E Rasterelektronemikroskop gouf benotzt fir de Middegkeetsbroch ze observéieren an de Brochmechanismus z'analyséieren; gläichzäiteg gouf e Spin-Bieging-Middegkeetstest op den entkolbéierte Prouwe bei verschiddenen Temperaturen duerchgefouert, fir d'Middegkeetsliewensdauer vum Teststol mat an ouni Entkolbéierung ze vergläichen, an den Effekt vun der Entkolbéierung op d'Middegkeetsleistung vum Teststol z'analyséieren. D'Resultater weisen, datt, wéinst der gläichzäiteger Existenz vun Oxidatioun an Entkolbéierung am Heizprozess, d'Interaktioun tëscht deenen zwee, wat dozou féiert, datt d'Déckt vun der vollstänneg entkolbéierter Schicht mam Temperaturwuesstem eng Tendenz vun Zounahmen an dann Ofnahmen weist, d'Déckt vun der vollstänneg entkolbéierter Schicht e Maximumwäert vun 120 μm bei 750 ℃ erreecht, an d'Déckt vun der vollstänneg entkolbéierter Schicht e Minimumwäert vun 20 μm bei 850 ℃ erreecht, an d'Middegkeetsgrenz vum Teststol ongeféier 760 MPa ass, an d'Quell vun de Middegkeetsrëss am Teststol haaptsächlech Al2O3 netmetallesch Inklusiounen sinn; D'Entkarburiséierungsverhalen verkierzt d'Middegkeetsleeschtung vum Teststol däitlech, wat d'Middegkeetsleeschtung vum Teststol beaflosst. Wat méi déck d'Entkarburiséierungsschicht ass, wat méi kuerz d'Middegkeetsleeschtung ass. Fir den Impakt vun der Entkarburiséierungsschicht op d'Middegkeetsleeschtung vum Teststol ze reduzéieren, soll déi optimal Wärmebehandlungstemperatur vum Teststol op 850 ℃ festgeluecht ginn.
Ausrüstung ass e wichtege Bestanddeel vun engem AutoWéinst dem Betrib mat héijer Geschwindegkeet muss den a Kontakt kommenden Deel vun der Zännraduewerfläch eng héich Festigkeit a Verschleiungsbeständegkeet hunn, an d'Zännwurzel muss eng gutt Biegemiddegkeetsleistung wéinst der konstanter widderhollter Belaaschtung hunn, fir Rëss ze vermeiden, déi zu Materialbroch féieren. Fuerschunge weisen, datt d'Entkarburiséierung e wichtege Faktor ass, deen d'Spin-Biegemiddegkeetsleistung vu Metallmaterialien beaflosst, an d'Spin-Biegemiddegkeetsleistung ass en wichtegen Indikator fir d'Produktqualitéit, dofir ass et néideg, d'Entkarburiséierungsverhalen an d'Spin-Biegemiddegkeetsleistung vum Testmaterial ze studéieren.
An dëser Aarbecht gëtt den Dekarboniséierungstest vun der Uewerfläch vun der 20CrMnTi-Zännradstoluewerfläch beim Wärmebehandlungsuewen analyséiert, andeems verschidden Heiztemperaturen op der Déift vun der Dekarboniséierungsschicht vum Teststol vum ännerleche Gesetz analyséiert ginn; mat Hëllef vun der einfacher QBWP-6000J Stralenmiddegkeetstestmaschinn gëtt d'Middegkeetsleistung vum Teststol beim Rotatiounsbiegetest bestëmmt, an zur selwechter Zäit gëtt den Impakt vun der Dekarboniséierung op d'Middegkeetsleistung vum Teststol fir déi tatsächlech Produktioun analyséiert, fir de Produktiounsprozess ze verbesseren, d'Produktqualitéit ze verbesseren an eng raisonnabel Referenz ze bidden. D'Middegkeetsleistung vum Teststol gëtt mat der Spin-Biegemiddegkeetstestmaschinn bestëmmt.
