Скенирачки електронски микроскоп беше користен за набљудување на фрактурата од замор и анализа на механизмот на фрактура; во исто време, тест за замор од свиткување на спин беше спроведен на декарбуризираните примероци на различни температури за да се спореди животниот век на замор на испитуваниот челик со и без декарбуризација, и да се анализира ефектот на декарбуризацијата врз перформансите на замор на испитуваниот челик. Резултатите покажуваат дека, поради истовременото постоење на оксидација и декарбуризација во процесот на загревање, интеракцијата помеѓу двете, што резултира со дебелина на целосно декарбуризираниот слој со растот на температурата покажува тренд на зголемување, а потоа намалување, дебелината на целосно декарбуризираниот слој достигнува максимална вредност од 120 μm на 750 ℃, а дебелината на целосно декарбуризираниот слој достигнува минимална вредност од 20 μm на 850 ℃, а границата на замор на испитуваниот челик е околу 760 MPa, а изворот на пукнатини од замор во испитуваниот челик се главно неметални инклузии од Al2O3; Однесувањето на декарбуризацијата значително го намалува векот на траење на замор на испитниот челик, што влијае на перформансите на замор на испитниот челик. Колку е подебел слојот за декарбуризација, толку е помал векот на траење на замор. За да се намали влијанието на слојот за декарбуризација врз перформансите на замор на испитниот челик, оптималната температура на термичка обработка на испитниот челик треба да биде поставена на 850℃.
Опремата е важен дел од автомобилотПоради работата со голема брзина, мрежестиот дел од површината на запчаникот мора да има висока цврстина и отпорност на абење, а коренот на забот мора да има добри перформанси на замор од свиткување поради постојаното повторувачко оптоварување, со цел да се избегнат пукнатини што доведуваат до кршење на материјалот. Истражувањата покажуваат дека декарбуризацијата е важен фактор што влијае на перформансите на замор од спин-свиткување на металните материјали, а перформансите на замор од спин-свиткување се важен индикатор за квалитетот на производот, па затоа е потребно да се проучи однесувањето на декарбуризацијата и перформансите на замор од спин-свиткување на испитниот материјал.
Во овој труд, печката за термичка обработка на тестот за декарбуризација на површината на запчаник челик 20CrMnTi, анализира различни температури на загревање на длабочината на слојот за декарбуризација на тест челикот, менувајќи го законот; користејќи ја едноставната машина за тестирање на замор на зракот QBWP-6000J на тестот за замор при ротационо свиткување на тест челикот, одредувајќи ги перформансите на замор на тест челикот, а во исто време да се анализира влијанието на декарбуризацијата врз перформансите на замор на тест челикот за вистинското производство за да се подобри процесот на производство, да се подобри квалитетот на производите и да се обезбеди разумна референца. Перформансите на замор на тест челикот се одредуваат со машина за тестирање на замор при спин-свиткување.
1. Материјали и методи за тестирање
Материјалот за тестирање за единицата треба да обезбеди 20CrMnTi запчаник челик, главниот хемиски состав е прикажан во Табела 1. Тест за декарбуризација: материјалот за тестирање се преработува во цилиндричен примерок Ф8 mm × 12 mm, површината треба да биде светла без дамки. Термичка обработка печка беше загреана на 675 ℃, 700 ℃, 725 ℃, 750 ℃, 800 ℃, 850 ℃, 900 ℃, 950 ℃, 1000 ℃, во примерокот и држете го 1 час, а потоа се лади на воздух на собна температура. По термичката обработка на примерокот со стврднување, мелење и полирање, со 4% раствор на азотна киселина алкохол за ерозија, со употреба на металуршка микроскопија за да се набљудува декарбуризацискиот слој на тест челикот, мерејќи ја длабочината на декарбуризацискиот слој на различни температури. Тест на замор од спин-свиткување: материјалот за тестирање е обработен според барањата на две групи примероци од замор од спин-свиткување, првата група не врши тест за декарбуризација, втората група врши тест за декарбуризација на различни температури. Користејќи машина за тестирање на замор од спин-свиткување, двете групи од тест челик се тестираат за замор од спин-свиткување, се одредува границата на замор на двете групи од тест челик, се споредува животниот век на замор на двете групи од тест челик, се користи скенирачки електронски микроскоп за набљудување на фрактура со замор, се анализираат причините за фрактурата на примерокот, се истражува ефектот на декарбуризацијата врз својствата на замор на тест челикот.
