Для назірання за стомленым разбурэннем і аналізу механізму разбурэння выкарыстоўваўся сканіруючы электронны мікраскоп; адначасова на абязводжаных узорах пры розных тэмпературах праводзіліся выпрабаванні на стомленасць пры кручэнні і выгібе, каб параўнаць тэрмін службы выпрабавальнай сталі з абязводжаннем і без яго, а таксама прааналізаваць уплыў абязводжання на ўстойлівасць выпрабавальнай сталі. Вынікі паказваюць, што з-за адначасовага існавання акіслення і абязводжання ў працэсе награвання, узаемадзеянне паміж імі прыводзіць да таго, што таўшчыня цалкам абязводжанага пласта з ростам тэмпературы мае тэндэнцыю да павелічэння, а затым да памяншэння, прычым таўшчыня цалкам абязводжанага пласта дасягае максімальнага значэння 120 мкм пры 750 ℃, а таўшчыня цалкам абязводжанага пласта дасягае мінімальнага значэння 20 мкм пры 850 ℃, а мяжа стомленасці выпрабавальнай сталі складае каля 760 МПа, прычым крыніцай стомленых расколін у выпрабавальнай сталі з'яўляюцца ў асноўным неметалічныя ўключэнні Al2O3; Абязуглероджванне значна зніжае тэрмін службы выпрабавальнай сталі, што ўплывае на яе ўстойлівасць да стомленасці. Чым таўсцейшы пласт абязуглероджвання, тым ніжэй тэрмін службы. Каб паменшыць уплыў пласта абязуглероджвання на ўстойлівасць да стомленасці выпрабавальнай сталі, аптымальная тэмпература тэрмічнай апрацоўкі выпрабавальнай сталі павінна быць усталявана на ўзроўні 850℃.
Шасі — важная частка аўтамабіляЗ-за працы на высокай хуткасці частка паверхні шасцярні, якая злучаецца, павінна мець высокую трываласць і ўстойлівасць да ізаляцыі, а корань зуба павінен мець добрыя характарыстыкі стомленасці пры выгібе з-за пастаяннай паўтаральнай нагрузкі, каб пазбегнуць расколін, якія прыводзяць да разбурэння матэрыялу. Даследаванні паказваюць, што абязуглероджванне з'яўляецца важным фактарам, які ўплывае на характарыстыкі стомленасці пры круцільным выгібе металічных матэрыялаў, а характарыстыкі стомленасці пры круцільным выгібе з'яўляюцца важным паказчыкам якасці прадукцыі, таму неабходна вывучыць паводзіны абязуглероджвання і характарыстыкі стомленасці пры круцільным выгібе выпрабавальнага матэрыялу.
У гэтай працы пры тэрмічнай апрацоўцы паверхні зубчастай сталі 20CrMnTi аналізуецца ўплыў розных тэмператур нагрэву на глыбіню пласта абязуглероджвання выпрабавальнай сталі ў залежнасці ад закона змены глыбіні пласта абязуглероджвання выпрабавальнай сталі; з выкарыстаннем простай машыны для выпрабаванняў на стомленасць бэлькі QBWP-6000J на выпрабавальнай сталі на ратацыйную стомленасць выпрабавальнай сталі вызначаюцца яе характарыстыкі на стомленасць, а таксама прааналізаваны ўплыў абязуглероджвання на характарыстыкі стомленасці выпрабавальнай сталі для рэальнай вытворчасці з мэтай паляпшэння вытворчага працэсу, павышэння якасці прадукцыі і забеспячэння разумнага эталона. Характарыстыкі стомленасці выпрабавальнай сталі вызначаюцца з дапамогай машыны для выпрабаванняў на стомленасць круцільным выгібам.
