Ginamit ang scanning electron microscope upang obserbahan ang fatigue fracture at suriin ang mekanismo ng fracture; kasabay nito, isinagawa ang spin bending fatigue test sa mga decarburized specimen sa iba't ibang temperatura upang ihambing ang fatigue life ng test steel na mayroon at walang decarburization, at upang suriin ang epekto ng decarburization sa fatigue performance ng test steel. Ipinapakita ng mga resulta na, dahil sa sabay-sabay na pagkakaroon ng oksihenasyon at decarburization sa proseso ng pag-init, ang interaksyon sa pagitan ng dalawa, na nagreresulta sa kapal ng fully decarburized layer na may pagtaas ng temperatura ay nagpapakita ng trend ng pagtaas at pagbaba, ang kapal ng fully decarburized layer ay umaabot sa maximum na halaga na 120 μm sa 750 ℃, at ang kapal ng fully decarburized layer ay umaabot sa minimum na halaga na 20 μm sa 850 ℃, at ang fatigue limit ng test steel ay humigit-kumulang 760 MPa, at ang pinagmumulan ng fatigue cracks sa test steel ay pangunahing Al2O3 non-metallic inclusions; Ang gawi ng decarburization ay lubos na nakakabawas sa buhay ng pagkapagod ng test steel, na nakakaapekto sa pagganap ng pagkapagod ng test steel. Mas makapal ang decarburization layer, mas mababa ang buhay ng pagkapagod. Upang mabawasan ang epekto ng decarburization layer sa pagganap ng pagkapagod ng test steel, ang pinakamainam na temperatura ng heat treatment 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 magkaroon ng mataas na lakas at resistensya sa abrasion, at ang ugat ng ngipin ay dapat magkaroon ng mahusay na bending fatigue performance dahil sa patuloy na paulit-ulit na load, upang maiwasan ang mga bitak na humahantong sa pagkabali ng materyal. Ipinapakita ng pananaliksik na ang decarburization ay isang mahalagang salik na nakakaapekto sa spin bending fatigue performance ng mga materyales na metal, at ang spin bending fatigue performance ay isang mahalagang tagapagpahiwatig ng kalidad ng produkto, kaya kinakailangang pag-aralan ang decarburization behavior at spin bending fatigue performance ng test material.
Sa papel na ito, ang heat treatment furnace sa 20CrMnTi gear steel surface decarburization test, ay susuriin ang iba't ibang temperatura ng pag-init sa lalim ng test steel decarburization layer ng nagbabagong batas; gamit ang QBWP-6000J simple beam fatigue testing machine sa test steel rotary bending fatigue test, pagtukoy sa test steel fatigue performance, at kasabay nito ay susuriin ang epekto ng decarburization sa fatigue performance ng test steel para sa aktwal na produksyon upang mapabuti ang proseso ng produksyon, mapahusay ang kalidad ng mga produkto at makapagbigay ng makatwirang sanggunian. Ang test steel fatigue performance ay tinutukoy ng spin bending fatigue test machine.