1. Testmaterialien a Methoden
Testmaterial fir eng Eenheet fir 20CrMnTi Zännradstahl ze liwweren, déi wichtegst chemesch Zesummesetzung ass wéi an der Tabell 1 gewisen. Entkarburiséierungstest: D'Testmaterial gëtt zu zylindresche Proben vun Ф8 mm × 12 mm veraarbecht, d'Uewerfläch soll glänzend ouni Flecken sinn. Den Hëtztbehandlungsuewen gouf op 675 ℃, 700 ℃, 725 ℃, 750 ℃, 800 ℃, 850 ℃, 900 ℃, 950 ℃, 1.000 ℃ erhëtzt, an d'Probe gëtt 1 Stonn laang erhale gelooss, an dann op Raumtemperatur ofgekillt. No der Hëtztbehandlung vun der Probe duerch Festung, Schleifen a Poléieren, mat Erosioun vun 4% Salpetersäure-Alkoholléisung, gëtt d'Entkarburiséierungsschicht vum Teststahl mat metallurgescher Mikroskopie observéiert, an d'Déift vun der Entkarburiséierungsschicht bei verschiddenen Temperaturen gemooss. Spin-Biege-Middegkeetstest: D'Testmaterial baséiert op den Ufuerderunge vun der Veraarbechtung vun zwou Gruppe vu Spin-Biege-Middegkeetsproben. Déi éischt Grupp mécht keen Entkarburiséierungstest an déi zweet Grupp mécht en Entkarburiséierungstest bei verschiddenen Temperaturen. Mat der Spin-Biege-Middegkeetstestmaschinn ginn déi zwou Gruppe vun Teststol fir Spin-Biege-Middegkeetstester benotzt, d'Middegkeetsgrenz vun den zwou Gruppe vun Teststol bestëmmt, d'Middegkeetsliewensdauer vun den zwou Gruppe vun Teststol verglach, d'Middegkeetsfrakturobservatioun mat engem Rasterelektronenmikroskop benotzt, d'Ursaache fir de Broch vun der Prouf analyséiert, fir den Effekt vun der Entkarburiséierung op d'Middegkeetseigenschaften vum Teststol z'ënnersichen.
Tabelle 1 Chemesch Zesummesetzung (Massenundeel) vum Teststahl Gew.-%
Afloss vun der Heiztemperatur op d'Entkarburiséierung
D'Morphologie vun der Entkarburiséierungsorganisatioun ënner verschiddenen Heiztemperaturen ass an der Fig. 1 gewisen. Wéi an der Figur ze gesinn ass, erschéngt keng Entkarburiséierungsschicht op der Proufoberfläche bei enger Temperatur vun 675 ℃; wann d'Temperatur op 700 ℃ klëmmt, fänkt d'Entkarburiséierungsschicht op der Proufoberfläche un ze erschéngen, fir déi dënn Ferrit-Entkarburiséierungsschicht; mat der Temperatur déi op 725 ℃ klëmmt, ass d'Déckt vun der Entkarburiséierungsschicht op der Proufoberfläche däitlech eropgaang; bei 750 ℃ erreecht d'Déckt vun der Entkarburiséierungsschicht hire Maximum, zu dësem Zäitpunkt ass de Ferritkär méi kloer a méi grob; bei 800 ℃ klëmmt, fänkt d'Déckt vun der Entkarburiséierungsschicht däitlech un ofzehuelen, hir Déckt ass op d'Halschent vun de 750 ℃ gefall; bei 850 ℃ klëmmt d'Déckt vun der Entkarburiséierung, wéi an der Fig. 1 gewisen. Bei 800 ℃ fänkt d'Déckt vun der voller Entkarburiséierungsschicht däitlech un ofzehuelen, hir Déckt ass op d'Halschent vun de 750 ℃ gefall; Wann d'Temperatur weider op 850 ℃ a méi eropgeet, geet d'Dicke vun der voller Entkarburiséierungsschicht vum Teststol weider erof, d'Halschent vun der Dicke vun der Entkarburiséierungsschicht fänkt un no an no ze klammen, bis d'Morphologie vun der voller Entkarburiséierungsschicht komplett verschwonnen ass, an d'Halschent vun der Entkarburiséierungsschicht no an no kloer gëtt. Et ass ze gesinn, datt d'Dicke vun der voll entkarburiséierter Schicht mat der Temperaturerhéijung fir d'éischt eropgaangen ass an duerno erofgaangen ass. De Grond fir dëst Phänomen ass d'Oxidatiouns- an d'Entkarburiséierungsverhale vun der Prouf beim Erhëtzungsprozess. Nëmmen wann d'Entkarburiséierungsquote méi séier ass wéi d'Oxidatiounsquote, trëtt en Entkarburiséierungsphänomen op. Um Ufank vun der Erhëtzung klëmmt d'Dicke vun der voll entkarburiséierter Schicht no an no mat der Temperaturerhéijung, bis d'Dicke vun der voll entkarburiséierter Schicht hire maximale Wäert erreecht huet. Zu dësem Zäitpunkt gëtt d'Temperatur weider eropgesat, an d'Oxidatiounsquote vun der Prouf ass méi séier wéi d'Entkarburiséierungsquote, wat d'Erhéijung vun der voll entkarburiséierter Schicht hemmt an zu engem Réckgang féiert. Et ass ze gesinn, datt am Beräich vun 675 ～950 ℃ de Wäert vun der Déckt vun der voll entkarburiséierter Schicht bei 750 ℃ dee gréissten an de Wäert vun der Déckt vun der voll entkarburiséierter Schicht bei 850 ℃ dee klengsten ass, dofir ass d'Heiztemperatur vum Teststol op 850 ℃ recommandéiert.
