Skenirajući elektronski mikroskop korišten je za posmatranje loma usljed zamora i analizu mehanizma loma; istovremeno je proveden test zamora rotirajućem savijanjem na dekarburiziranim uzorcima na različitim temperaturama kako bi se uporedio vijek trajanja do zamora ispitivanog čelika sa i bez dekarburizacije, te analizirao utjecaj dekarburizacije na performanse zamora ispitivanog čelika. Rezultati pokazuju da, zbog istovremenog postojanja oksidacije i dekarburizacije u procesu zagrijavanja, interakcija između ta dva procesa rezultira time da debljina potpuno dekarburiziranog sloja s porastom temperature pokazuje trend povećanja, a zatim smanjenja. Debljina potpuno dekarburiziranog sloja dostiže maksimalnu vrijednost od 120 μm na 750 ℃, a debljina potpuno dekarburiziranog sloja dostiže minimalnu vrijednost od 20 μm na 850 ℃. Granica zamora ispitivanog čelika je oko 760 MPa. Izvor pukotina usljed zamora u ispitivanom čeliku su uglavnom nemetalni inkluzije Al2O3. Ponašanje dekarburizacije značajno smanjuje vijek trajanja ispitivanog čelika pri zamoru, što utiče na performanse zamora ispitivanog čelika. Što je sloj dekarburizacije deblji, to je vijek trajanja pri zamoru niži. Kako bi se smanjio utjecaj sloja dekarburizacije na performanse zamora ispitivanog čelika, optimalna temperatura termičke obrade ispitivanog čelika treba biti postavljena na 850℃.
Mjenjač je važan dio automobilaZbog rada pri velikim brzinama, dio površine zupčanika koji se spaja mora imati visoku čvrstoću i otpornost na abraziju, a korijen zuba mora imati dobre performanse zamora pri savijanju zbog konstantnog ponovljenog opterećenja, kako bi se izbjegle pukotine koje dovode do loma materijala. Istraživanja pokazuju da je dekarburizacija važan faktor koji utiče na performanse zamora pri savijanju rotacijom metalnih materijala, a performanse zamora pri savijanju rotacijom su važan pokazatelj kvaliteta proizvoda, tako da je potrebno proučiti ponašanje dekarburizacije i performanse zamora pri savijanju rotacijom ispitivanog materijala.
U ovom radu, peć za termičku obradu na testu dekarburizacije površine čelika za zupčanike 20CrMnTi analizira različite temperature zagrijavanja na dubinu sloja dekarburizacije ispitivanog čelika u zavisnosti od zakona promjene; korištenjem jednostavne mašine za ispitivanje zamora grede QBWP-6000J na testu zamora rotacijskim savijanjem ispitivanog čelika, određivanje performansi zamora ispitivanog čelika, a istovremeno analiza utjecaja dekarburizacije na performanse zamora ispitivanog čelika za stvarnu proizvodnju radi poboljšanja proizvodnog procesa, povećanja kvalitete proizvoda i pružanja razumne reference. Performanse zamora ispitivanog čelika određuju se pomoću mašine za ispitivanje zamora rotacijskim savijanjem.
1. Materijali i metode ispitivanja
Ispitni materijal za jedinicu za dobivanje 20CrMnTi čelika za zupčanike, glavni hemijski sastav prikazan je u Tablici 1. Ispitivanje dekarburizacije: ispitivani materijal se obrađuje u cilindrični uzorak dimenzija Ф8 mm × 12 mm, površina treba biti sjajna i bez mrlja. Peć za termičku obradu zagrijava se na 675 ℃, 700 ℃, 725 ℃, 750 ℃, 800 ℃, 850 ℃, 900 ℃, 950 ℃, 1.000 ℃, ubrizgava se u uzorak i drži 1 sat, a zatim se hladi na zraku do sobne temperature. Nakon termičke obrade uzorka fiksiranjem, brušenjem i poliranjem, erozijom s 4% otopinom azotne kiseline i alkohola, korištenjem metalurške mikroskopije za promatranje sloja dekarburizacije ispitivanog čelika, mjereći dubinu sloja dekarburizacije na različitim temperaturama. Ispitivanje zamora rotirajućeg savijanja: ispitni materijal obrađuje se prema zahtjevima obrade dvije grupe uzoraka za zamor rotirajućeg savijanja. Prva grupa ne provodi ispitivanje dekarburizacije, a druga grupa provodi ispitivanje dekarburizacije na različitim temperaturama. Korištenjem mašine za ispitivanje zamora rotirajućeg savijanja, dvije grupe ispitivanih čelika su ispitane za ispitivanje zamora rotirajućeg savijanja, određivanje granice zamora dvije grupe ispitivanih čelika, poređenje vijeka trajanja zamora dvije grupe ispitivanih čelika, korištenje skenirajućeg elektronskog mikroskopa za posmatranje loma usljed zamora, analiza uzroka loma uzorka, istraživanje utjecaja dekarburizacije na svojstva zamora ispitivanog čelika.
