K pozorování únavového lomu a analýze mechanismu lomu byl použit rastrovací elektronový mikroskop; současně byla na dekarbonizovaných vzorcích provedena zkouška únavy ohybem při oduhličení při různých teplotách, aby se porovnala únavová životnost zkušební oceli s oduhličením a bez oduhličení a aby se analyzoval účinek oduhličení na únavové chování zkušební oceli. Výsledky ukazují, že v důsledku současné existence oxidace a oduhličení v procesu ohřevu, interakce mezi těmito dvěma, což vede k tloušťce plně oduhličené vrstvy s růstem teploty, vykazuje trend rostoucí a následně klesající. tloušťka zcela oduhličené vrstvy dosahuje maximální hodnoty 120 μm při 750 ℃ a tloušťka zcela oduhličené vrstvy dosahuje minimální hodnoty 20 μm při 850 ℃ a mez únavy zkušební oceli je asi 760 MPa, a zdrojem únavových trhlin ve zkušební oceli jsou především nekovové vměstky Al2O3; chování při oduhličení značně snižuje únavovou životnost zkušební oceli, což ovlivňuje únavové vlastnosti zkušební oceli, čím silnější je oduhličovací vrstva, tím nižší je únavová životnost. Aby se snížil dopad oduhličovací vrstvy na únavový výkon zkušební oceli, měla by být optimální teplota tepelného zpracování zkušební oceli nastavena na 850 ℃.
Výbava je důležitou součástí automobilu,v důsledku provozu při vysoké rychlosti musí mít záběrová část povrchu ozubeného kola vysokou pevnost a odolnost proti otěru a kořen zubu musí mít dobrou ohybovou únavu v důsledku stálého opakovaného zatížení, aby se zabránilo prasklinám, které vedou k materiálu zlomenina. Výzkum ukazuje, že oduhličení je důležitým faktorem ovlivňujícím výkonnost při únavě kovových materiálů při odstřeďování a výkonnost při únavě při odstřeďování je důležitým ukazatelem kvality produktu, takže je nutné studovat chování zkoušeného materiálu při oduhličení a únavě při odstřeďování.
V tomto článku, tepelné zpracování pece na 20CrMnTi ozubené oceli povrch oduhličení test, analyzovat různé teploty ohřevu na zkušební oceli oduhličení vrstvy hloubky měnícího se zákona; pomocí QBWP-6000J jednoduchého paprskového únavového zkušebního stroje na zkušební ocelové rotační únavové zkoušce v ohybu, stanovení únavového výkonu zkušební oceli a současně analyzovat vliv oduhličení na únavové chování zkušební oceli pro skutečnou výrobu pro zlepšení výrobního procesu, zvyšují kvalitu produktů a poskytují přiměřenou referenci. Zkušební únavový výkon oceli je určen zkušebním strojem na únavu při odstředivém ohybu.
1. Zkušební materiály a metody
Zkušební materiál pro jednotku poskytující ozubenou ocel 20CrMnTi, hlavní chemické složení je uvedeno v tabulce 1. Zkouška oduhličení: zkušební materiál se zpracuje na válcový vzorek o rozměrech 8 mm × 12 mm, povrch by měl být lesklý bez skvrn. Pec pro tepelné zpracování se zahřála na 675 ℃, 700 ℃, 725 ℃, 750 ℃, 800 ℃, 850 ℃, 900 ℃, 950 ℃, 1 000 ℃, do laboratorního vzorku, chladila a udržovala na vzduchu. Po tepelném zpracování vzorku nastavením, broušením a leštěním, erozí 4% roztoku alkoholu kyseliny dusičné, použití metalurgické mikroskopie k pozorování zkušební ocelové oduhličovací vrstvy, měření hloubky oduhličovací vrstvy při různých teplotách. Zkouška únavy v ohybu: zkušební materiál podle požadavků na zpracování dvou skupin vzorků únavy v ohybu, první skupina neprovádí zkoušku oduhličení, druhá skupina zkoušky oduhličení při různých teplotách. Pomocí stroje na zkoušení únavy v ohybu, dvě skupiny zkušební oceli pro zkoušení únavy v ohybu, stanovení meze únavy dvou skupin zkušební oceli, srovnání únavové životnosti dvou skupin zkušební oceli, použití skenování pozorování únavového lomu elektronovým mikroskopem, analyzovat důvody lomu vzorku, prozkoumat vliv dekarbonizace na únavové vlastnosti zkušební oceli.
Tabulka 1 Chemické složení (hmotnostní zlomek) zkušební oceli hm.