1. Тэставыя матэрыялы і метады
Выпрабавальны матэрыял для вырабу зубчастай сталі 20CrMnTi, асноўны хімічны склад якога паказаны ў табліцы 1. Выпрабаванне на абязуглероджванне: выпрабавальны матэрыял апрацоўваецца ў цыліндрычныя ўзоры памерам Ф8 мм × 12 мм, паверхня якіх павінна быць бліскучай і без плям. Узор награваюць у печы для тэрмічнай апрацоўкі да 675 ℃, 700 ℃, 725 ℃, 750 ℃, 800 ℃, 850 ℃, 900 ℃, 950 ℃, 1000 ℃ і вытрымліваюць 1 гадзіну, а затым астуджаюць на паветры да пакаёвай тэмпературы. Пасля тэрмічнай апрацоўкі ўзору шляхам зацвярдзення, шліфавання і паліроўкі, эрозіі 4% растворам азотнай кіслаты і спірту, пласт абязуглероджвання выпрабавальнай сталі назіраюць пад металургічнай мікраскапіяй, вымяраючы глыбіню пласта абязуглероджвання пры розных тэмпературах. Выпрабаванне на стомленасць пры круцільным выгібе: выпрабавальны матэрыял апрацоўваецца ў адпаведнасці з патрабаваннямі да дзвюх груп узораў на стомленасць пры круцільным выгібе, першая група не праходзіць выпрабаванне на абязуглероджванне, другая група праходзіць выпрабаванне на абязуглероджванне пры розных тэмпературах. З дапамогай машыны для выпрабаванняў на стомленасць пры круцільным выгібе дзвюх груп узораў сталі для выпрабаванняў на стомленасць пры круцільным выгібе, вызначаецца мяжа стомленасці дзвюх груп узораў сталі, параўноўваецца тэрмін службы дзвюх груп узораў сталі, выкарыстоўваецца сканіруючы электронны мікраскоп для назірання за разбурэннем ад стомленасці, аналізуюцца прычыны разбурэння ўзору, даследуецца ўплыў абязуглероджвання на ўласцівасці стомленасці выпрабавальнай сталі.
Табліца 1 Хімічны склад (масавая доля) выпрабавальнай сталі, % па вазе
Уплыў тэмпературы нагрэву на абязуглероджванне
Марфалогія арганізацыі дэкарбурызацыі пры розных тэмпературах нагрэву паказана на мал. 1. Як відаць з малюнка, пры тэмпературы 675 ℃ на паверхні ўзору не з'яўляецца дэкарбурызаваны пласт; пры павышэнні тэмпературы да 700 ℃ на паверхні ўзору пачынае з'яўляцца дэкарбурызаваны пласт, прычым тонкі дэкарбурызаваны пласт ферыту; пры павышэнні тэмпературы да 725 ℃ таўшчыня дэкарбурызаванага пласта на паверхні ўзору значна павялічваецца; пры 750 ℃ таўшчыня дэкарбурызаванага пласта дасягае свайго максімальнага значэння, у гэты час зерне ферыту становіцца больш празрыстым і грубым; пры павышэнні тэмпературы да 800 ℃ таўшчыня дэкарбурызаванага пласта пачынае значна памяншацца, яго таўшчыня ўпала да паловы ад 750 ℃; Калі тэмпература працягвае павышацца да 850 ℃, і таўшчыня абязуглероджвання паказана на мал. 1. Пры 800 ℃ таўшчыня поўнага абязуглероджвання пачынае значна памяншацца, прычым яго таўшчыня ўпала ўдвая да 750 ℃; калі тэмпература працягвае павышацца да 850 ℃ і вышэй, таўшчыня поўнага абязуглероджвання выпрабавальнай сталі працягвае памяншацца, прычым палова таўшчыні абязуглероджвання пачынае паступова павялічвацца, пакуль марфалогія поўнага абязуглероджвання цалкам не знікае, а палова абязуглероджвання паступова становіцца зразумелай. Можна бачыць, што таўшчыня цалкам абязуглероджвання з павышэннем тэмпературы спачатку павялічваецца, а потым памяншаецца. Прычына гэтай з'явы заключаецца ў тым, што падчас награвання ўзору адначасова адбываюцца працэсы акіслення і абязуглероджвання. З'ява абязуглероджвання з'яўляецца толькі тады, калі хуткасць абязуглероджвання перавышае хуткасць акіслення. У пачатку награвання таўшчыня цалкам абявуглероджанага пласта паступова павялічваецца з павышэннем тэмпературы, пакуль таўшчыня цалкам абявуглероджанага пласта не дасягне максімальнага значэння. У гэты час, каб працягваць павышаць тэмпературу, хуткасць акіслення ўзору перавышае хуткасць абявуглероджвання, што стрымлівае павелічэнне таўшчыні цалкам абявуглероджанага пласта і прыводзіць да тэндэнцыі да зніжэння. Можна бачыць, што ў дыяпазоне 675～950 ℃ значэнне таўшчыні цалкам абявуглероджанага пласта пры 750 ℃ з'яўляецца найбольшым, а значэнне таўшчыні цалкам абявуглероджанага пласта пры 850 ℃ з'яўляецца найменшым, таму рэкамендуемая тэмпература награвання выпрабавальнай сталі складае 850 ℃.
