Es va utilitzar un microscopi electrònic d'escaneig per observar la fractura per fatiga i analitzar el mecanisme de fractura; Al mateix temps, es va dur a terme una prova de fatiga per flexió de gir a les mostres descarburades a diferents temperatures per comparar la vida a fatiga de l'acer de prova amb i sense descarburació, i per analitzar l'efecte de la descarburació sobre el rendiment de fatiga de l'acer de prova. Els resultats mostren que, a causa de l'existència simultània d'oxidació i descarburació en el procés d'escalfament, la interacció entre ambdues, resultant en el gruix de la capa totalment descarburada amb el creixement de la temperatura, mostra una tendència d'augment i després de disminució, el el gruix de la capa totalment descarburada arriba a un valor màxim de 120 μm a 750 ℃ i el gruix de la capa totalment descarburada arriba a un valor mínim de 20 μm a 850 ℃ i el límit de fatiga de l'acer de prova és d'uns 760 MPa i la font de les esquerdes de fatiga a l'acer de prova són principalment inclusions no metàl·liques Al2O3; El comportament de descarburació redueix molt la vida a fatiga de l'acer de prova, afectant el rendiment a la fatiga de l'acer de prova, com més gruixuda sigui la capa de descarburació, menor serà la vida a la fatiga. Per tal de reduir l'impacte de la capa de descarburació sobre el rendiment de fatiga de l'acer de prova, la temperatura òptima de tractament tèrmic de l'acer de prova s'ha d'establir a 850 ℃.
L'engranatge és un component important de l'automòbil, a causa del funcionament a alta velocitat, la part d'engranatge de la superfície de l'engranatge ha de tenir una gran resistència i resistència a l'abrasió, i l'arrel de la dent ha de tenir un bon rendiment de fatiga de flexió a causa de la càrrega constant i repetida, per tal d'evitar esquerdes que condueixen al material. fractura. La investigació demostra que la descarburació és un factor important que afecta el rendiment de fatiga de flexió de gir dels materials metàl·lics, i el rendiment de fatiga de flexió de gir és un indicador important de la qualitat del producte, per la qual cosa és necessari estudiar el comportament de la descarburació i el rendiment de la fatiga per flexió del material de prova.
En aquest article, el forn de tractament tèrmic de la prova de descarburació de la superfície d'acer d'engranatges 20CrMnTi analitza diferents temperatures de calefacció a la profunditat de la capa de descarburació d'acer de prova de la llei canviant; utilitzant la màquina de prova de fatiga de feix simple QBWP-6000J a la prova de fatiga de flexió rotativa d'acer de prova, determinació del rendiment de fatiga de l'acer de prova i, al mateix temps, analitzar l'impacte de la descarburació en el rendiment de fatiga de l'acer de prova per millorar la producció real. el procés de producció, millorar la qualitat dels productes i proporcionar una referència raonable. El rendiment de la fatiga de l'acer de prova està determinat per la màquina de prova de fatiga de flexió.
1. Materials i mètodes d'assaig
Material de prova per a una unitat per proporcionar acer d'engranatges 20CrMnTi, la composició química principal com es mostra a la Taula 1. Prova de descarburació: el material de prova es processa en una mostra cilíndrica de Ф8 mm × 12 mm, la superfície ha de ser brillant sense taques. El forn de tractament tèrmic es va escalfar a 675 ℃, 700 ℃, 725 ℃, 750 ℃, 800 ℃, 850 ℃, 900 ℃, 950 ℃, 1.000 ℃, 1.000 ℃ i, a continuació, la temperatura de l'habitació es va introduir a l'espècimen i, a continuació, es va mantenir l'aire. Després del tractament tèrmic de la mostra mitjançant la fixació, la mòlta i el poliment, amb un 4% de l'erosió de la solució d'alcohol nítric, s'utilitza la microscòpia metal·lúrgica per observar la capa de descarburació d'acer de prova, mesurant la profunditat de la capa de descarburació a diferents temperatures. Prova de fatiga de flexió de gir: el material de prova d'acord amb els requisits del processament de dos grups de mostres de fatiga de flexió de gir, el primer grup no realitza la prova de descarburació, el segon grup de prova de descarburació a diferents temperatures. Utilitzant la màquina de prova de fatiga de flexió, els dos grups d'acer de prova per a proves de fatiga de flexió de gir, determinació del límit de fatiga dels dos grups d'acer de prova, comparació de la vida a fatiga dels dos grups d'acer de prova, l'ús de l'escaneig Observació de la fractura per fatiga al microscopi electrònic, analitzar els motius de la fractura de la mostra per explorar l'efecte de la descarburació de les propietats de fatiga de l'acer de prova.
