Ang pag-scan ng mikroskopyo ng elektron ay ginamit upang obserbahan ang pagkapagod na bali at pag-aralan ang mekanismo ng bali; kasabay nito, isinagawa ang spin bending fatigue test sa mga decarburized specimen sa iba't ibang temperatura upang ihambing ang buhay ng pagkapagod ng test steel na may at walang decarburization, at upang pag-aralan ang epekto ng decarburization sa performance ng fatigue ng test steel. Ang mga resulta ay nagpapakita na, dahil sa sabay-sabay na pagkakaroon ng oksihenasyon at decarburization sa proseso ng pag-init, ang pakikipag-ugnayan sa pagitan ng dalawa, na nagreresulta sa kapal ng ganap na decarburized na layer na may paglaki ng temperatura ay nagpapakita ng isang trend ng pagtaas at pagkatapos ay bumababa, ang ang kapal ng ganap na decarburized na layer ay umabot sa maximum na halaga ng 120 μm sa 750 ℃, at ang kapal ng ganap na decarburized layer ay umabot sa isang minimum na halaga ng 20 μm sa 850 ℃, at ang limitasyon ng pagkapagod ng test steel ay tungkol sa 760 MPa, at ang pinagmumulan ng nakakapagod na mga bitak sa pagsubok na bakal ay higit sa lahat Al2O3 non-metallic inclusions; Ang pag-uugali ng decarburization ay lubos na binabawasan ang buhay ng pagkapagod ng test steel, na nakakaapekto sa pagganap ng pagkapagod ng test steel, mas makapal ang layer ng decarburization, mas mababa ang buhay ng pagkapagod. Upang mabawasan ang epekto ng decarburization layer sa fatigue performance ng test steel, ang pinakamainam na heat treatment temperature ng test steel ay dapat itakda sa 850 ℃.
Ang gear ay isang mahalagang bahagi ng sasakyan,dahil sa operasyon sa mataas na bilis, ang meshing na bahagi ng ibabaw ng gear ay dapat na may mataas na lakas at abrasion resistance, at ang ugat ng ngipin ay dapat na may mahusay na baluktot na pagganap ng pagkapagod dahil sa patuloy na paulit-ulit na pagkarga, upang maiwasan ang mga bitak na humahantong sa materyal bali. Ipinakikita ng pananaliksik na ang decarburization ay isang mahalagang kadahilanan na nakakaapekto sa pagganap ng pagkapagod ng pag-ikot ng bending ng mga materyales na metal, at ang pagganap ng pagkapagod ng pag-ikot ng baluktot ay isang mahalagang tagapagpahiwatig ng kalidad ng produkto, kaya kinakailangang pag-aralan ang pag-uugali ng decarburization at pagganap ng pagkapagod ng pag-ikot ng bending ng materyal na pagsubok.
Sa papel na ito, ang init paggamot pugon sa 20CrMnTi gear bakal ibabaw decarburization pagsubok, pag-aralan ang iba't ibang mga temperatura heating sa pagsubok bakal decarburization layer depth ng pagbabago ng batas; gamit ang QBWP-6000J simpleng beam fatigue testing machine sa test steel rotary bending fatigue test, pagpapasiya ng test steel fatigue performance, at sa parehong oras upang pag-aralan ang epekto ng decarburization sa fatigue performance ng test steel para sa aktwal na produksyon upang mapabuti ang proseso ng produksyon, pagbutihin ang kalidad ng mga produkto at magbigay ng makatwirang sanggunian. Ang test steel fatigue performance ay tinutukoy ng spin bending fatigue test machine.