Мал. 1 Гістамарфалогія абязводжанага пласта выпрабавальнай сталі, вытрыманай пры розных тэмпературах нагрэву на працягу 1 гадзіны
У параўнанні з паўабвуглецаваным пластом, таўшчыня цалкам абвуглецаванага пласта аказвае больш сур'ёзны негатыўны ўплыў на ўласцівасці матэрыялу, значна зніжаючы механічныя ўласцівасці матэрыялу, такія як зніжэнне трываласці, цвёрдасці, зносаўстойлівасці і мяжы стомленасці і г.д., а таксама павялічваючы адчувальнасць да расколін, што ўплывае на якасць зваркі і г.д. Такім чынам, кантроль таўшчыні цалкам абвуглецаванага пласта мае вялікае значэнне для паляпшэння характарыстык вырабу. На малюнку 2 паказана крывая змены таўшчыні цалкам абвуглецаванага пласта з тэмпературай, якая больш выразна паказвае змяненне таўшчыні цалкам абвуглецаванага пласта. З малюнка відаць, што таўшчыня цалкам абвуглецаванага пласта складае ўсяго каля 34 мкм пры 700℃; пры павышэнні тэмпературы да 725℃ таўшчыня цалкам абвуглецаванага пласта значна павялічваецца да 86 мкм, што больш чым у два разы перавышае таўшчыню цалкам абвуглецаванага пласта пры 700℃; Пры павышэнні тэмпературы да 750 ℃ таўшчыня цалкам абязводжанага пласта павялічваецца. Пры павышэнні тэмпературы да 750 ℃ таўшчыня цалкам абязводжанага пласта дасягае максімальнага значэння 120 мкм; па меры павышэння тэмпературы таўшчыня цалкам абязводжанага пласта пачынае рэзка памяншацца да 70 мкм пры 800 ℃, а затым да мінімальнага значэння каля 20 мкм пры 850 ℃.
Мал.2 Таўшчыня цалкам абязводжанага пласта пры розных тэмпературах
Уплыў абязуглероджвання на ўстойлівасць да стомленасці пры выгінанні кручэннем
Для вывучэння ўплыву абязуглероджвання на ўласцівасці спружыннай сталі да стомленасці былі праведзены дзве групы выпрабаванняў на стомленасць пры кручэнні і выгібе: першая група - выпрабаванні на стомленасць непасрэдна без абязуглероджвання, а другая група - выпрабаванні на стомленасць пасля абязуглероджвання пры тым жа ўзроўні напружання (810 МПа), прычым працэс абязуглероджвання праводзіўся пры тэмпературы 700-850 ℃ на працягу 1 гадзіны. Першая група ўзораў паказана ў табліцы 2, якая адлюстроўвае тэрмін службы спружыннай сталі да стомленасці.
Даўгавечнасць першай групы ўзораў паказана ў табліцы 2. Як відаць з табліцы 2, без абязуглероджвання выпрабавальная сталь была падвергнута толькі 107 цыклам пры 810 МПа, і разбурэння не адбылося; калі ўзровень напружання перавышаў 830 МПа, некаторыя ўзоры пачалі разбурацца; калі ўзровень напружання перавышаў 850 МПа, усе ўзоры на стомленасць разбурыліся.