Табела 1 Хемиски состав (масен удел) на тест челикот wt%
Влијание на температурата на греење врз декарбуризацијата
Морфологијата на организацијата на декарбуризацијата при различни температури на греење е прикажана на Сл. 1. Како што може да се види од сликата, кога температурата е 675 ℃, на површината на примерокот не се појавува декарбуризациски слој; кога температурата се искачува на 700 ℃, на површината на примерокот почна да се појавува декарбуризациски слој, за тенкиот феритен декарбуризациски слој; со зголемување на температурата на 725 ℃, дебелината на декарбуризацискиот слој на површината на примерокот значително се зголеми; на 750 ℃ дебелината на декарбуризацискиот слој ја достигнува својата максимална вредност, во овој момент, феритното зрно е појасно, грубо; кога температурата се искачува на 800 ℃, дебелината на декарбуризацискиот слој почна значително да се намалува, нејзината дебелина падна на половина од 750 ℃; кога температурата продолжува да се зголемува на 850 ℃ и дебелината на декарбуризацијата е прикажана на Сл. 1. 800 ℃, целосната дебелина на декарбуризацискиот слој почна значително да се намалува, нејзината дебелина падна на 750 ℃ кога е половина; Кога температурата продолжува да се зголемува до 850 ℃ и погоре, дебелината на слојот за целосно декарбуризација на тест челикот продолжува да се намалува, дебелината на половина од слојот за декарбуризација почнува постепено да се зголемува сè додека морфологијата на слојот за целосна декарбуризација не исчезне, а морфологијата на слојот за половина од декарбуризацијата постепено се чисти. Може да се види дека дебелината на целосно декарбуризираниот слој со зголемување на температурата прво се зголемува, а потоа се намалува, причината за овој феномен е што примерокот во процесот на загревање се одвива истовремено со оксидацијата и декарбуризацијата, само кога стапката на декарбуризација е побрза од брзината на оксидација, ќе се појави феномен на декарбуризација. На почетокот на загревањето, дебелината на целосно декарбуризираниот слој постепено се зголемува со зголемување на температурата сè додека дебелината на целосно декарбуризираниот слој не ја достигне максималната вредност, во овој момент за да продолжи да ја зголемува температурата, стапката на оксидација на примерокот е побрза од стапката на декарбуризација, што го инхибира зголемувањето на целосно декарбуризираниот слој, што резултира со тренд на опаѓање. Може да се види дека, во опсег од 675 ~ 950 ℃, вредноста на дебелината на целосно декарбуризираниот слој на 750 ℃ е најголема, а вредноста на дебелината на целосно декарбуризираниот слој на 850 ℃ е најмала, затоа, се препорачува температурата на загревање на тест челикот да биде 850 ℃.
Сл.1 Хистоморфологија на декарбуризиран слој од тест челик држен на различни температури на загревање во текот на 1 час
Во споредба со полудекарбуризираниот слој, дебелината на целосно декарбуризираниот слој има посериозно негативно влијание врз својствата на материјалот, значително ги намалува механичките својства на материјалот, како што се намалување на цврстината, тврдоста, отпорноста на абење и границата на замор итн., а исто така ја зголемува чувствителноста на пукнатини, што влијае на квалитетот на заварувањето и така натаму. Затоа, контролирањето на дебелината на целосно декарбуризираниот слој е од големо значење за подобрување на перформансите на производот. Слика 2 ја прикажува кривата на варијација на дебелината на целосно декарбуризираниот слој со температурата, што појасно ја покажува варијацијата на дебелината на целосно декарбуризираниот слој. Од сликата може да се види дека дебелината на целосно декарбуризираниот слој е само околу 34 μm на 700℃; со зголемување на температурата до 725℃, дебелината на целосно декарбуризираниот слој значително се зголемува на 86 μm, што е повеќе од двојно од дебелината на целосно декарбуризираниот слој на 700℃; Кога температурата се покачува на 750 ℃, дебелината на целосно декарбуризираниот слој достигнува максимална вредност од 120 μm; како што температурата продолжува да расте, дебелината на целосно декарбуризираниот слој почнува нагло да се намалува, до 70 μm на 800 ℃, а потоа до минимална вредност од околу 20 μm на 850 ℃.
Сл.2 Дебелина на целосно декарбуризиран слој на различни температури
Ефект на декарбуризацијата врз перформансите на замор при спин-свиткување
За да се проучи ефектот на декарбуризацијата врз својствата на замор на пружинскиот челик, беа спроведени две групи тестови за замор од спин-свиткување, првата група беше директно тестирање на замор без декарбуризација, а втората група беше тестирање на замор по декарбуризација на исто ниво на напрегање (810 MPa), а процесот на декарбуризација се одржа на 700-850 ℃ во тек на 1 час. Првата група примероци е прикажана во Табела 2, што е векот на траење на заморот на пружинскиот челик.
