Utilizouse un microscopio electrónico de varrido para observar a fractura por fatiga e analizar o mecanismo de fractura; ao mesmo tempo, realizouse unha proba de fatiga por flexión por rotación nas mostras descarburadas a diferentes temperaturas para comparar a vida útil do aceiro de proba con e sen descarburación e para analizar o efecto da descarburación no rendemento á fatiga do aceiro de proba. Os resultados mostran que, debido á existencia simultánea de oxidación e descarburación no proceso de quentamento, a interacción entre ambas, o que resulta no espesor da capa totalmente descarburada co crecemento da temperatura mostra unha tendencia de aumento e despois de diminución, o o espesor da capa totalmente descarburada alcanza un valor máximo de 120 μm a 750 ℃, e o espesor da capa totalmente descarburada alcanza un valor mínimo de 20 μm a 850 ℃ e o límite de fatiga do aceiro de proba é duns 760 MPa, e a fonte de fendas de fatiga no aceiro de proba son principalmente inclusións non metálicas de Al2O3; O comportamento de descarburación reduce moito a vida de fatiga do aceiro de proba, afectando o rendemento de fatiga do aceiro de proba, canto máis espesa sexa a capa de descarburación, menor será a vida útil á fatiga. Para reducir o impacto da capa de descarburación no rendemento á fatiga do aceiro de proba, a temperatura óptima de tratamento térmico do aceiro de proba debe establecerse en 850 ℃.
A engrenaxe é un compoñente importante do automóbil,Debido ao funcionamento a alta velocidade, a parte de engranaxe da superficie do engrenaxe debe ter unha alta resistencia e resistencia á abrasión, e a raíz do dente debe ter un bo rendemento de fatiga por flexión debido á carga constante e repetida, para evitar gretas que leven ao material. fractura. A investigación mostra que a descarburación é un factor importante que afecta o rendemento de fatiga por flexión por rotación dos materiais metálicos, e que o rendemento pola fatiga por flexión por rotación é un indicador importante da calidade do produto, polo que é necesario estudar o comportamento da descarburación e o rendemento da fatiga por flexión por rotación do material de proba.
Neste artigo, o forno de tratamento térmico na proba de descarburación de superficie de aceiro de engrenaxes 20CrMnTi, analiza diferentes temperaturas de quecemento na profundidade da capa de descarburación de aceiro de proba da lei cambiante; usando a máquina de proba de fatiga de feixe simple QBWP-6000J na proba de fatiga de flexión rotativa de aceiro de proba, determinación do rendemento de fatiga do aceiro de proba e, ao mesmo tempo, analizar o impacto da descarburación no rendemento á fatiga do aceiro de proba para mellorar a produción real. o proceso de produción, mellorar a calidade dos produtos e proporcionar unha referencia razoable. O rendemento de fatiga do aceiro de proba está determinado pola máquina de proba de fatiga por flexión por rotación.
1. Materiais e métodos de proba
Material de proba para unha unidade para proporcionar aceiro de engrenaxes 20CrMnTi, a composición química principal como se mostra na táboa 1. Proba de descarburación: o material de proba é procesado en espécimen cilíndrico Ф8 mm × 12 mm, a superficie debe ser brillante sen manchas. O forno de tratamento térmico quentouse a 675 ℃, 700 ℃, 725 ℃, 750 ℃, 800 ℃, 850 ℃, 900 ℃, 950 ℃, 1.000 ℃, 1.000 ℃ e, a continuación, a temperatura ambiente conduciu a temperatura ambiente e, a continuación, manteña a temperatura ambiente. Despois do tratamento térmico da mostra mediante a configuración, moenda e pulido, co 4% da erosión da solución de alcohol de ácido nítrico, o uso de microscopía metalúrxica para observar a capa de descarburación de aceiro de proba, medindo a profundidade da capa de descarburación a diferentes temperaturas. Proba de fatiga de flexión por xiro: o material de proba de acordo cos requisitos do procesamento de dous grupos de mostras de fatiga de flexión por xiro, o primeiro grupo non realiza a proba de descarburación, o segundo grupo de proba de descarburación a diferentes temperaturas. Usando a máquina de proba de fatiga de flexión, os dous grupos de aceiro de proba para probas de fatiga de flexión, determinación do límite de fatiga dos dous grupos de aceiro de proba, comparación da vida de fatiga dos dous grupos de aceiro de proba, uso de dixitalización Observación da fractura de fatiga ao microscopio electrónico, analizar as razóns da fractura da mostra, para explorar o efecto da descarburación das propiedades de fatiga do aceiro de proba.