Tabela 1 Hemijski sastav (maseni udio) ispitivanog čelika, težinski %
Utjecaj temperature zagrijavanja na dekarburizaciju
Morfologija organizacije dekarburizacije pri različitim temperaturama zagrijavanja prikazana je na Sl. 1. Kao što se može vidjeti na slici, kada je temperatura 675 ℃, na površini uzorka se ne pojavljuje sloj dekarburizacije; kada temperatura poraste na 700 ℃, počinje se pojavljivati sloj dekarburizacije na površini uzorka, i to tanki feritni sloj dekarburizacije; s porastom temperature na 725 ℃, debljina sloja dekarburizacije na površini uzorka značajno se povećava; na 750 ℃ debljina sloja dekarburizacije dostiže svoju maksimalnu vrijednost, u ovom trenutku feritno zrno je jasnije i grublje; kada temperatura poraste na 800 ℃, debljina sloja dekarburizacije počinje značajno da se smanjuje, njegova debljina pada na polovinu debljine od 750 ℃; Kada temperatura nastavi rasti do 850 ℃ i debljina dekarburizacije prikazana je na Sl. 1. Na 800 ℃, debljina potpunog dekarburiziranog sloja počinje značajno da se smanjuje, njegova debljina pada na polovinu od 750 ℃; kada temperatura nastavi da raste do 850 ℃ i više, debljina potpunog dekarburiziranog sloja ispitivanog čelika nastavlja da se smanjuje, debljina polovine dekarburiziranog sloja počinje postepeno da se povećava sve dok morfologija potpunog dekarburiziranog sloja nije potpuno nestala, a morfologija polovine dekarburiziranog sloja postepeno se razbistri. Može se vidjeti da se debljina potpuno dekarburiziranog sloja s porastom temperature prvo povećava, a zatim smanjuje. Razlog ovom fenomenu je istovremeno ponašanje oksidacije i dekarburizacije uzorka tokom procesa zagrijavanja. Fenomen dekarburizacije će se pojaviti tek kada je brzina dekarburizacije veća od brzine oksidacije. Na početku zagrijavanja, debljina potpuno dekarburiziranog sloja postepeno se povećava s porastom temperature sve dok debljina potpuno dekarburiziranog sloja ne dostigne maksimalnu vrijednost. U tom trenutku, kako bi se temperatura nastavila povećavati, brzina oksidacije uzorka je veća od brzine dekarburizacije, što inhibira povećanje debljine potpuno dekarburiziranog sloja, što rezultira silaznim trendom. Može se vidjeti da je, u rasponu od 675 do 950 ℃, vrijednost debljine potpuno dekarburiziranog sloja na 750 ℃ najveća, a vrijednost debljine potpuno dekarburiziranog sloja na 850 ℃ najmanja, stoga se preporučuje temperatura zagrijavanja ispitivanog čelika od 850 ℃.
Sl.1 Histomorfologija dekarburiziranog sloja ispitivanog čelika držanog na različitim temperaturama zagrijavanja tokom 1 sata
U poređenju sa poludekarburiziranim slojem, debljina potpuno dekarburiziranog sloja ima ozbiljniji negativan utjecaj na svojstva materijala, značajno smanjujući mehanička svojstva materijala, kao što su smanjenje čvrstoće, tvrdoće, otpornosti na habanje i granice zamora itd., a također povećava osjetljivost na pukotine, što utječe na kvalitet zavarivanja i tako dalje. Stoga je kontrola debljine potpuno dekarburiziranog sloja od velikog značaja za poboljšanje performansi proizvoda. Slika 2 prikazuje krivulju promjene debljine potpuno dekarburiziranog sloja s temperaturom, što jasnije pokazuje promjenu debljine potpuno dekarburiziranog sloja. Iz slike se može vidjeti da je debljina potpuno dekarburiziranog sloja samo oko 34 μm na 700 ℃; s porastom temperature na 725 ℃, debljina potpuno dekarburiziranog sloja značajno se povećava na 86 μm, što je više od dva puta veća debljina potpuno dekarburiziranog sloja na 700 ℃; Kada se temperatura povisi na 750 ℃, debljina potpuno dekarburiziranog sloja Kada temperatura poraste na 750 ℃, debljina potpuno dekarburiziranog sloja dostiže maksimalnu vrijednost od 120 μm; kako temperatura nastavlja rasti, debljina potpuno dekarburiziranog sloja počinje naglo da se smanjuje, na 70 μm na 800 ℃, a zatim na minimalnu vrijednost od oko 20 μm na 850 ℃.
Sl. 2 Debljina potpuno dekarburiziranog sloja na različitim temperaturama
Utjecaj dekarburizacije na performanse zamora pri savijanju centrifugiranjem
Kako bi se proučio utjecaj dekarburizacije na svojstva zamora opružnog čelika, provedene su dvije grupe ispitivanja zamora centrifugalnim savijanjem, prva grupa je bila ispitivanje zamora direktno bez dekarburizacije, a druga grupa je bila ispitivanje zamora nakon dekarburizacije na istom nivou napona (810 MPa), a proces dekarburizacije je održavan na 700-850 ℃ tokom 1 sata. Prva grupa uzoraka prikazana je u Tabeli 2, što predstavlja vijek trajanja opružnog čelika do zamora.