Табліца 2. Даўгавечнасць пры розных узроўнях напружання (без абязуглероджвання)
Для вызначэння мяжы стомленасці выпрабавальнай сталі выкарыстоўваецца групавы метад, і пасля статыстычнага аналізу дадзеных мяжа стомленасці выпрабавальнай сталі складае каля 760 МПа; для характарыстыкі трываласці выпрабавальнай сталі пры розных напружаннях пабудавана крывая SN, як паказана на малюнку 3. Як відаць з малюнка 3, розныя ўзроўні напружання адпавядаюць рознай трываласці. Калі трываласць стомленасці роўная 7, гэта адпавядае колькасці цыклаў на працягу 107, гэта азначае, што ўзор у гэтых умовах знаходзіцца ў такім стане, адпаведнае значэнне напружання можна прыблізна ацаніць як значэнне трываласці стомленасці, гэта значыць 760 МПа. Відаць, што крывая S-N важная для вызначэння трываласці матэрыялу і мае важнае эталоннае значэнне.
Малюнак 3. SN-крывая эксперыментальных выпрабаванняў на стомленасць сталі пры ратацыйным выгібе
Даўгавечнасць другой групы ўзораў паказана ў табліцы 3. Як відаць з табліцы 3, пасля таго, як выпрабавальная сталь была абязуглероджана пры розных тэмпературах, колькасць цыклаў відавочна зніжаецца і перавышае 107, і ўсе ўзоры, якія дазваляюць дазваляць ...
Табліца 3. Даўгавечнасць пры розных тэмпературах абязуглероджвання (560 МПа)
Марфалогія стомленасці ўзору назіралася з дапамогай сканіруючага электроннага мікраскопа, як паказана на мал. 4. На мал. 4(a) паказана зона крыніцы расколіны, на малюнку бачная відавочная дуга стомленасці, згодна з дугой стомленасці, каб знайсці крыніцу стомленасці, можна ўбачыць крыніцу расколіны для неметалічных уключэнняў тыпу "рыбіна вока", уключэнні ў месцах лёгкай канцэнтрацыі напружанняў, што прыводзіць да стомленасці; на мал. 4(b) паказана марфалогія зоны пашырэння расколіны, на якой бачныя відавочныя палоскі стомленасці, падобнае на раку размеркаванне, якое адносіцца да квазідысацыятыўнага разбурэння, з пашырэннем расколін, што ў канчатковым выніку прыводзіць да разбурэння. На мал. 4(b) паказана марфалогія зоны пашырэння расколіны, на якой можна ўбачыць відавочныя палоскі стомленасці ў выглядзе ракі размеркавання, што адносіцца да квазідысацыятыўнага разбурэння, з пастаянным пашырэннем расколін, што ў канчатковым выніку прыводзіць да разбурэння.
Аналіз разлому ад стомленасці
Мал.4 Марфалогія SEM паверхні стомленага разлому эксперыментальнай сталі
Для вызначэння тыпу ўключэнняў на мал. 4 быў праведзены аналіз складу энергетычнага спектру, вынікі якога паказаны на мал. 5. Відаць, што неметалічныя ўключэнні ў асноўным уключаюць Al2O3, што сведчыць аб тым, што гэтыя ўключэнні з'яўляюцца асноўнай крыніцай расколін, выкліканых іх расколінамі.
Малюнак 5. Энергетычная спектраскапія неметалічных уключэнняў
Заключэнне
(1) Устанаўленне тэмпературы нагрэву на ўзроўні 850 ℃ мінімізуе таўшчыню абязводжанага пласта, што памяншае ўплыў на ўстойлівасць да стомленасці.
(2) Мяжа стомленасці выпрабавальнай сталі пры выгібе пад ціскам складае 760 МПа.
(3) Выпрабаванне на расколіны ў сталі ў неметалічных уключэннях, галоўным чынам у сумесі Al2O3.
(4) абязуглероджванне сур'ёзна зніжае тэрмін службы выпрабавальнай сталі, чым таўсцейшы пласт абязуглероджвання, тым ніжэй тэрмін службы.
Час публікацыі: 21 чэрвеня 2024 г.