Táboa 1 Composición química (fracción en masa) do aceiro de proba % en peso
Efecto da temperatura de quecemento na descarburación
A morfoloxía da organización de descarburación a diferentes temperaturas de quecemento móstrase na figura 1. Como se pode ver na figura, cando a temperatura é de 675 ℃, a superficie da mostra non aparece capa de descarburación; cando a temperatura sobe a 700 ℃, a capa de descarburación da superficie da mostra comezou a aparecer, para a capa fina de descarburación de ferrita; coa temperatura aumenta a 725 ℃, o grosor da capa de descarburación da superficie da mostra aumentou significativamente; 750 ℃ espesor da capa de descarburación alcanza o seu valor máximo, neste momento, o gran de ferrita é máis claro, groso; cando a temperatura sobe a 800 ℃, o grosor da capa de descarburación comezou a diminuír significativamente, o seu grosor caeu á metade dos 750 ℃; cando a temperatura segue a subir a 850 ℃ e o grosor da descarburación móstrase na figura 1. 800 ℃, o espesor da capa de descarburación completa comezou a diminuír significativamente, o seu espesor caeu a 750 ℃ cando a metade; Cando a temperatura segue subindo a 850 ℃ e por riba, o espesor da capa de descarburación completa do aceiro de proba segue diminuíndo, a metade do espesor da capa de descarburación comezou a aumentar gradualmente ata que desapareceu toda a morfoloxía da capa de descarburación completa, a metade da morfoloxía da capa de descarburación desaparece gradualmente. Pódese ver que o grosor da capa totalmente descarburada co aumento da temperatura foi primeiro aumentado e despois reducido, a razón deste fenómeno débese á mostra no proceso de quecemento ao mesmo tempo que o comportamento de oxidación e descarburación, só cando a taxa de descarburación é máis rápida que a velocidade de oxidación aparecerá fenómeno de descarburación. Ao comezo do quecemento, o grosor da capa totalmente descarburada aumenta gradualmente co aumento da temperatura ata que o espesor da capa totalmente descarburada alcanza o valor máximo, neste momento para seguir aumentando a temperatura, a taxa de oxidación da mostra é máis rápida que a taxa de descarburación, que inhibe o aumento da capa totalmente descarburada, dando como resultado unha tendencia á baixa. Pódese ver que, dentro do intervalo de 675 ～950 ℃, o valor do grosor da capa totalmente descarburada a 750 ℃ é o maior e o valor do grosor da capa totalmente descarburada a 850 ℃ é o menor, polo tanto, recoméndase que a temperatura de quecemento do aceiro de proba sexa de 850 ℃.
Fig.1 Histomorfoloxía da capa descarburada de aceiro de proba mantida a diferentes temperaturas de quecemento durante 1h
En comparación coa capa semidescarburada, o grosor da capa totalmente descarburada ten un impacto negativo máis grave nas propiedades do material, reducirá moito as propiedades mecánicas do material, como a redución da resistencia, dureza, resistencia ao desgaste e límite de fatiga. , etc., e tamén aumenta a sensibilidade ás gretas, afectando a calidade da soldadura, etc. Polo tanto, controlar o grosor da capa totalmente descarburada é de gran importancia para mellorar o rendemento do produto. A figura 2 mostra a curva de variación do grosor da capa totalmente descarburada coa temperatura, que mostra a variación do grosor da capa totalmente descarburada con máis claridade. Pódese ver na figura que o espesor da capa totalmente descarburada é só duns 34 μm a 700 ℃; co aumento da temperatura a 725 ℃, o grosor da capa totalmente descarburada aumenta significativamente ata 86 μm, o que é máis de dúas veces o grosor da capa totalmente descarburada a 700 ℃; cando a temperatura se eleva a 750 ℃, o espesor da capa totalmente descarburada Cando a temperatura aumenta a 750 ℃, o grosor da capa totalmente descarburada alcanza o valor máximo de 120 μm; a medida que a temperatura segue aumentando, o espesor da capa totalmente descarburada comeza a diminuír drasticamente, ata 70 μm a 800 ℃, e despois ata o valor mínimo duns 20 μm a 850 ℃.
Fig.2 Espesor da capa totalmente descarburada a diferentes temperaturas
Efecto da descarburación no rendemento á fatiga na flexión por spin
Para estudar o efecto da descarburación nas propiedades de fatiga do aceiro para resortes, realizáronse dous grupos de probas de fatiga por flexión por rotación, o primeiro grupo foi proba de fatiga directamente sen descarburación e o segundo grupo foi proba de fatiga despois da descarburación ao mesmo esforzo. nivel (810 MPa) e o proceso de descarburación mantívose a 700-850 ℃ durante 1 h. O primeiro grupo de mostras móstrase na Táboa 2, que é a vida á fatiga do aceiro para resortes.
