Svepelektronmikroskop användes för att observera utmattningsfrakturen och analysera frakturmekanismen; samtidigt utfördes spinnböjningsutmattningstest på de avkolade proverna vid olika temperaturer för att jämföra teststålets utmattningslivslängd med och utan avkolning och för att analysera effekten av avkolning på teststålets utmattningsprestanda. Resultaten visar att, på grund av den samtidiga förekomsten av oxidation och avkolning i uppvärmningsprocessen, visar interaktionen mellan de två, vilket resulterar i tjockleken på det helt avkolade lagret med ökningen av temperaturen, en trend av ökande och sedan minskande, tjockleken på det helt avkolade skiktet når ett maximalt värde på 120 μm vid 750 ℃, och tjockleken på det helt avkolade skiktet når ett minimivärde på 20 μm vid 850 ℃, och utmattningsgränsen för teststålet är cirka 760 MPa, och källan till utmattningssprickor i teststålet är huvudsakligen Al2O3 icke-metalliska inneslutningar; Avkolningsbeteendet minskar teststålets utmattningslivslängd avsevärt, vilket påverkar teststålets utmattningsprestanda, ju tjockare avkolningsskikt, desto lägre utmattningslivslängd. För att minska inverkan av avkolningsskiktet på utmattningsprestandan hos teststålet bör den optimala värmebehandlingstemperaturen för teststålet ställas in på 850 ℃.
Redskap är en viktig komponent i bilar,på grund av driften vid hög hastighet måste den ingripande delen av växelytan ha hög hållfasthet och nötningsbeständighet, och tandroten måste ha god böjutmattningsprestanda på grund av den konstanta upprepade belastningen, för att undvika sprickor som leder till material fraktur. Forskning visar att avkolning är en viktig faktor som påverkar utmattningsprestandan för spinnböjning av metallmaterial, och spinnböjningsutmattningsprestanda är en viktig indikator på produktkvalitet, så det är nödvändigt att studera avkolningsbeteendet och testmaterialets utmattningsprestanda för spinnböjning.
I detta papper, värmebehandling ugnen på 20CrMnTi kugghjul stål yta avkolning test, analysera olika uppvärmningstemperaturer på testet stål avkolning skikt djupet av den ändrade lagen; med hjälp av QBWP-6000J enkel strålutmattningstestmaskin på teststålets roterande böjningsutmattningstest, bestämning av teststålsutmattningsprestanda och samtidigt analysera effekten av avkolning på utmattningsprestandan hos teststålet för att den faktiska produktionen ska förbättras produktionsprocessen, förbättra kvaliteten på produkterna och ge en rimlig referens. Teststålets utmattningsprestanda bestäms av spinnböjningsutmattningstestmaskinen.
1. Testa material och metoder
Testmaterial för en enhet för att ge 20CrMnTi kuggstål, den huvudsakliga kemiska sammansättningen som visas i tabell 1. Avkolningstest: testmaterialet bearbetas till Ф8 mm × 12 mm cylindriskt prov, ytan ska vara ljus utan fläckar. Värmebehandlingsugnen värmdes upp till 675 ℃, 700 ℃, 725 ℃, 750 ℃, 800 ℃, 850 ℃, 900 ℃, 950 ℃, 1 000 ℃ och hölls sedan i rumstemperaturen 1 timme och hölls i rumstemperatur. Efter värmebehandling av provet genom härdning, slipning och polering, med 4% av erosion av salpetersyraalkohollösningen, användning av metallurgisk mikroskopi för att observera teststålavkolningsskiktet, mätning av avkolningsskiktets djup vid olika temperaturer. Spinnböjningsutmattningstest: testmaterialet enligt kraven för bearbetning av två grupper av spinnböjningsutmattningsprover, den första gruppen utför inte avkolningstest, den andra gruppen av avkolningstest vid olika temperaturer. Med hjälp av spinnböjningsutmattningstestmaskinen, de två grupperna av teststål för spinnböjningsutmattningstestning, bestämning av utmattningsgränsen för de två grupperna av teststål, jämförelse av utmattningslivslängden för de två grupperna av teststål, användningen av skanning elektronmikroskop observation av utmattningsbrott, analysera orsakerna till provets brott, för att utforska effekten av avkolning av utmattningsegenskaperna hos teststålet.
