Скенирајући електронски микроскоп је коришћен за посматрање заморног лома и анализу механизма лома; истовремено је спроведен тест замора ротационим савијањем на декарбуризованим узорцима на различитим температурама како би се упоредио век трајања замора испитиваног челика са и без декарбуризације, и како би се анализирао ефекат декарбуризације на перформансе замора испитиваног челика. Резултати показују да, због истовременог постојања оксидације и декарбуризације у процесу загревања, интеракција између њих двоје, што резултира дебљином потпуно декарбуризованог слоја са порастом температуре, показује тренд повећања, а затим смањења, дебљина потпуно декарбуризованог слоја достиже максималну вредност од 120 μm на 750 ℃, а дебљина потпуно декарбуризованог слоја достиже минималну вредност од 20 μm на 850 ℃, а граница замора испитиваног челика је око 760 MPa, а извор пукотина услед замора у испитиваном челику су углавном неметални инклузије Al2O3; Понашање декарбуризације значајно смањује век трајања испитиваног челика на замор, што утиче на перформансе замора испитиваног челика. Што је слој декарбуризације дебљи, век трајања је нижи. Да би се смањио утицај слоја декарбуризације на перформансе замора испитиваног челика, оптимална температура термичке обраде испитиваног челика треба да буде постављена на 850℃.
Зупчаник је важна компонента аутомобилаЗбог рада при великој брзини, део површине зупчаника који се спаја мора имати високу чврстоћу и отпорност на хабање, а корен зуба мора имати добре перформансе замора при савијању због сталног понављајућег оптерећења, како би се избегле пукотине које доводе до лома материјала. Истраживања показују да је декарбуризација важан фактор који утиче на перформансе замора при ротационом савијању металних материјала, а перформансе замора при ротационом савијању су важан показатељ квалитета производа, па је неопходно проучити понашање декарбуризације и перформансе замора при ротационом савијању испитиваног материјала.
У овом раду, пећ за термичку обраду на тесту декарбуризације површине челика за зупчанике 20CrMnTi, анализира различите температуре загревања у зависности од закона промене дубине слоја декарбуризације испитиваног челика; коришћењем једноставне машине за испитивање замора греде QBWP-6000J на тесту замора ротационим савијањем испитиваног челика, одређивање перформанси замора испитиваног челика, а истовремено анализа утицаја декарбуризације на перформансе замора испитиваног челика за стварну производњу ради побољшања производног процеса, побољшања квалитета производа и пружања разумне референце. Перформансе замора испитиваног челика одређују се помоћу машине за испитивање замора ротационим савијањем.
1. Материјали и методе тестирања
Материјал за тестирање за јединицу за добијање челика за зупчанике 20CrMnTi, главни хемијски састав је приказан у Табели 1. Тест декарбуризације: материјал за тестирање се обрађује у цилиндрични узорак димензија Ф8 мм × 12 мм, површина треба да буде светла и без мрља. Пећ за термичку обраду загрејана је на 675 ℃, 700 ℃, 725 ℃, 750 ℃, 800 ℃, 850 ℃, 900 ℃, 950 ℃, 1.000 ℃, у узорак је задржана 1 сат, а затим хлађена на ваздуху до собне температуре. Након термичке обраде узорка фиксирањем, брушењем и полирањем, ерозијом са 4% раствором азотне киселине и алкохола, коришћењем металуршке микроскопије за посматрање слоја декарбуризације испитиваног челика, мерењем дубине слоја декарбуризације на различитим температурама. Тест замора од ротационог савијања: испитни материјал се обрађује према захтевима обраде две групе узорака за замор од ротационог савијања, прва група није спровела тест декарбуризације, док је друга група спровела тест декарбуризације на различитим температурама. Користећи машину за испитивање замора од ротационог савијања, две групе узорака за испитивање замора од ротационог савијања су тестиране за одређивање границе замора две групе испитног челика, упоређивање века трајања замора две групе испитног челика, коришћење посматрања лома услед замора помоћу скенирајућег електронског микроскопа, анализа узрока лома узорка, испитивање утицаја декарбуризације на својства замора испитног челика.
