 Morfologi SEM permukaan patah lesu keluli eksperimen
Untuk menentukan jenis rangkuman dalam Rajah 4, analisis komposisi spektrum tenaga telah dijalankan, dan hasilnya ditunjukkan dalam Rajah 5. Dapat dilihat bahawa rangkuman bukan logam terutamanya adalah rangkuman Al2O3, menunjukkan bahawa rangkuman tersebut merupakan sumber utama retakan yang disebabkan oleh retakan rangkuman.
Rajah 5 Spektroskopi Tenaga bagi Rangkuman Bukan Logam
Kesimpulan
(1) Kedudukan suhu pemanasan pada 850 ℃ akan meminimumkan ketebalan lapisan yang dinyahkarbonkan untuk mengurangkan kesan pada prestasi keletihan.
(2) Had keletihan lenturan putaran keluli ujian ialah 760 MPa.
(3) Ujian keretakan keluli dalam rangkuman bukan logam, terutamanya campuran Al2O3.
(4) Penyahkarbonan mengurangkan jangka hayat lesu keluli ujian dengan ketara, semakin tebal lapisan penyahkarbonan, semakin rendah jangka hayat lesu.
Masa siaran: 21 Jun 2024