A vida a fatiga do primeiro grupo de mostras móstrase na Táboa 2. Como se pode ver na Táboa 2, sen descarburación, o aceiro de proba só foi sometido a 107 ciclos a 810 MPa, e non se produciu ningunha fractura; cando o nivel de tensión superou os 830 MPa, algúns dos exemplares comezaron a fracturarse; cando o nivel de tensión superou os 850 MPa, todas as mostras de fatiga fracturáronse.
Táboa 2 Vida á fatiga baixo diferentes niveis de tensión (sen descarburación)
Para determinar o límite de fatiga, utilízase o método de grupo para determinar o límite de fatiga do aceiro de proba, e despois da análise estatística dos datos, o límite de fatiga do aceiro de proba é duns 760 MPa; co fin de caracterizar a vida de fatiga do aceiro de proba baixo diferentes esforzos, traza a curva SN, como se mostra na figura 3. Como se pode ver na figura 3, diferentes niveis de tensión corresponden a unha vida de fatiga diferente, cando a vida de fatiga de 7 , correspondente ao número de ciclos para 107, o que significa que a mostra nestas condicións está a través do estado, o valor de tensión correspondente pódese aproximar como o valor de resistencia á fatiga, é dicir, 760 MPa. Pódese ver que a curva S - N é importante para a determinación da vida a fatiga do material ten un valor de referencia importante.
Figura 3 Curva SN do ensaio experimental de fatiga por flexión rotatoria de aceiro
A vida a fatiga do segundo grupo de mostras móstrase na Táboa 3. Como se pode ver na Táboa 3, despois de que o aceiro de proba sexa descarburado a diferentes temperaturas, o número de ciclos redúcese, obviamente, e son máis de 107, e todos os exemplares de fatiga están fracturados, e a vida á fatiga redúcese moito. Combinado co espesor da capa descarburada anterior, pódese ver a curva de cambio de temperatura, o grosor da capa descarburizada de 750 ℃ é o maior, correspondente ao valor máis baixo da vida útil á fatiga. 850 ℃ espesor da capa descarburizada é o menor, correspondente ao valor de vida útil de fatiga é relativamente alto. Pódese ver que o comportamento de descarburación reduce en gran medida o rendemento á fatiga do material, e canto máis grosa sexa a capa descarburada, menor será a vida útil á fatiga.
Táboa 3 Vida á fatiga a diferentes temperaturas de descarburación (560 MPa)
A morfoloxía da fractura por fatiga do espécimen observouse mediante un microscopio electrónico de varrido, como se mostra na figura 4. Figura 4 (a) para a zona da fonte de fendas, a figura pódese ver arco de fatiga obvio, segundo o arco de fatiga para atopar a fonte. de fatiga, pódese ver, a fonte de crack para o "ollo de peixe" inclusións non metálicas, inclusións no fácil de causar concentración de tensión, o que resulta en gretas de fatiga; Fig. 4 (b) para a morfoloxía da área de extensión da fenda, pódense ver franxas de fatiga obvias, era unha distribución similar ao río, pertence á fractura case disociativa, con fendas que se expanden, eventualmente levando á fractura. A figura 4(b) mostra a morfoloxía da área de expansión da greta, pódense ver raias de fatiga obvias, en forma de distribución similar a un río, que pertence á fractura cuasi disociativa, e coa expansión continua das gretas, que finalmente leva á fractura. .
Análise de fracturas por fatiga
Fig.4 Morfoloxía SEM da superficie de fractura por fatiga do aceiro experimental
Para determinar o tipo de inclusións na figura 4, realizouse a análise da composición do espectro enerxético, e os resultados móstranse na figura 5. Pódese ver que as inclusións non metálicas son principalmente inclusións de Al2O3, o que indica que as inclusións son a principal fonte de fendas causadas por inclusións.
Figura 5 Espectroscopia enerxética de inclusións non metálicas
Concluír
(1) Colocar a temperatura de calefacción a 850 ℃ minimizará o espesor da capa descarburada para reducir o efecto sobre o rendemento á fatiga.
(2) O límite de fatiga da flexión do aceiro de proba é de 760 MPa.
(3) A proba de rachaduras de aceiro en inclusións non metálicas, principalmente mestura de Al2O3.
(4) a descarburación reduce seriamente a vida útil do aceiro de proba, canto máis grosa sexa a capa de descarburación, menor será a vida útil á fatiga.
Hora de publicación: 21-Xun-2024