Табела 1 Хемијски састав (масени удео) испитиваног челика, мас.%
Утицај температуре загревања на декарбуризацију
Морфологија организације декарбуризације под различитим температурама загревања приказана је на слици 1. Као што се може видети са слике, када је температура 675 ℃, на површини узорка се не појављује слој декарбуризације; када температура порасте на 700 ℃, почиње да се појављује слој декарбуризације на површини узорка, и то танки слој декарбуризације феритног узорка; са порастом температуре на 725 ℃, дебљина слоја декарбуризације на површини узорка значајно се повећава; на 750 ℃ дебљина слоја декарбуризације достиже своју максималну вредност, у овом тренутку, зрно феритa је јасније, грубље; када температура порасте на 800 ℃, дебљина слоја декарбуризације почиње значајно да се смањује, његова дебљина пада на половину дебљине од 750 ℃; Када температура настави да расте до 850 ℃ и дебљина декарбуризације је приказана на слици 1. На 800 ℃, дебљина потпуног слоја декарбуризације почиње значајно да се смањује, његова дебљина пада на 750 ℃ када је температура настављена да расте до 850 ℃ и више, дебљина потпуног слоја декарбуризације испитног челика наставља да се смањује, дебљина половине слоја декарбуризације почиње постепено да се повећава све док морфологија потпуног слоја декарбуризације није потпуно нестала, а морфологија половине слоја декарбуризације постепено се разјашњава. Може се видети да се дебљина потпуно декарбуризованог слоја са порастом температуре прво повећава, а затим смањује. Разлог за ову појаву је што се узорак током процеса загревања истовремено понаша као оксидација и декарбуризација. Феномен декарбуризације ће се појавити само када је брзина декарбуризације већа од брзине оксидације. На почетку загревања, дебљина потпуно декарбуризованог слоја постепено се повећава са повећањем температуре док дебљина потпуно декарбуризованог слоја не достигне максималну вредност. У овом тренутку, како би се температура наставила повећавати, брзина оксидације узорка је већа од брзине декарбуризације, што инхибира повећање дебљине потпуно декарбуризованог слоја, што резултира силазним трендом. Може се видети да је, у опсегу од 675 ～950 ℃, вредност дебљине потпуно декарбуризованог слоја на 750 ℃ највећа, а вредност дебљине потпуно декарбуризованог слоја на 850 ℃ најмања, стога се препоручује температура загревања испитиваног челика на 850 ℃.
Сл. 1 Хистоморфологија декарбуризованог слоја испитиваног челика држаног на различитим температурама загревања током 1 сата
У поређењу са полудекарбуризованим слојем, дебљина потпуно декарбуризованог слоја има озбиљнији негативан утицај на својства материјала, значајно ће смањити механичка својства материјала, као што су смањење чврстоће, тврдоће, отпорности на хабање и границе замора итд., а такође ће повећати осетљивост на пукотине, што утиче на квалитет заваривања и тако даље. Стога је контрола дебљине потпуно декарбуризованог слоја од великог значаја за побољшање перформанси производа. Слика 2 приказује криву варијације дебљине потпуно декарбуризованог слоја са температуром, што јасније показује варијацију дебљине потпуно декарбуризованог слоја. Из слике се може видети да је дебљина потпуно декарбуризованог слоја само око 34μm на 700℃; са порастом температуре на 725℃, дебљина потпуно декарбуризованог слоја значајно се повећава на 86μm, што је више од два пута веће од дебљине потпуно декарбуризованог слоја на 700℃; Када се температура подигне на 750 ℃, дебљина потпуно декарбуризованог слоја достиже максималну вредност од 120 μm; како температура наставља да расте, дебљина потпуно декарбуризованог слоја почиње нагло да се смањује, на 70 μm на 800 ℃, а затим на минималну вредност од око 20 μm на 850 ℃.
Сл. 2 Дебљина потпуно декарбуризованог слоја на различитим температурама
Утицај декарбуризације на перформансе замора при ротационом савијању
Да би се проучио утицај декарбуризације на својства замора опружног челика, спроведене су две групе тестова замора ротационим савијањем, прва група је била испитивање замора директно без декарбуризације, а друга група је била испитивање замора након декарбуризације на истом нивоу напона (810 MPa), а процес декарбуризације је одржан на 700-850 ℃ током 1 сата. Прва група узорака је приказана у Табели 2, што је век трајања замора опружног челика.