Tabell 1 Kemisk sammansättning (massfraktion) av teststål viktprocent
Effekt av uppvärmningstemperatur på avkolning
Morfologin för avkolningsorganisationen under olika uppvärmningstemperaturer visas i fig. 1. Som framgår av figuren, när temperaturen är 675 ℃, verkar provytan inte avkolningsskiktet; när temperaturen stiger till 700 ℃ började provytans avkolningsskikt att dyka upp, för det tunna ferritavkolningsskiktet; med temperaturen stiger till 725 ℃, ökade provets yta avkolningsskiktets tjocklek avsevärt; 750 ℃ avkolningsskiktets tjocklek når sitt maximala värde, vid denna tidpunkt är ferritkornet tydligare, grovare; när temperaturen stiger till 800 ℃ började avkolningsskiktets tjocklek minska avsevärt, dess tjocklek sjönk till hälften av 750 ℃; när temperaturen fortsätter att stiga till 850 ℃ och tjockleken på avkolningen visas i Fig. 1. 800 ℃ började hela avkolningsskiktets tjocklek minska avsevärt, dess tjocklek sjönk till 750 ℃ när hälften; När temperaturen fortsätter att stiga till 850 ℃ och över, fortsätter teststålets fulla avkolningsskikttjocklek att minska, halva avkolningsskiktets tjocklek började gradvis öka tills hela avkolningsskiktets morfologi försvann, halva avkolningsskiktets morfologi klarnar gradvis. Det kan ses att tjockleken på det helt avkolade lagret med temperaturökningen först ökades och sedan minskades, anledningen till detta fenomen beror på provet i uppvärmningsprocessen samtidigt oxidations- och avkolningsbeteendet, endast när avkolningshastigheten är snabbare än oxidationshastigheten kommer att uppträda avkolningsfenomen. I början av uppvärmningen ökar tjockleken på det helt avkolade skiktet gradvis med ökningen av temperaturen tills tjockleken på det helt avkolade skiktet når maximalt värde, vid denna tidpunkt för att fortsätta att höja temperaturen är provets oxidationshastighet snabbare än avkolningshastigheten, som hämmar ökningen av det helt avkolade lagret, vilket resulterar i en nedåtgående trend. Det kan ses att inom intervallet 675 ~950 ℃ är värdet på tjockleken på det helt avkolade skiktet vid 750 ℃ störst, och värdet på tjockleken på det helt avkolade skiktet vid 850 ℃ är det minsta, därför rekommenderas uppvärmningstemperaturen för teststålet att vara 850 ℃.
Fig. 1 Histomorfologi för avkolat lager av teststål som hålls vid olika uppvärmningstemperaturer i 1 timme
Jämfört med det halvavkolade skiktet har tjockleken på det helt avkolade skiktet en allvarligare negativ inverkan på materialegenskaperna, det kommer att kraftigt minska materialets mekaniska egenskaper, såsom att minska styrkan, hårdheten, slitstyrkan och utmattningsgränsen. , etc., och ökar också känsligheten för sprickor, vilket påverkar svetskvaliteten och så vidare. Därför är kontroll av tjockleken på det helt avkolade skiktet av stor betydelse för att förbättra produktens prestanda. Figur 2 visar variationskurvan för tjockleken av det helt avkolade skiktet med temperatur, vilket visar variationen av tjockleken hos det helt avkolade skiktet tydligare. Det kan ses från figuren att tjockleken på det helt avkolade lagret endast är cirka 34μm vid 700 ℃; när temperaturen stiger till 725 ℃, ökar tjockleken på det helt avkolade skiktet avsevärt till 86 μm, vilket är mer än två gånger tjockleken på det helt avkolade skiktet vid 700 ℃; när temperaturen höjs till 750 ℃, tjockleken på det helt avkolade skiktet När temperaturen stiger till 750 ℃ når tjockleken på det helt avkolade skiktet det maximala värdet på 120 μm; När temperaturen fortsätter att stiga, börjar tjockleken på det helt avkolade lagret att minska kraftigt, till 70 μm vid 800 ℃, och sedan till minimivärdet på cirka 20 μm vid 850 ℃.
Fig.2 Tjocklek på helt avkolat lager vid olika temperaturer
Effekt av avkolning på utmattningsprestanda vid spinnböjning
För att studera effekten av avkolning på fjäderståls utmattningsegenskaper genomfördes två grupper av spinnböjningsutmattningstest, den första gruppen var utmattningstestning direkt utan avkolning och den andra gruppen utmattningstestning efter avkolning vid samma spänning nivå (810 MPa), och avkolningsprocessen hölls vid 700-850 ℃ i 1 timme. Den första gruppen av prover visas i tabell 2, som är utmattningslivslängden för fjäderstålet.