1. Mga materyales at pamamaraan ng pagsubok
Ang materyal na pagsubok para sa isang yunit ay nagbibigay ng 20CrMnTi gear steel, ang pangunahing kemikal na komposisyon ay ipinapakita sa Talahanayan 1. Pagsubok sa decarburization: ang materyal na pagsubok ay pinoproseso sa Ф8 mm × 12 mm na 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 loob ng ispesimen at hawakan ng 1 oras, at pagkatapos ay pinalamig sa hangin sa temperatura ng silid. Pagkatapos ng heat treatment ng ispesimen sa pamamagitan ng pagtatakda, paggiling at pagpapakintab, na may 4% na nitric acid alcohol solution erosion, ang paggamit ng metalurhiko mikroskopya upang obserbahan ang test steel decarburization layer, pagsukat ng lalim ng decarburization layer sa iba't ibang temperatura. Pagsubok sa pagkapagod ng spin bending: ang materyal na pagsubok ay isinasagawa ayon sa mga kinakailangan ng pagproseso ng dalawang grupo ng mga specimen ng pagkapagod ng spin bending, ang unang grupo ay hindi nagsasagawa ng pagsubok sa decarburization, ang pangalawang grupo ay nagsasagawa ng pagsubok sa decarburization sa iba't ibang temperatura. Gamit ang spin bending fatigue testing machine, ang dalawang grupo ng test steel ay ginagamit para sa pagsubok sa pagkapagod ng spin bending, pagtukoy sa limitasyon ng pagkapagod ng dalawang grupo ng test steel, paghahambing ng buhay ng pagkapagod ng dalawang grupo ng test steel, paggamit ng scanning electron microscope fatigue fracture observation, pagsusuri ng mga dahilan ng pagkabali ng specimen, upang tuklasin ang epekto ng decarburization ng mga katangian ng pagkapagod ng test steel.
Talahanayan 1 Komposisyong kemikal (mass fraction) ng bakal na sinusubok wt%
Epekto ng temperatura ng pag-init sa decarburization
Ang morpolohiya ng organisasyon ng decarburization sa ilalim ng iba't ibang temperatura ng pag-init ay ipinapakita sa Fig. 1. Gaya ng makikita sa figure, kapag ang temperatura ay 675 ℃, ang ibabaw ng sample ay hindi lilitaw ang decarburization layer; kapag ang temperatura ay tumaas sa 700 ℃, ang ibabaw ng sample ay nagsimulang lumitaw, para sa manipis na ferrite decarburization layer; sa pagtaas ng temperatura sa 725 ℃, ang kapal ng ibabaw ng sample decarburization layer ay tumaas nang malaki; ang kapal ng 750 ℃ decarburization layer ay umaabot sa pinakamataas na halaga nito, sa oras na ito, ang butil ng ferrite ay mas malinaw at magaspang; kapag ang temperatura ay tumaas sa 800 ℃, ang kapal ng decarburization layer ay nagsimulang bumaba nang malaki, ang kapal nito ay bumaba sa kalahati ng 750 ℃; kapag ang temperatura ay patuloy na tumataas 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 bumaba sa 750 ℃ kapag kalahati; Kapag ang temperatura ay patuloy na tumataas sa 850 ℃ pataas, ang kapal ng full decarburization layer ng test steel ay patuloy na bumababa, ang kapal ng half decarburization layer ay unti-unting tumataas hanggang sa mawala ang morpolohiya ng full decarburization layer, at ang morpolohiya ng half decarburization layer ay unti-unting lumilinaw. Makikita na ang kapal ng fully decarburized layer ay unang tumaas at pagkatapos ay nabawasan kasabay ng pagtaas ng temperatura. Ang dahilan para sa phenomenon na ito ay dahil sa sample sa proseso ng pag-init kasabay ng oksihenasyon at decarburization, kapag ang decarburization rate ay mas mabilis kaysa sa bilis ng oksihenasyon ay lilitaw lamang ang decarburization phenomenon. Sa simula ng pag-init, ang kapal ng fully decarburized layer ay unti-unting tumataas kasabay ng pagtaas ng temperatura hanggang sa maabot ng fully decarburized layer ang maximum na halaga. Sa oras na ito, upang patuloy na taasan ang temperatura, ang specimen oxidation rate ay mas mabilis kaysa sa decarburization rate, na pumipigil sa pagtaas ng fully decarburized 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 ℃ ang pinakamalaki, at ang halaga ng kapal ng ganap na decarburized na layer sa 850 ℃ 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 pinanatili sa iba't ibang temperatura ng pag-init sa loob ng 1 oras