Taula 1 Composició química (fracció en massa) de l'acer de prova% en pes
Efecte de la temperatura d'escalfament sobre la descarburació
La morfologia de l'organització de la descarburació a diferents temperatures d'escalfament es mostra a la figura 1. Com es pot veure a la figura, quan la temperatura és de 675 ℃, la superfície de la mostra no apareix cap de descarburació; quan la temperatura puja a 700 ℃, va començar a aparèixer la capa de descarburació de la superfície de la mostra, per a la capa fina de descarburació de ferrita; amb la temperatura augmenta a 725 ℃, el gruix de la capa de descarburació de la superfície de la mostra va augmentar significativament; El gruix de la capa de descarburació de 750 ℃ arriba al seu valor màxim, en aquest moment, el gra de ferrita és més clar, gruixut; quan la temperatura puja a 800 ℃, el gruix de la capa de descarburació va començar a disminuir significativament, el seu gruix va caure a la meitat dels 750 ℃; quan la temperatura continua augmentant fins als 850 ℃ i el gruix de la descarburació es mostra a la figura 1. 800 ℃, el gruix de la capa de descarburació completa va començar a disminuir significativament, el seu gruix va caure a 750 ℃ quan la meitat; quan la temperatura continua augmentant fins als 850 ℃ i més, el gruix de la capa de descarburació completa d'acer de prova continua disminuint, la meitat del gruix de la capa de descarburació va començar a augmentar gradualment fins que la morfologia de la capa de descarburació completa va desaparèixer, la meitat de la morfologia de la capa de descarburació es va aclarir gradualment. Es pot veure que el gruix de la capa totalment descarburada amb l'augment de la temperatura es va augmentar primer i després es va reduir, el motiu d'aquest fenomen es deu a la mostra en el procés d'escalfament al mateix temps al comportament d'oxidació i descarburació, només quan la velocitat de descarburació és més ràpida que la velocitat d'oxidació apareixerà un fenomen de descarburació. Al començament de l'escalfament, el gruix de la capa totalment descarburada augmenta gradualment amb l'augment de la temperatura fins que el gruix de la capa totalment descarburada arriba al valor màxim, en aquest moment per continuar augmentant la temperatura, la taxa d'oxidació de la mostra és més ràpida que la taxa de descarburació, que inhibeix l'augment de la capa totalment descarburada, donant lloc a una tendència a la baixa. Es pot veure que, dins del rang de 675 ～950 ℃, el valor del gruix de la capa totalment descarburada a 750 ℃ és el més gran i el valor del gruix de la capa totalment descarburada a 850 ℃ és el més petit, per tant, es recomana que la temperatura d'escalfament de l'acer de prova sigui de 850 ℃.
Fig.1 Histomorfologia de la capa descarburada d'acer de prova mantinguda a diferents temperatures d'escalfament durant 1 h
En comparació amb la capa semidescarburada, el gruix de la capa totalment descarburada té un impacte negatiu més greu en les propietats del material, reduirà molt les propietats mecàniques del material, com ara reduir la resistència, la duresa, la resistència al desgast i el límit de fatiga. , etc., i també augmenta la sensibilitat a les esquerdes, afectant la qualitat de la soldadura, etc. Per tant, controlar el gruix de la capa totalment descarburada és de gran importància per millorar el rendiment del producte. La figura 2 mostra la corba de variació del gruix de la capa totalment descarburada amb la temperatura, que mostra més clarament la variació del gruix de la capa totalment descarburada. A la figura es pot veure que el gruix de la capa totalment descarburada és només d'uns 34 μm a 700 ℃; amb la temperatura que augmenta a 725 ℃, el gruix de la capa totalment descarburada augmenta significativament fins a 86 μm, que és més de dues vegades el gruix de la capa totalment descarburada a 700 ℃; quan la temperatura s'eleva a 750 ℃, el gruix de la capa totalment descarburada Quan la temperatura puja a 750 ℃, el gruix de la capa totalment descarburada arriba al valor màxim de 120 μm; a mesura que la temperatura continua augmentant, el gruix de la capa totalment descarburada comença a disminuir bruscament, fins a 70 μm a 800 ℃ i després fins al valor mínim d'uns 20 μm a 850 ℃.
Fig.2 Gruix de la capa totalment descarburada a diferents temperatures
Efecte de la descarburació sobre el rendiment a la fatiga en la flexió de spin
Per tal d'estudiar l'efecte de la descarburació sobre les propietats de fatiga de l'acer de molla, es van realitzar dos grups de proves de fatiga per flexió, el primer grup va ser prova de fatiga directament sense descarburació, i el segon grup va ser prova de fatiga després de la descarburació amb la mateixa tensió. nivell (810 MPa) i el procés de descarburació es va mantenir a 700-850 ℃ durant 1 h. El primer grup d'exemplars es mostra a la taula 2, que és la vida a fatiga de l'acer de molla.