Трајност замора прве групе узорака приказана је у Табели 2. Као што се може видети из Табеле 2, без декарбуризације, испитни челик је подвргнут само 107 циклуса на 810 MPa, и није дошло до лома; када је ниво напона прешао 830 MPa, неки од узорака су почели да се ломе; када је ниво напона прешао 850 MPa, сви узорци на замор су се ломили.
Табела 2. Век трајања до замора под различитим нивоима напрезања (без декарбуризације)
Да би се одредила граница замора, користи се групна метода за одређивање границе замора испитиваног челика, а након статистичке анализе података, граница замора испитиваног челика је око 760 MPa; да би се окарактерисао век трајања замора испитиваног челика под различитим напрезањима, нацртана је SN крива, као што је приказано на слици 3. Као што се може видети на слици 3, различити нивои напона одговарају различитом веку трајања замора, када је век трајања замора од 7, што одговара броју циклуса за 107, што значи да је узорак под овим условима прошао кроз стање, одговарајућа вредност напона може се апроксимирати као вредност чврстоће на замор, односно 760 MPa. Може се видети да је S-N крива важна за одређивање века трајања замора материјала и има важну референтну вредност.
Слика 3 SN крива експерименталног теста замора челика ротационим савијањем
Век трајања до замора друге групе узорака приказан је у Табели 3. Као што се може видети из Табеле 3, након што је испитни челик декарбуризован на различитим температурама, број циклуса је очигледно смањен, и они су већи од 107, а сви узорци под замором су поломљени, а век трајања до замора је знатно смањен. У комбинацији са горе наведеном дебљином декарбуризованог слоја са кривом промене температуре, може се видети да је дебљина декарбуризованог слоја на 750 ℃ највећа, што одговара најнижој вредности века трајања до замора. Дебљина декарбуризованог слоја на 850 ℃ је најмања, што одговара релативно високој вредности века трајања до замора. Може се видети да понашање декарбуризације значајно смањује перформансе замора материјала, и што је декарбуризовани слој дебљи, век трајања до замора је нижи.
Табела 3. Трајност до замора на различитим температурама декарбуризације (560 MPa)
Морфологија прелома услед замора узорка посматрана је скенирајућим електронским микроскопом, као што је приказано на слици 4. На слици 4(а) за подручје извора прслине, на слици се може видети очигледан лук замора, према луку замора да би се пронашао извор замора, може се видети извор прслине за неметалне инклузије „рибље око“, инклузије на местима где је лако изазвати концентрацију напона, што доводи до пукотина услед замора; на слици 4(б) за морфологију подручја проширења прслине, могу се видети очигледне пруге замора, расподела налик реци, која припада квазидисоцијативном прелому, са ширењем пукотина, што на крају доводи до прелома. Слика 4(б) приказује морфологију подручја ширења прслине, могу се видети очигледне пруге замора, у облику реке, што припада квазидисоцијативном прелому, и са континуираним ширењем пукотина, што на крају доводи до прелома.
Анализа прелома услед замора
Сл.4 SEM морфологија површине прелома услед замора експерименталног челика
Да би се одредила врста инклузија на слици 4, спроведена је анализа састава енергетског спектра, а резултати су приказани на слици 5. Може се видети да су неметалне инклузије углавном инклузије Al2O3, што указује да су инклузије главни извор пукотина изазваних пуцањем инклузија.
Слика 5 Енергетска спектроскопија неметалних инклузија
Закључи
(1) Постављање температуре загревања на 850 ℃ ће минимизирати дебљину декарбуризованог слоја како би се смањио утицај на перформансе замора.
(2) Граница замора испитиваног челика центрифугирањем је 760 MPa.
(3) Тест пуцања челика у неметалним инклузијама, углавном смеши Al2O3.
(4) декарбуризација озбиљно смањује век трајања испитиваног челика до замора, што је слој декарбуризације дебљи, век трајања до замора је мањи.
Време објаве: 21. јун 2024.