Fig. 1 Histomorphologie vun der entkohlter Schicht aus Teststahl, déi 1 Stonn bei verschiddenen Heiztemperaturen gehale gouf
Am Verglach mat der hallef-entkarburiséierter Schicht huet d'Déckt vun der voll entkarburiséierter Schicht e méi eescht negativen Impakt op d'Materialeegeschafte. Si reduzéiert d'mechanesch Eegeschafte vum Material staark, wéi zum Beispill d'Reduktioun vun der Stäerkt, der Häert, der Verschleißbeständegkeet an der Middegkeetsgrenz, etc., an erhéicht och d'Sensibilitéit fir Rëss, wat d'Qualitéit vum Schweessen beaflosst, asw. Dofir ass d'Kontroll vun der Déckt vun der voll entkarburiséierter Schicht vu grousser Bedeitung fir d'Produktleistung ze verbesseren. Figur 2 weist d'Variatiounskurve vun der Déckt vun der voll entkarburiséierter Schicht mat der Temperatur, wat d'Variatioun vun der Déckt vun der voll entkarburiséierter Schicht méi kloer weist. Aus der Figur ass ze gesinn, datt d'Déckt vun der voll entkarburiséierter Schicht nëmmen ongeféier 34 μm bei 700 ℃ ass; mat der Temperatur déi op 725 ℃ eropgeet, klëmmt d'Déckt vun der voll entkarburiséierter Schicht däitlech op 86 μm, wat méi wéi duebel sou héich ass wéi d'Déckt vun der voll entkarburiséierter Schicht bei 700 ℃. Wann d'Temperatur op 750 ℃ eropgeet, erreecht d'Déckt vun der vollstänneg entkarburiséierter Schicht de maximalen Wäert vun 120 μm; wann d'Temperatur weider eropgeet, fänkt d'Déckt vun der vollstänneg entkarburiséierter Schicht staark un ofzehuelen, op 70 μm bei 800 ℃, an dann op de minimale Wäert vun ongeféier 20μm bei 850 ℃.
Fig.2 Déckt vun der vollstänneg entkohlter Schicht bei verschiddenen Temperaturen
Effekt vun der Entkarburiséierung op d'Middegkeetsleistung beim Spinbéien
Fir den Effekt vun der Entkarburiséierung op d'Middegkeetseigenschaften vum Fréijoersstol ze studéieren, goufen zwou Gruppe vu Spin-Biege-Middegkeetstester duerchgefouert, déi éischt Grupp hat en direkten Middegkeetstest ouni Entkarburiséierung, an déi zweet Grupp hat en Middegkeetstest no der Entkarburiséierung beim selwechte Spannungsniveau (810 MPa), an den Entkarburiséierungsprozess gouf 1 Stonn bei 700-850 ℃ gehalen. Déi éischt Grupp vu Proben ass an der Tabell 2 gewisen, déi d'Middegkeetsliewensdauer vum Fréijoersstol weist.
D'Middegkeetsliewensdauer vun der éischter Grupp vu Prouwe gëtt an der Tabell 2 gewisen. Wéi aus der Tabell 2 ze gesinn ass, gouf den Teststol ouni Entkarburiséierung nëmmen 107 Zyklen bei 810 MPa ënnerworf, an et ass kee Broch opgetrueden; wéi de Spannungsniveau iwwer 830 MPa gaangen ass, hunn e puer vun de Prouwe ugefaange ze briechen; wéi de Spannungsniveau iwwer 850 MPa gaangen ass, waren all d'Middegkeetsprouwe gebrach.
Tabelle 2 Ermüdungsdauer ënner verschiddene Belaaschtungsniveauen (ouni Entkarburiséierung)
Fir d'Middegkeetsgrenz ze bestëmmen, gëtt d'Gruppenmethod benotzt fir d'Middegkeetsgrenz vum Teststol ze bestëmmen, an no der statistescher Analyse vun den Donnéeën ass d'Middegkeetsgrenz vum Teststol ongeféier 760 MPa; fir d'Middegkeetsliewensdauer vum Teststol ënner verschiddene Spannungen ze charakteriséieren, gëtt d'SN-Kurve opgezeechent, wéi an der Figur 3 gewisen. Wéi an der Figur 3 ze gesinn ass, entspriechen ënnerschiddlech Spannungsniveauen ënnerschiddlecher Middegkeetsliewensdauer, wann d'Middegkeetsliewensdauer vu 7 ass, wat der Unzuel vun de Zyklen fir 107 entsprécht, dat heescht datt d'Prouwen ënner dëse Konditiounen duerch den Zoustand sinn, kann de entspriechende Spannungswäert als de Middegkeetsfestigkeitswäert approximéiert ginn, dat heescht 760 MPa. Et ass ze gesinn, datt d'S-N-Kurve wichteg fir d'Bestimmung vun der Middegkeetsliewensdauer vum Material e wichtege Referenzwäert huet.