La vida a fatiga del primer grup d'exemplars es mostra a la Taula 2. Com es pot veure a la Taula 2, sense descarburació, l'acer de prova només va ser sotmès a 107 cicles a 810 MPa, i no es va produir cap fractura; quan el nivell de tensió va superar els 830 MPa, alguns dels exemplars van començar a fracturar-se; quan el nivell d'estrès va superar els 850 MPa, es van fracturar totes les mostres de fatiga.
Taula 2 Vida a la fatiga sota diferents nivells d'estrès (sense descarburació)
Per determinar el límit de fatiga, s'utilitza el mètode de grup per determinar el límit de fatiga de l'acer de prova i, després de l'anàlisi estadística de les dades, el límit de fatiga de l'acer de prova és d'uns 760 MPa; per caracteritzar la vida a fatiga de l'acer d'assaig sota diferents esforços, es dibuixa la corba SN, tal com es mostra a la figura 3. Com es pot veure a la figura 3, diferents nivells d'esforç corresponen a una vida a fatiga diferent, quan la vida a fatiga de 7 , corresponent al nombre de cicles per a 107, el que significa que la mostra en aquestes condicions passa per l'estat, el valor de tensió corresponent es pot aproximar com el valor de resistència a la fatiga, és a dir, 760 MPa. Es pot veure que la corba S - N és important per a la determinació de la vida a fatiga del material té un valor de referència important.
Figura 3 Corba SN de la prova experimental de fatiga per flexió rotativa d'acer
La vida a fatiga del segon grup d'exemplars es mostra a la taula 3. Com es pot veure a la taula 3, després de la descarburació de l'acer de prova a diferents temperatures, el nombre de cicles es redueix òbviament, i són més de 107, i tots els exemplars de fatiga es fracturen i la vida a fatiga es redueix molt. Combinat amb el gruix de la capa descarburada anterior amb la corba de canvi de temperatura es pot veure, el gruix de la capa descarburada de 750 ℃ és el més gran, que correspon al valor més baix de vida a la fatiga. El gruix de la capa descarburada de 850 ℃ és el més petit, corresponent al valor de vida útil de la fatiga relativament alt. Es pot veure que el comportament de descarburació redueix molt el rendiment de fatiga del material i com més gruixuda sigui la capa descarburada, menor serà la vida a fatiga.
Taula 3 Vida a la fatiga a diferents temperatures de descarburació (560 MPa)
La morfologia de fractura per fatiga de l'exemplar es va observar mitjançant un microscopi electrònic d'escaneig, tal com es mostra a la figura 4. Figura 4 (a) per a l'àrea de la font d'esquerdes, la figura es pot veure un arc de fatiga evident, segons l'arc de fatiga per trobar la font de fatiga, es pot veure, la font d'esquerdes per a les inclusions no metàl·liques "ulls de peix", inclusions a la concentració d'estrès fàcil de causar, donant lloc a esquerdes de fatiga; Fig. 4 (b) per a la morfologia de l'àrea d'extensió de l'esquerda, es poden veure ratlles de fatiga òbvies, tenia una distribució semblant a un riu, pertany a una fractura quasi dissociativa, amb esquerdes que s'expandeixen, que finalment condueixen a la fractura. La figura 4 (b) mostra la morfologia de l'àrea d'expansió de les esquerdes, es poden veure ratlles de fatiga evidents, en forma de distribució semblant a un riu, que pertany a una fractura quasi dissociativa, i amb l'expansió contínua de les esquerdes, que finalment condueix a la fractura. .
Anàlisi de fractura per fatiga
Fig.4 Morfologia SEM de la superfície de fractura per fatiga d'acer experimental
Per tal de determinar el tipus d'inclusions de la figura 4, es va realitzar una anàlisi de la composició de l'espectre energètic, i els resultats es mostren a la figura 5. Es pot observar que les inclusions no metàl·liques són principalment inclusions d'Al2O3, la qual cosa indica que les inclusions són la principal font d'esquerdes causades per inclusions esquerdes.
Figura 5 Espectroscòpia energètica d'inclusions no metàl·liques
Conclou
(1) Col·locar la temperatura d'escalfament a 850 ℃ minimitzarà el gruix de la capa descarburada per reduir l'efecte sobre el rendiment de la fatiga.
(2) El límit de fatiga de la prova de flexió de l'acer és de 760 MPa.
(3) La prova d'esquerdes d'acer en inclusions no metàl·liques, principalment la barreja d'Al2O3.
(4) la descarburació redueix seriosament la vida a la fatiga de l'acer de prova, com més gruixuda sigui la capa de descarburació, menor serà la vida a la fatiga.
Hora de publicació: 21-jun-2024