1. Mga materyales at pamamaraan ng pagsubok
Test materyal para sa isang yunit upang magbigay ng 20CrMnTi gear bakal, ang pangunahing komposisyon ng kemikal tulad ng ipinapakita sa Table 1. Decarburization pagsubok: ang pagsubok na materyal ay naproseso sa Ф8 mm × 12 mm cylindrical specimen, ang ibabaw ay dapat na maliwanag na walang mantsa. Ang heat treatment furnace ay pinainit sa 675 ℃, 700 ℃, 725 ℃, 750 ℃, 800 ℃, 850 ℃, 900 ℃, 950 ℃, 1,000 ℃, sa ispesimen at humawak ng 1 h, at pagkatapos ay pinalamig ng hangin sa temperatura ng silid. Pagkatapos ng init paggamot ng ispesimen sa pamamagitan ng pagtatakda, paggiling at buli, na may 4% ng nitric acid alkohol solusyon pagguho, ang paggamit ng metalurhiko mikroskopya upang obserbahan ang pagsubok bakal decarburization layer, pagsukat ng lalim ng decarburization layer sa iba't ibang mga temperatura. Spin bending fatigue test: ang pagsubok na materyal ayon sa mga kinakailangan ng pagproseso ng dalawang grupo ng spin bending fatigue specimens, ang unang grupo ay hindi nagsasagawa ng decarburization test, ang pangalawang grupo ng decarburization test sa iba't ibang temperatura. Gamit ang spin bending fatigue testing machine, ang dalawang grupo ng test steel para sa spin bending fatigue testing, pagtukoy ng fatigue limit ng dalawang grupo ng test steel, paghahambing ng fatigue life ng dalawang grupo ng test steel, ang paggamit ng scanning electron mikroskopyo pagkapagod bali pagmamasid, pag-aralan ang mga dahilan para sa bali ng ispesimen, upang galugarin ang epekto ng decarburization ng nakakapagod na mga katangian ng pagsubok bakal.
Talahanayan 1 Komposisyon ng kemikal (mass fraction) ng test steel wt%
Epekto ng temperatura ng pag-init sa decarburization
Ang morpolohiya ng organisasyon ng decarburization sa ilalim ng iba't ibang mga temperatura ng pag-init ay ipinapakita sa Fig. 1. Tulad ng makikita mula sa figure, kapag ang temperatura ay 675 ℃, ang sample na ibabaw ay hindi lilitaw na layer ng decarburization; kapag ang temperatura ay tumaas sa 700 ℃, ang sample surface decarburization layer ay nagsimulang lumitaw, para sa manipis na ferrite decarburization layer; na may temperatura rises sa 725 ℃, ang sample ibabaw decarburization layer kapal tumaas nang malaki; 750 ℃ kapal ng layer ng decarburization ay umabot sa pinakamataas na halaga nito, sa oras na ito, ang ferrite grain ay mas malinaw, magaspang; kapag ang temperatura ay tumaas sa 800 ℃, ang kapal ng decarburization layer ay nagsimulang bumaba nang malaki, ang kapal nito ay nahulog sa kalahati ng 750 ℃; kapag ang temperatura ay patuloy na tumaas sa 850 ℃ at ang kapal ng decarburization ay ipinapakita sa Fig. 1. 800 ℃, ang buong kapal ng decarburization layer ay nagsimulang bumaba nang malaki, ang kapal nito ay nahulog sa 750 ℃ kapag kalahati; kapag ang temperatura ay patuloy na tumaas sa 850 ℃ at sa itaas, ang pagsubok na bakal na full decarburization layer kapal ay patuloy na bumababa, kalahati decarburization layer kapal ay nagsimulang unti-unting tumaas hanggang sa ang buong decarburization layer morpolohiya lahat nawala, kalahati decarburization layer morpolohiya ay unti-unting malinaw. Ito ay makikita na ang kapal ng ganap na decarburized layer na may pagtaas sa temperatura ay unang nadagdagan at pagkatapos ay nabawasan, ang dahilan para sa hindi pangkaraniwang bagay na ito ay dahil sa sample sa proseso ng pag-init sa parehong oras ang oksihenasyon at decarburization pag-uugali, lamang kapag ang decarburization rate ay mas mabilis kaysa sa bilis ng oksihenasyon ay lilitaw decarburization phenomenon. Sa simula ng pag-init, ang kapal ng ganap na decarburized na layer ay tumataas nang paunti-unti sa pagtaas ng temperatura hanggang sa ang kapal ng ganap na decarburized na layer ay umabot sa pinakamataas na halaga, sa oras na ito upang patuloy na itaas ang temperatura, ang specimen oxidation rate ay mas mabilis kaysa sa ang rate ng decarburization, na pumipigil sa pagtaas ng ganap na decarburized na layer, na nagreresulta sa isang pababang trend. Makikita na, sa loob ng saklaw na 675 ～950 ℃, ang halaga ng kapal ng ganap na decarburized na layer sa 750 ℃ ay ang pinakamalaking, at ang halaga ng kapal ng ganap na decarburized na layer sa 850 ℃ ay ang pinakamaliit, samakatuwid, ang temperatura ng pag-init ng test steel ay inirerekomenda na 850 ℃.