Utmattningslivslängden för den första gruppen av prover visas i tabell 2. Som framgår av tabell 2, utan avkolning, utsattes teststålet endast för 107 cykler vid 810 MPa, och ingen fraktur inträffade; när spänningsnivån översteg 830 MPa började några av proverna att spricka; när spänningsnivån översteg 850 MPa, var alla utmattningsproverna spruckna.
Tabell 2 Utmattningsliv under olika stressnivåer (utan avkolning)
För att bestämma utmattningsgränsen används gruppmetoden för att bestämma utmattningsgränsen för teststålet, och efter statistisk analys av data är utmattningsgränsen för teststålet cirka 760 MPa; för att karakterisera teststålets utmattningslivslängd under olika spänningar plottas SN-kurvan, som visas i figur 3. Som framgår av figur 3 motsvarar olika spänningsnivåer olika utmattningslivslängd, då utmattningslivslängden på 7 , motsvarande antalet cykler för 107, vilket betyder att provet under dessa förhållanden är genom tillståndet, kan motsvarande spänningsvärde approximeras som utmattningshållfasthetsvärdet, det vill säga 760 MPa. Det kan ses att S - N-kurvan är viktig för bestämningen av materialets utmattningslivslängd har ett viktigt referensvärde.
Figur 3 SN-kurva för experimentellt utmattningstest för roterande böjning av stål
Utmattningslivslängden för den andra gruppen av prover visas i tabell 3. Som framgår av tabell 3, efter att teststålet avkolats vid olika temperaturer, minskar uppenbarligen antalet cykler, och de är fler än 107, och alla utmattningsproverna är spruckna och utmattningslivslängden reduceras avsevärt. I kombination med ovanstående avkolade lagertjocklek med temperaturförändringskurvan kan ses, 750 ℃ avkolat lagertjocklek är den största, vilket motsvarar det lägsta värdet på utmattningslivslängden. 850 ℃ avkolat lagertjocklek är den minsta, vilket motsvarar utmattningslivslängden är relativt hög. Det kan ses att avkolningsbeteendet kraftigt minskar materialets utmattningsprestanda, och ju tjockare det avkolade skiktet är, desto lägre blir utmattningslivslängden.
Tabell 3 Utmattningslivslängd vid olika avkolningstemperaturer (560 MPa)
Utmattningsfrakturmorfologin för provet observerades med svepelektronmikroskop, som visas i fig. 4. Figur 4(a) för sprickkällans område, figuren kan ses tydlig utmattningsbåge, enligt utmattningsbågen för att hitta källan av utmattning, kan ses, sprickkällan för "fiskögat" icke-metalliska inneslutningar, inneslutningar vid lätt att orsaka spänningskoncentration, vilket resulterar i utmattningssprickor; Fig. 4(b) för sprickförlängningsområdets morfologi, kan ses tydliga utmattningsränder, var flodliknande fördelning, tillhör kvasi-dissociativ spricka, med sprickor som expanderar, vilket så småningom leder till sprickor. Figur 4(b) visar morfologin för sprickexpansionsområdet, tydliga utmattningsränder kan ses, i form av flodliknande fördelning, som hör till kvasi-dissociativ spricka, och med den kontinuerliga expansionen av sprickorna, vilket i slutändan leder till sprickor .
Analys av utmattningsfraktur
Fig. 4 SEM-morfologi för utmattningsbrottyta hos experimentstål
För att bestämma typen av inneslutningar i fig. 4 utfördes energispektrumsammansättningsanalys, och resultaten visas i fig. 5. Det kan ses att de icke-metalliska inneslutningarna huvudsakligen är Al2O3-inneslutningar, vilket indikerar att inneslutningarna är den huvudsakliga källan till sprickor orsakade av sprickbildning av inneslutningar.
Figur 5 Energispektroskopi av icke-metalliska inneslutningar
Sluta
(1) Att placera uppvärmningstemperaturen vid 850 ℃ kommer att minimera tjockleken på det avkolade lagret för att minska effekten på utmattningsprestandan.
(2) Utmattningsgränsen för teststålspinnböjningen är 760 MPa.
( 3) Teststålets sprickbildning i icke-metalliska inneslutningar, huvudsakligen Al2O3-blandning.
(4) avkolning minskar utmattningslivslängden för teststålet allvarligt, ju tjockare avkolningsskikt, desto lägre utmattningslivslängd.
Posttid: 2024-jun-21