Vliv teploty ohřevu na oduhličení
Morfologie organizace oduhličení při různých teplotách ohřevu je znázorněna na obr. 1. Jak je z obrázku patrné, když je teplota 675 ℃, na povrchu vzorku se neobjevuje oduhličovací vrstva; když teplota stoupne na 700 °C, začala se objevovat povrchová dekarbonizační vrstva vzorku pro tenkou feritovou dekarbonizační vrstvu; se zvýšením teploty na 725 ℃ se tloušťka oduhličovací vrstvy povrchu vzorku výrazně zvýšila; 750 ℃ tloušťka oduhličovací vrstvy dosahuje své maximální hodnoty, v tomto okamžiku je feritové zrno jasnější, hrubší; když teplota stoupne na 800 ℃, tloušťka dekarbonizační vrstvy začala výrazně klesat, její tloušťka klesla na polovinu 750 ℃; když teplota stále stoupá na 850 ℃ a tloušťka oduhličení je znázorněna na obr. 1. 800 ℃, tloušťka plné oduhličovací vrstvy začala výrazně klesat, její tloušťka klesla na 750 ℃ na polovinu; když teplota nadále stoupá na 850 ℃ a výše, tloušťka úplné oduhličovací vrstvy zkušební oceli se stále zmenšuje, tloušťka poloviny oduhličovací vrstvy se začala postupně zvětšovat, dokud morfologie úplné oduhličovací vrstvy úplně nezmizela, morfologie poloviny oduhličovací vrstvy se postupně vyjasnila. Je vidět, že tloušťka plně oduhličené vrstvy s nárůstem teploty byla nejprve zvětšena a poté snížena, důvodem tohoto jevu je způsobeno tím, že vzorek v procesu ohřevu současně s oxidací a oduhličením, pouze když rychlost oduhličení je rychlejší než rychlost oxidace se objeví jev oduhličení. Na začátku ohřevu se tloušťka zcela oduhličené vrstvy postupně zvyšuje se zvyšováním teploty, dokud tloušťka zcela oduhličené vrstvy nedosáhne maximální hodnoty, v tomto okamžiku, aby bylo možné teplotu dále zvyšovat, je rychlost oxidace vzorku rychlejší než míra oduhličení, která brání nárůstu plně oduhličené vrstvy, což má za následek klesající trend. Je vidět, že v rozsahu 675 ～ 950 ℃ je hodnota tloušťky zcela oduhličené vrstvy při 750 ℃ největší a hodnota tloušťky zcela oduhličené vrstvy při 850 ℃ je nejmenší, proto se doporučuje teplota ohřevu zkušební oceli 850 °C.
Obr.1 Histomorfologie oduhličené vrstvy zkušební oceli udržované při různých teplotách ohřevu po dobu 1 hodiny
Ve srovnání s polodekarbonizovanou vrstvou má tloušťka plně dekarbonizované vrstvy vážnější negativní dopad na vlastnosti materiálu, výrazně sníží mechanické vlastnosti materiálu, jako je snížení pevnosti, tvrdosti, odolnosti proti opotřebení a meze únavy , atd., a také zvyšují citlivost na trhliny, ovlivňující kvalitu svařování a tak dále. Proto má kontrola tloušťky zcela oduhličené vrstvy velký význam pro zlepšení výkonu produktu. Obrázek 2 ukazuje variační křivku tloušťky zcela oduhličené vrstvy s teplotou, která ukazuje variaci tloušťky zcela oduhličené vrstvy jasněji. Z obrázku je vidět, že tloušťka zcela oduhličené vrstvy je pouze asi 34 μm při 700 °C; s teplotou stoupající na 725 ℃ se tloušťka zcela oduhličené vrstvy výrazně zvyšuje na 86 μm, což je více než dvojnásobek tloušťky zcela oduhličené vrstvy při 700 ℃; když se teplota zvýší na 750 ℃, tloušťka zcela oduhličené vrstvy Když teplota stoupne na 750 ℃, tloušťka zcela oduhličené vrstvy dosáhne maximální hodnoty 120 μm; jak teplota stále stoupá, tloušťka plně oduhličené vrstvy začne prudce klesat, na 70 μm při 800 °C a poté na minimální hodnotu asi 20 μm při 850 °C.
Obr.2 Tloušťka plně oduhličené vrstvy při různých teplotách
Vliv oduhličení na únavový výkon při rotačním ohýbání
Za účelem studia vlivu oduhličení na únavové vlastnosti pružinové oceli byly provedeny dvě skupiny únavových zkoušek v ohybu, první skupinou byly únavové zkoušky přímo bez oduhličení a druhou skupinou byly únavové zkoušky po dekarbonizaci při stejném napětí. (810 MPa) a proces oduhličení byl udržován při 700-850 °C po dobu 1 hodiny. První skupina vzorků je uvedena v tabulce 2, což je únavová životnost pružinové oceli.