Fig.1 Histomorphology ng decarburized layer ng test steel na hawak sa iba't ibang temperatura ng pag-init sa loob ng 1h
Kung ikukumpara sa semi-decarburized na layer, ang kapal ng ganap na decarburized na layer ay may mas malubhang negatibong epekto sa mga materyal na katangian, ito ay lubos na bawasan ang mga mekanikal na katangian ng materyal, tulad ng pagbabawas ng lakas, katigasan, wear resistance at limitasyon sa pagkapagod. , atbp., at dagdagan din ang pagiging sensitibo sa mga bitak, na nakakaapekto sa kalidad ng hinang at iba pa. Samakatuwid, ang pagkontrol sa kapal ng ganap na decarburized na layer ay may malaking kahalagahan upang mapabuti ang pagganap ng produkto. Ipinapakita ng Figure 2 ang curve ng variation ng kapal ng fully decarburized layer na may temperatura, na nagpapakita ng variation ng kapal ng fully decarburized layer na mas malinaw. Ito ay makikita mula sa figure na ang kapal ng ganap na decarburized layer ay lamang tungkol sa 34μm sa 700 ℃; sa pagtaas ng temperatura sa 725 ℃, ang kapal ng ganap na decarburized na layer ay tumataas nang malaki sa 86 μm, na higit sa dalawang beses ng kapal ng ganap na decarburized na layer sa 700 ℃; kapag ang temperatura ay itinaas sa 750 ℃, ang kapal ng ganap na decarburized layer Kapag ang temperatura ay tumaas sa 750 ℃, ang kapal ng ganap na decarburized layer ay umabot sa maximum na halaga ng 120 μm; habang patuloy na tumataas ang temperatura, ang kapal ng ganap na decarburized na layer ay nagsisimulang bumaba nang husto, hanggang 70 μm sa 800 ℃, at pagkatapos ay sa pinakamababang halaga na humigit-kumulang 20μm sa 850 ℃.
Fig.2 Kapal ng ganap na decarburized na layer sa iba't ibang temperatura
Epekto ng decarburization sa pagganap ng pagkapagod sa spin bending
Upang pag-aralan ang epekto ng decarburization sa mga katangian ng pagkapagod ng spring steel, dalawang grupo ng spin bending fatigue tests ang isinagawa, ang unang grupo ay ang fatigue testing nang direkta nang walang decarburization, at ang pangalawang grupo ay fatigue testing pagkatapos ng decarburization sa parehong stress antas (810 MPa), at ang proseso ng decarburization ay ginanap sa 700-850 ℃ para sa 1 h. Ang unang pangkat ng mga specimen ay ipinapakita sa Talahanayan 2, na kung saan ay ang pagod na buhay ng spring steel.
Ang buhay ng pagkapagod ng unang pangkat ng mga specimen ay ipinapakita sa Talahanayan 2. Tulad ng makikita mula sa Talahanayan 2, nang walang decarburization, ang pagsubok na bakal ay sumailalim lamang sa 107 na mga cycle sa 810 MPa, at walang naganap na bali; kapag ang antas ng stress ay lumampas sa 830 MPa, ang ilan sa mga specimen ay nagsimulang mabali; kapag ang antas ng stress ay lumampas sa 850 MPa, ang mga specimen ng pagkapagod ay lahat ay nabali.
Talahanayan 2 Nakakapagod na buhay sa ilalim ng iba't ibang antas ng stress (nang walang decarburization)
Upang matukoy ang limitasyon ng pagkapagod, ang paraan ng grupo ay ginagamit upang matukoy ang limitasyon ng pagkapagod ng test steel, at pagkatapos ng statistical analysis ng data, ang limitasyon ng fatigue ng test steel ay tungkol sa 760 MPa; upang makilala ang pagkapagod ng buhay ng pagsubok na bakal sa ilalim ng iba't ibang mga stress, ang SN curve ay naka-plot, tulad ng ipinapakita sa Figure 3. Tulad ng makikita mula sa Figure 3, ang iba't ibang mga antas ng stress ay tumutugma sa iba't ibang buhay ng pagkapagod, kapag ang buhay ng pagkapagod ng 7 , na tumutugma sa bilang ng mga cycle para sa 107, na nangangahulugan na ang ispesimen sa ilalim ng mga kundisyong ito ay sa pamamagitan ng estado, ang katumbas na halaga ng stress ay maaaring tinatayang bilang ang halaga ng lakas ng pagkapagod, iyon ay, 760 MPa. Ito ay makikita na ang S - N curve ay mahalaga para sa pagpapasiya ng nakakapagod na buhay ng materyal ay may mahalagang halaga ng sanggunian.