Figur 3 SN-Kurve vum experimentellen Rotatiounsbéi-Middegkeetstest vu Stol
D'Middegkeetsliewensdauer vun der zweeter Grupp vu Prouwe gëtt an der Tabell 3 gewisen. Wéi aus der Tabell 3 ze gesinn ass, gëtt d'Zuel vun den Zyklen, nodeems den Teststol bei verschiddenen Temperaturen entkarbéiert gouf, däitlech reduzéiert, an et sinn der méi wéi 107, an all d'Middegkeetsprouwe si gebrach, an d'Middegkeetsliewensdauer gëtt däitlech reduzéiert. Kombinéiert mat der uewe genannter entkarbéierter Schichtdicke mat der Temperaturännerungskurve kann een erkennen, datt eng entkarbéiert Schichtdicke vu 750 ℃ déi gréisst ass, wat dem niddregsten Wäert vun der Middegkeetsliewensdauer entsprécht. Eng entkarbéiert Schichtdicke vu 850 ℃ ass déi klengst, wat dem relativ héije Wäert vun der Middegkeetsliewensdauer entsprécht. Et ass ze gesinn, datt d'Entkarbéierungsverhalen d'Middegkeetsleistung vum Material däitlech reduzéiert, a wat méi déck déi entkarbéiert Schicht ass, wat d'Middegkeetsliewensdauer méi niddreg ass.
Tabelle 3 Ermüdungsdauer bei verschiddenen Entkarburisatiounstemperaturen (560 MPa)
D'Morphologie vum Middegkeetsbroch vum Prouf gouf mat engem Rasterelektronemikroskop observéiert, wéi an der Fig. 4 gewisen. Figur 4(a) fir de Beräich vun der Rëssquell, an der Figur kann een e kloere Middegkeetsbou gesinn, baséierend op dem Middegkeetsbou fir d'Quell vun der Middegkeet ze fannen, kann een d'Rëssquell fir d'"Fëschaugen"-netmetallesch Aschlëss gesinn, déi einfach Spannungskonzentratioune verursaachen, wat zu Middegkeetsrëss féiert; Fig. 4(b) fir d'Morphologie vum Rëssausdehnungsberäich kënnen offensichtlech Middegkeetssträifen gesi ginn, déi flossähnlech Verdeelung haten, déi zum quasi-dissoziative Broch gehéiert, mat Rëss déi sech ausdehnen, wat schlussendlech zu engem Broch féiert. Figur 4(b) weist d'Morphologie vum Rëssausdehnungsberäich, wou offensichtlech Middegkeetssträifen a Form vun enger flossähnlecher Verdeelung ze gesi sinn, déi zum quasi-dissoziative Broch gehéiert, an déi mat der kontinuéierlecher Expansioun vun de Rëss schlussendlech zu engem Broch féiert.
Analyse vun Middegkeetsfrakturen
Fig. 4 SEM-Morphologie vun der Middegkeetsbrochfläche vun experimentellen Stol
Fir d'Aart vun den Inklusiounen an der Fig. 4 ze bestëmmen, gouf eng Energiespektrum-Zesummesetzungsanalyse duerchgefouert, an d'Resultater sinn an der Fig. 5 gewisen. Et ass ze gesinn, datt déi net-metallesch Inklusiounen haaptsächlech Al2O3-Inklusiounen sinn, wat drop hiweist, datt d'Inklusiounen d'Haaptursaach vu Rëss sinn, déi duerch Rëssbildung vun den Inklusiounen verursaacht ginn.
Figur 5 Energiespektroskopie vun netmetalleschen Inklusiounen
Schluss maachen
(1) D'Positioun vun der Heiztemperatur op 850 ℃ miniméiert d'Déckt vun der entkohlter Schicht fir den Afloss op d'Middegkeetsleistung ze reduzéieren.
(2) D'Middegkeetsgrenz vun der Spinbéiung vum Teststahl ass 760 MPa.
(3) De Rëssbild vum Teststahl an net-metallesche Schlëss, haaptsächlech eng Al2O3-Mëschung.
(4) Entkarburiséierung verkierzt d'Middegkeetsliewensdauer vum Teststol däitlech, wat méi déck d'Entkarburiséierungsschicht ass, wat méi kuerz d'Middegkeetsliewensdauer ass.
Zäitpunkt vun der Verëffentlechung: 21. Juni 2024
