Skenējošais elektronmikroskops tika izmantots, lai novērotu noguruma lūzumu un analizētu lūzuma mehānismu; vienlaikus dekarburizētiem paraugiem dažādās temperatūrās tika veikts vērpes lieces noguruma tests, lai salīdzinātu testa tērauda noguruma ilgmūžību ar un bez dekarburizācijas, kā arī analizētu dekarburizācijas ietekmi uz testa tērauda noguruma veiktspēju. Rezultāti liecina, ka, pateicoties vienlaicīgai oksidēšanās un dekarburizācijas klātbūtnei karsēšanas procesā, mijiedarbība starp abiem, kā rezultātā pilnībā dekarburizētā slāņa biezums palielinās līdz ar temperatūras pieaugumu, pēc tam samazinoties, pilnībā dekarburizētā slāņa biezums sasniedz maksimālo vērtību 120 μm pie 750 ℃, un pilnībā dekarburizētā slāņa biezums sasniedz minimālo vērtību 20 μm pie 850 ℃, un testa tērauda noguruma robeža ir aptuveni 760 MPa, un noguruma plaisu avots testa tēraudā galvenokārt ir Al2O3 nemetāliski ieslēgumi; Dekarburizācijas izturēšanās ievērojami samazina testa tērauda noguruma kalpošanas laiku, ietekmējot testa tērauda noguruma veiktspēju, jo biezāks ir dekarburizācijas slānis, jo īsāks ir noguruma kalpošanas laiks. Lai samazinātu dekarburizācijas slāņa ietekmi uz testa tērauda noguruma veiktspēju, testa tērauda optimālā termiskās apstrādes temperatūra jāiestata uz 850 ℃.
Pārnesums ir svarīga automašīnas sastāvdaļa,sakarā ar darbību lielā ātrumā zobrata virsmas režģa daļai jābūt ar augstu izturību un nodilumizturību, un zoba saknei jābūt ar labu lieces noguruma veiktspēju pastāvīgas atkārtotas slodzes dēļ, lai izvairītos no plaisām, kas noved pie materiāla lūzuma. Pētījumi liecina, ka dekarburizācija ir svarīgs faktors, kas ietekmē metāla materiālu griešanās lieces noguruma veiktspēju, un griešanās lieces noguruma veiktspēja ir svarīgs produkta kvalitātes rādītājs, tāpēc ir jāizpēta testa materiāla dekarburizācijas uzvedība un griešanās lieces noguruma veiktspēja.
Šajā darbā tiek analizēta termiskās apstrādes krāsns 20CrMnTi zobratu tērauda virsmas dekarburizācijas tests, analizētas dažādas karsēšanas temperatūras uz testa tērauda dekarburizācijas slāņa dziļuma mainīgā likuma; izmantojot QBWP-6000J vienkāršu siju noguruma testēšanas iekārtu testa tērauda rotācijas lieces noguruma testā, tiek noteikta testa tērauda noguruma veiktspēja un vienlaikus analizēta dekarburizācijas ietekme uz testa tērauda noguruma veiktspēju faktiskajā ražošanā, lai uzlabotu ražošanas procesu, uzlabotu produktu kvalitāti un sniegtu saprātīgu atsauci. Testa tērauda noguruma veiktspēju nosaka ar rotācijas lieces noguruma testa iekārtu.
1. Testa materiāli un metodes
Testa materiālam, lai nodrošinātu 20CrMnTi zobratu tēraudu, galvenais ķīmiskais sastāvs ir parādīts 1. tabulā. Dekarburizācijas tests: testa materiāls tiek apstrādāts Ф8 mm × 12 mm cilindriskā paraugā, virsmai jābūt spīdīgai un bez traipiem. Termiskās apstrādes krāsnis tiek uzkarsētas līdz 675 ℃, 700 ℃, 725 ℃, 750 ℃, 800 ℃, 850 ℃, 900 ℃, 950 ℃, 1000 ℃, ievietots paraugā un turēts 1 stundu, pēc tam atdzesēts līdz istabas temperatūrai. Pēc parauga termiskās apstrādes, nostiprinot, slīpējot un pulējot, izmantojot 4% slāpekļskābes spirta šķīduma eroziju, izmantojot metalurģisko mikroskopiju, novēro testa tērauda dekarburizācijas slāni un mēra dekarburizācijas slāņa dziļumu dažādās temperatūrās. Griešanās lieces noguruma tests: testa materiāls tiek apstrādāts atbilstoši divu griežošās lieces noguruma paraugu grupu apstrādes prasībām. Pirmā grupa neveic dekarburizācijas testu, bet otrā grupa dekarburizācijas testu veic dažādās temperatūrās. Izmantojot griežošās lieces noguruma testēšanas iekārtu, tiek veikta divu testa tērauda grupu griežošās lieces noguruma pārbaude, tiek noteikta abu testa tērauda grupu noguruma robeža, salīdzināts abu testa tērauda grupu noguruma kalpošanas laiks, un skenējošā elektronmikroskopa izmantošana noguruma lūzumu novērošanai, tiek analizēti parauga lūzuma iemesli un izpētīta dekarburizācijas ietekme uz testa tērauda noguruma īpašībām.