Kung ikukumpara sa semi-decarburized layer, ang kapal ng fully decarburized layer ay may mas malubhang negatibong epekto sa mga katangian ng materyal, lubos nitong mababawasan ang mga mekanikal na katangian ng materyal, tulad ng pagbabawas ng lakas, katigasan, resistensya sa pagkasira at limitasyon ng pagkapagod, atbp., at pinapataas din ang sensitivity sa mga bitak, na nakakaapekto sa kalidad ng hinang at iba pa. Samakatuwid, ang pagkontrol sa kapal ng fully decarburized layer ay may malaking kahalagahan upang mapabuti ang pagganap ng produkto. Ipinapakita ng Figure 2 ang variation curve ng kapal ng fully decarburized layer kasabay ng temperatura, na nagpapakita ng mas malinaw na pagkakaiba-iba ng kapal ng fully decarburized layer. Makikita mula sa figure na ang kapal ng fully decarburized layer ay humigit-kumulang 34μm lamang sa 700℃; sa pagtaas ng temperatura sa 725℃, ang kapal ng fully decarburized layer ay tumataas nang malaki sa 86 μm, na higit sa dalawang beses ng kapal ng fully decarburized layer sa 700℃; Kapag ang temperatura ay itinaas sa 750 ℃, ang kapal ng ganap na decarburized na layer ay tumataas. Kapag ang temperatura ay tumaas sa 750 ℃, ang kapal ng ganap na decarburized na layer ay umaabot sa pinakamataas na halaga na 120 μm; habang patuloy na tumataas ang temperatura, ang kapal ng ganap na decarburized na layer ay nagsisimulang bumaba nang husto, sa 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 mapag-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 direktang nagsagawa ng fatigue testing nang walang decarburization, at ang pangalawang grupo ay nagsagawa ng fatigue testing pagkatapos ng decarburization sa parehong antas ng stress (810 MPa), at ang proseso ng decarburization ay ginanap sa 700-850 ℃ sa loob ng 1 oras. Ang unang grupo ng mga ispesimen ay ipinapakita sa Table 2, na siyang tagal ng buhay ng pagkapagod ng spring steel.
Ang tagal ng pagkahapo ng unang grupo ng mga ispesimen ay ipinapakita sa Talahanayan 2. Gaya ng makikita sa Talahanayan 2, nang walang decarburization, ang bakal na sinubok ay isinailalim lamang sa 107 cycle sa 810 MPa, at walang naganap na bali; nang lumampas ang antas ng stress sa 830 MPa, ang ilan sa mga ispesimen ay nagsimulang mabali; nang lumampas ang antas ng stress sa 850 MPa, ang lahat ng mga ispesimen ng pagkahapo ay nabali.
Talahanayan 2 Buhay ng pagkapagod sa ilalim ng iba't ibang antas ng stress (nang walang decarburization)
Upang matukoy ang limitasyon ng pagkapagod, ginagamit ang pamamaraan ng grupo upang matukoy ang limitasyon ng pagkapagod ng bakal na ginagamit sa pagsubok, at pagkatapos ng pagsusuring istatistikal ng datos, ang limitasyon ng pagkapagod ng bakal na ginagamit sa pagsubok ay humigit-kumulang 760 MPa; upang makilala ang buhay ng pagkapagod ng bakal na ginagamit sa pagsubok sa ilalim ng iba't ibang stress, ang SN curve ay iginuhit, tulad ng ipinapakita sa Figure 3. Gaya ng makikita sa Figure 3, ang iba't ibang antas ng stress ay tumutugma sa iba't ibang buhay ng pagkapagod, kapag ang buhay ng pagkapagod ay 7, na tumutugma sa bilang ng mga siklo para sa 107, na nangangahulugang ang ispesimen sa ilalim ng mga kundisyong ito ay dumadaan sa estado, ang kaukulang halaga ng stress ay maaaring tantiyahin bilang halaga ng lakas ng pagkapagod, iyon ay, 760 MPa. Makikita na ang S - N curve ay mahalaga para sa pagtukoy ng buhay ng pagkapagod ng materyal at may mahalagang halaga ng sanggunian.