Únavová životnost první skupiny vzorků je uvedena v tabulce 2. Jak je vidět z tabulky 2, bez oduhličení byla zkušební ocel vystavena pouze 107 cyklům při 810 MPa a nedošlo k žádnému lomu; když úroveň napětí přesáhla 830 MPa, některé vzorky se začaly lámat; když úroveň napětí přesáhla 850 MPa, všechny únavové vzorky byly prasklé.
Tabulka 2 Únavová životnost při různých úrovních namáhání (bez oduhličení)
Pro stanovení meze únavy se používá skupinová metoda pro stanovení meze únavy zkušební oceli a po statistické analýze dat je mez únavy zkušební oceli asi 760 MPa; za účelem charakterizace únavové životnosti zkušební oceli při různém namáhání je vykreslena křivka SN, jak je znázorněno na obrázku 3. Jak je vidět z obrázku 3, různé úrovně napětí odpovídají různé únavové životnosti, když únavová životnost 7 , odpovídající počtu cyklů pro 107, což znamená, že vzorek za těchto podmínek prochází stavem, lze odpovídající hodnotu napětí aproximovat jako hodnotu únavové pevnosti, tedy 760 MPa. Je vidět, že křivka S - N je důležitá pro stanovení únavové životnosti materiálu má důležitou referenční hodnotu.
Obrázek 3 SN křivka experimentální zkoušky únavy oceli v rotačním ohybu
Únavová životnost druhé skupiny vzorků je uvedena v tabulce 3. Jak je vidět z tabulky 3, po oduhličení zkušební oceli při různých teplotách se počet cyklů zjevně snižuje a jsou více než 107 a všechny únavové vzorky se zlomí a únavová životnost se výrazně sníží. V kombinaci s výše uvedenou tloušťkou oduhličené vrstvy s křivkou změny teploty je vidět, že tloušťka oduhličené vrstvy 750 ℃ je největší, což odpovídá nejnižší hodnotě únavové životnosti. 850 ℃ tloušťka oduhličené vrstvy je nejmenší, což odpovídá hodnotě únavové životnosti relativně vysoké. Je vidět, že chování při oduhličení značně snižuje únavový výkon materiálu a čím silnější je oduhličená vrstva, tím nižší je únavová životnost.
Tabulka 3 Únavová životnost při různých teplotách oduhličení (560 MPa)
Morfologie únavového lomu vzorku byla pozorována rastrovacím elektronovým mikroskopem, jak je znázorněno na obr. 4. Obrázek 4(a) pro oblast zdroje trhliny, na obrázku lze vidět zřejmý únavový oblouk, podle únavového oblouku najít zdroj únavy, je vidět, zdroj trhlin pro "rybí oko" nekovové vměstky, vměstky snadno způsobit koncentraci napětí, což má za následek únavové trhliny; Obr. 4(b) pro morfologii oblasti rozšíření trhliny, lze vidět zřetelné únavové pruhy, byla distribuce podobná řece, patří ke kvazi-disociativnímu lomu s rozšiřováním trhlin, které nakonec vedou k lomu. Obrázek 4(b) ukazuje morfologii oblasti expanze trhliny, lze vidět zjevné únavové pruhy ve formě říční distribuce, která patří ke kvazidisociativnímu lomu, a s kontinuální expanzí trhlin, která nakonec vede k lomu .
Analýza únavových zlomenin
Obr.4 SEM morfologie povrchu únavového lomu experimentální oceli
Aby bylo možné určit typ vměstků na obr. 4, byla provedena analýza složení energetického spektra a výsledky jsou uvedeny na obr. 5. Je vidět, že nekovové vměstky jsou převážně inkluze Al2O3, což naznačuje, že vměstky jsou hlavním zdrojem trhlin způsobených praskáním vměstků.
Obrázek 5 Energetická spektroskopie nekovových vměstků
Uzavřít
(1) Umístění teploty ohřevu na 850 ℃ minimalizuje tloušťku oduhličené vrstvy, aby se snížil účinek na únavový výkon.
( 2) Mez únavy zkušebního ocelového odstředivého ohybu je 760 MPa.
( 3) Zkouška praskání oceli v nekovových vměstcích, převážně směsi Al2O3.
(4) oduhličení vážně snižuje únavovou životnost zkušební oceli, čím silnější je oduhličovací vrstva, tím nižší je únavová životnost.
Čas odeslání: 21. června 2024