Vijek trajanja prve grupe uzoraka na zamor prikazan je u Tabeli 2. Kao što se može vidjeti iz Tabele 2, bez dekarburizacije, ispitivani čelik je podvrgnut samo 107 ciklusa na 810 MPa, i nije došlo do loma; kada je nivo napona premašio 830 MPa, neki od uzoraka su počeli da se lome; kada je nivo napona premašio 850 MPa, svi uzorci na zamor su se slomili.
Tabela 2 Vijek trajanja do zamora pod različitim nivoima napona (bez dekarburizacije)
Da bi se odredila granica zamora, koristi se grupna metoda za određivanje granice zamora ispitivanog čelika, a nakon statističke analize podataka, granica zamora ispitivanog čelika je oko 760 MPa; kako bi se okarakterizirao vijek trajanja zamora ispitivanog čelika pod različitim naprezanjima, nacrtana je SN kriva, kao što je prikazano na slici 3. Kao što se može vidjeti na slici 3, različiti nivoi napona odgovaraju različitom vijeku trajanja zamora, kada je vijek trajanja zamora od 7, što odgovara broju ciklusa od 107, što znači da je uzorak pod tim uvjetima prošao kroz stanje, odgovarajuća vrijednost napona može se aproksimirati kao vrijednost čvrstoće na zamor, odnosno 760 MPa. Može se vidjeti da je S-N kriva važna za određivanje vijeka trajanja zamora materijala i ima važnu referentnu vrijednost.
Slika 3 SN krivulja eksperimentalnog ispitivanja zamora čelika rotacijskim savijanjem
Vijek trajanja druge grupe uzoraka prikazan je u Tabeli 3. Kao što se može vidjeti iz Tabele 3, nakon što je ispitivani čelik dekarburiziran na različitim temperaturama, broj ciklusa se očigledno smanjuje i iznosi više od 107, te su svi uzorci pod zamorom lomljeni, a vijek trajanja je znatno smanjen. U kombinaciji s gore navedenom debljinom dekarburiziranog sloja i krivuljom promjene temperature, vidi se da je debljina dekarburiziranog sloja na 750 ℃ najveća, što odgovara najnižoj vrijednosti vijeka trajanja na zamor. Debljina dekarburiziranog sloja na 850 ℃ je najmanja, što odgovara relativno visokoj vrijednosti vijeka trajanja na zamor. Može se vidjeti da ponašanje dekarburizacije znatno smanjuje performanse materijala pri zamoru, a što je dekarburizirani sloj deblji, vijek trajanja na zamor je niži.
Tabela 3 Vijek trajanja do zamora na različitim temperaturama dekarburizacije (560 MPa)
Morfologija loma usljed zamora materijala na uzorku posmatrana je skenirajućim elektronskim mikroskopom, kao što je prikazano na slici 4. Na slici 4(a) za područje izvora pukotine, na slici se može vidjeti očigledan luk zamora, prema luku zamora kako bi se pronašao izvor zamora, može se vidjeti izvor pukotine za nemetalne inkluzije u obliku "ribljeg oka", inkluzije na mjestima gdje je lako uzrokovati koncentraciju napona, što rezultira pukotinama usljed zamora materijala; na slici 4(b) za morfologiju područja proširenja pukotine, mogu se vidjeti očite pruge zamora materijala, njihova raspodjela nalik rijeci, pripada kvazi-disocijativnom lomu, s pukotinama koje se šire, što na kraju dovodi do loma. Slika 4(b) prikazuje morfologiju područja širenja pukotine, mogu se vidjeti očite pruge zamora materijala, u obliku rijeke, što pripada kvazi-disocijativnom lomu, s kontinuiranim širenjem pukotina, što na kraju dovodi do loma.
Analiza loma usljed zamora
Sl.4 SEM morfologija površine loma usljed zamora eksperimentalnog čelika
Kako bi se odredila vrsta inkluzija na Sl. 4, provedena je analiza sastava energetskog spektra, a rezultati su prikazani na Sl. 5. Može se vidjeti da su nemetalne inkluzije uglavnom inkluzije Al2O3, što ukazuje na to da su inkluzije glavni izvor pukotina uzrokovanih pucanjem inkluzija.
Slika 5 Energetska spektroskopija nemetalnih inkluzija
Zaključak
(1) Postavljanje temperature zagrijavanja na 850 ℃ minimizirat će debljinu dekarburiziranog sloja kako bi se smanjio utjecaj na otpornost na zamor.
(2) Granica zamora ispitivanog čelika savijanjem centrifugiranja je 760 MPa.
(3) Ispitivanje pucanja čelika u nemetalnim inkluzijama, uglavnom smjesi Al2O3.
(4) dekarburizacija ozbiljno smanjuje vijek trajanja ispitivanog čelika do zamora, što je sloj dekarburizacije deblji, to je vijek trajanja do zamora kraći.
Vrijeme objave: 21. juni 2024.