Pigura 3 SN curve ng eksperimental na pagsubok sa pagkapagod ng rotary bending steel
Ang buhay ng pagkapagod ng pangalawang grupo ng mga ispesimen ay ipinapakita sa Talahanayan 3. Gaya ng makikita sa Talahanayan 3, pagkatapos ma-decarburize ang bakal na sinubok sa iba't ibang temperatura, ang bilang ng mga siklo ay malinaw na nabawasan, at ang mga ito ay higit sa 107, at lahat ng mga ispesimen ng pagkapagod ay nababali, at ang buhay ng pagkapagod ay lubhang nabawasan. Kapag sinamahan ng kapal ng decarburized layer sa itaas at ng kurba ng pagbabago ng temperatura, makikita ang 750 ℃ kapal ng decarburized layer ang pinakamalaki, na tumutugma sa pinakamababang halaga ng buhay ng pagkapagod. Ang kapal ng decarburized layer na 850 ℃ ang pinakamaliit, na tumutugma sa halaga ng buhay ng pagkapagod 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 layer, mas mababa ang buhay ng pagkapagod.
Talahanayan 3 Buhay ng pagkapagod sa iba't ibang temperatura ng decarburization (560 MPa)
Ang morpolohiya ng fatigue fracture ng ispesimen ay naobserbahan gamit ang scanning electron microscope, tulad ng ipinapakita sa Fig. 4. Sa Figure 4(a) para sa lugar ng pinagmulan ng bitak, makikita ang pigura ng halatang fatigue arc, ayon sa fatigue arc upang mahanap ang pinagmumulan ng fatigue, makikita ang pinagmumulan ng bitak para sa "fish-eye" na mga non-metallic inclusions, ang mga inclusions ay madaling magdulot ng stress concentration, na nagreresulta sa mga fatigue crack; sa Fig. 4(b) para sa morpolohiya ng crack extension area, makikita ang mga halatang fatigue stripes, na may distribusyon na parang ilog, kabilang sa quasi-dissociative fracture, na may mga bitak na lumalawak, na kalaunan ay humahantong sa bali. Ipinapakita ng Figure 4(b) ang morpolohiya ng expansion area ng crack, makikita ang mga halatang fatigue streaks, sa anyo ng distribusyon na parang ilog, na kabilang sa quasi-dissociative fracture, at sa patuloy na paglawak ng mga bitak, na kalaunan ay humahantong sa bali.
Pagsusuri ng bali sa pagkapagod
Fig.4 SEM morphology ng fatigue fracture surface ng eksperimental na bakal
Upang matukoy ang uri ng mga inklusyon sa Fig. 4, isinagawa ang pagsusuri ng komposisyon ng energy spectrum, at ang mga resulta ay ipinapakita sa Fig. 5. Makikita na ang mga inklusyong hindi metaliko ay pangunahing mga inklusyong Al2O3, na nagpapahiwatig na ang mga inklusyon ang pangunahing pinagmumulan ng mga bitak na dulot ng pagbitak ng mga inklusyon.
Pigura 5 Ispektroskopiya ng Enerhiya ng mga Hindi-metal na Inklusyon
Magtapos
(1) Ang paglalagay ng temperatura ng pag-init sa 850 ℃ ay magbabawas sa kapal ng decarburized layer upang mabawasan ang epekto sa pagganap ng pagkapagod.
(2) Ang limitasyon ng pagkapagod ng pagsubok na pagbaluktot ng bakal na umiikot ay 760 MPa.
(3) Ang pagsubok sa pagbibitak ng bakal sa mga hindi metal na inklusyon, pangunahin na ang pinaghalong Al2O3.
(4) Ang decarburization ay lubhang nakakabawas sa buhay ng pagkapagod ng bakal na ginamit sa pagsubok, mas makapal ang layer ng decarburization, mas mababa ang buhay ng pagkapagod.
Oras ng pag-post: Hunyo-21-2024