Figure 3 SN curve ng experimental steel rotary bending fatigue test
Ang buhay ng pagkapagod ng pangalawang pangkat ng mga specimen ay ipinapakita sa Talahanayan 3. Tulad ng makikita mula sa Talahanayan 3, pagkatapos ma-decarburize ang test steel sa iba't ibang temperatura, ang bilang ng mga cycle ay malinaw na nabawasan, at sila ay higit sa 107, at lahat ang mga specimen ng pagkapagod ay nabali, at ang buhay ng pagkapagod ay lubhang nabawasan. Pinagsama sa itaas decarburized layer kapal sa temperatura pagbabago curve ay makikita, 750 ℃ decarburized layer kapal ay ang pinakamalaking, naaayon sa ang pinakamababang halaga ng nakakapagod na buhay. 850 ℃ decarburized layer kapal ay ang pinakamaliit, naaayon sa nakakapagod na buhay halaga ay medyo mataas. Makikita na ang pag-uugali ng decarburization ay lubos na binabawasan ang pagganap ng pagkapagod ng materyal, at mas makapal ang decarburized na layer, mas mababa ang buhay ng pagkapagod.
Talahanayan 3 Pagkapagod na buhay sa iba't ibang temperatura ng decarburization (560 MPa)
Ang fatigue fracture morphology ng specimen ay naobserbahan sa pamamagitan ng pag-scan ng electron microscope, tulad ng ipinapakita sa Fig. 4. Figure 4(a) para sa crack source area, makikita ang figure na halatang fatigue arc, ayon sa fatigue arc upang mahanap ang pinagmulan ng pagkapagod, ay makikita, ang crack source para sa "fish-eye" non-metallic inclusions, inclusions sa madaling maging sanhi ng konsentrasyon ng stress, na nagreresulta sa pagkapagod bitak; Fig. 4(b) para sa crack extension area morpolohiya, makikita halata nakakapagod na guhitan, ay ilog-tulad ng pamamahagi, nabibilang sa quasi-dissociative fracture, na may mga bitak na lumalawak, kalaunan ay humahantong sa bali. Ipinapakita ng Figure 4(b) ang morphology ng crack expansion area, makikita ang mga halatang fatigue streak, sa anyo ng mala-ilog na distribution, na kabilang sa quasi-dissociative fracture, at sa patuloy na paglawak ng mga bitak, na humahantong sa fracture. .
Pagsusuri ng fracture ng pagkapagod
Fig.4 SEM morphology ng fatigue fracture surface ng experimental steel
Upang matukoy ang uri ng mga inklusyon sa Fig. 4, isinagawa ang pagtatasa ng komposisyon ng spectrum ng enerhiya, at ang mga resulta ay ipinapakita sa Fig. 5. Makikita na ang mga non-metallic inclusions ay pangunahing mga Al2O3 inclusions, na nagpapahiwatig na ang mga inclusions ay ang pangunahing pinagmumulan ng mga bitak na sanhi ng pag-crack ng mga inklusyon.
Figure 5 Energy Spectroscopy ng Non-metallic Inclusions
Magtapos
( 1) Ang pagpoposisyon sa temperatura ng pag-init sa 850 ℃ ay mababawasan ang kapal ng decarburized na layer upang mabawasan ang epekto sa pagganap ng pagkapagod.
( 2) Ang limitasyon ng pagkapagod ng test steel spin bending ay 760 MPa.
( 3) Ang pagsubok na pag-crack ng bakal sa mga non-metallic inclusions, pangunahin ang Al2O3 mixture.
( 4) decarburization sineseryoso bawasan ang nakakapagod na buhay ng pagsubok na bakal, mas makapal ang decarburization layer, mas mababa ang nakakapagod na buhay.
Oras ng post: Hun-21-2024