Животниот век на замор на првата група примероци е прикажан во Табела 2. Како што може да се види од Табела 2, без декарбуризација, испитуваниот челик бил подложен само на 107 циклуси на 810 MPa и не се случило кршење; кога нивото на напрегање надминало 830 MPa, некои од примероците почнале да се кршат; кога нивото на напрегање надминало 850 MPa, сите примероци од замор биле скршени.
Табела 2 Живот на замор под различни нивоа на стрес (без декарбуризација)
За да се одреди границата на замор, се користи групниот метод за да се одреди границата на замор на испитуваниот челик, а по статистичка анализа на податоците, границата на замор на испитуваниот челик е околу 760 MPa; за да се карактеризира векот на замор на испитуваниот челик под различни напрегања, се црта кривата SN, како што е прикажано на Слика 3. Како што може да се види од Слика 3, различните нивоа на напрегање одговараат на различен век на замор, кога векот на замор е 7, што одговара на бројот на циклуси за 107, што значи дека примерокот под овие услови е низ состојбата, соодветната вредност на напрегање може да се приближи како вредност на јачината на замор, односно 760 MPa. Може да се види дека кривата S - N е важна за одредување на векот на замор на материјалот, бидејќи има важна референтна вредност.
Слика 3 SN крива на експериментален тест за замор при ротационо свиткување на челик
Животот на замор на втората група примероци е прикажан во Табела 3. Како што може да се види од Табела 3, откако тест челикот е декарбуризиран на различни температури, бројот на циклуси е очигледно намален, и тие се повеќе од 107, а сите примероци на замор се скршени, а животниот век на замор е значително намален. Во комбинација со горенаведената дебелина на декарбуризираниот слој со кривата на промена на температурата може да се види дека дебелината на декарбуризираниот слој е најголема, што одговара на најниската вредност на животниот век на замор. Дебелината на декарбуризираниот слој е најмала, што одговара на вредноста на животниот век на замор е релативно висока. Може да се види дека однесувањето на декарбуризација значително ги намалува перформансите на замор на материјалот, а колку е подебел декарбуризираниот слој, толку е помал животниот век на замор.
Табела 3 Животен век на замор при различни температури на декарбуризација (560 MPa)
Морфологијата на фрактура од замор на примерокот беше набљудувана со скенирачки електронски микроскоп, како што е прикажано на Сл. 4. На Слика 4(а) за областа на изворот на пукнатината, на сликата може да се види очигледен лак на замор, според лакот на замор за да се пронајде изворот на заморот, може да се види изворот на пукнатината за неметални инклузии во форма на „рибино око“, инклузии на лесно предизвикувачката концентрација на стрес, што резултира со пукнатини од замор; Сл. 4(б) за морфологијата на областа на проширување на пукнатината, може да се видат очигледни ленти од замор, со дистрибуција слична на река, што припаѓа на квази-дисоцијативна фрактура, при што пукнатините се шират, што на крајот доведува до фрактура. Слика 4(б) ја покажува морфологијата на областа на проширување на пукнатината, може да се видат очигледни ленти од замор, во форма на дистрибуција слична на река, што припаѓа на квази-дисоцијативна фрактура, и со континуирано ширење на пукнатините, што на крајот доведува до фрактура.
Анализа на фрактури од замор
Сл.4 SEM морфологија на површината на фрактура од замор кај експериментален челик
За да се утврди типот на инклузии на Сл. 4, беше спроведена анализа на составот на енергетскиот спектар, а резултатите се прикажани на Сл. 5. Може да се види дека неметалните инклузии се главно инклузии на Al2O3, што укажува дека инклузиите се главен извор на пукнатини предизвикани од пукање на инклузиите.
Слика 5 Енергетска спектроскопија на неметални инклузии
Заклучи
(1) Поставувањето на температурата на греење на 850 ℃ ќе ја минимизира дебелината на декарбуризираниот слој за да се намали ефектот врз перформансите на замор.
(2) Границата на замор при испитувањето на спин-свиткувањето на челикот е 760 MPa.
(3) Тест за пукање на челик во неметални инклузии, главно мешавина од Al2O3.
(4) декарбуризацијата сериозно го намалува векот на траење на замор на тест челикот, колку е подебел слојот за декарбуризација, толку е помал векот на траење на замор.
Време на објавување: 21 јуни 2024 година