1. tabula. Testējamā tērauda ķīmiskais sastāvs (masas daļa) svara %
Sildīšanas temperatūras ietekme uz dekarburizāciju
Dekarburizācijas organizācijas morfoloģija dažādās karsēšanas temperatūrās ir parādīta 1. attēlā. Kā redzams attēlā, kad temperatūra ir 675 ℃, parauga virsmā neparādās dekarburizācijas slānis; kad temperatūra paaugstinās līdz 700 ℃, parauga virsmas dekarburizācijas slānis sāk parādīties plānam ferīta dekarburizācijas slānim; kad temperatūra paaugstinās līdz 725 ℃, parauga virsmas dekarburizācijas slāņa biezums ievērojami palielinās; 750 ℃ dekarburizācijas slāņa biezums sasniedz maksimālo vērtību, šajā laikā ferīta graudi ir dzidrāki un rupjāki; kad temperatūra paaugstinās līdz 800 ℃, dekarburizācijas slāņa biezums sāk ievērojami samazināties, tā biezums samazinās līdz pusei no 750 ℃ biezuma. Kad temperatūra turpina paaugstināties līdz 850 ℃ un dekarburizācijas biezums ir parādīts 1. attēlā. Pie 800 ℃ pilna dekarburizācijas slāņa biezums sāk ievērojami samazināties, tā biezums samazinās līdz 750 ℃, kad tas samazinās līdz pusei; kad temperatūra turpina paaugstināties līdz 850 ℃ un augstāka, testa tērauda pilna dekarburizācijas slāņa biezums turpina samazināties, puse no dekarburizācijas slāņa biezuma sāk pakāpeniski palielināties, līdz pilnīgas dekarburizācijas slāņa morfoloģija pilnībā izzūd, puse no dekarburizācijas slāņa morfoloģijas pakāpeniski izzūd. Var redzēt, ka pilnībā dekarburizētā slāņa biezums, palielinoties temperatūrai, vispirms palielinās un pēc tam samazinās. Šīs parādības iemesls ir parauga vienlaicīga oksidēšanās un dekarburizācijas uzvedība karsēšanas procesā. Dekarburizācijas parādība parādīsies tikai tad, ja dekarburizācijas ātrums ir lielāks par oksidēšanās ātrumu. Sildīšanas sākumā pilnībā dekarburizētā slāņa biezums pakāpeniski palielinās līdz ar temperatūras paaugstināšanos, līdz pilnībā dekarburizētā slāņa biezums sasniedz maksimālo vērtību. Šajā laikā, turpinot paaugstināt temperatūru, parauga oksidēšanās ātrums ir lielāks par dekarburizācijas ātrumu, kas kavē pilnībā dekarburizētā slāņa biezuma palielināšanos, kā rezultātā rodas lejupejoša tendence. Var redzēt, ka 675–950 ℃ diapazonā pilnībā dekarburizētā slāņa biezums 750 ℃ temperatūrā ir vislielākais, un pilnībā dekarburizētā slāņa biezums 850 ℃ temperatūrā ir vismazākais, tāpēc testa tērauda sildīšanas temperatūra ir ieteicama 850 ℃.
1. att. Dekarburizētā testa tērauda slāņa histomorfoloģija, kas 1 stundu turēta dažādās karsēšanas temperatūrās.
Salīdzinot ar daļēji dekarburizēto slāni, pilnībā dekarburizētā slāņa biezumam ir nopietnāka negatīva ietekme uz materiāla īpašībām, tas ievērojami samazina materiāla mehāniskās īpašības, piemēram, samazina izturību, cietību, nodilumizturību un noguruma robežu utt., kā arī palielina jutību pret plaisām, ietekmējot metināšanas kvalitāti utt. Tāpēc pilnībā dekarburizētā slāņa biezuma kontrolei ir liela nozīme, lai uzlabotu produkta veiktspēju. 2. attēlā parādīta pilnībā dekarburizētā slāņa biezuma variācijas līkne atkarībā no temperatūras, kas skaidrāk parāda pilnībā dekarburizētā slāņa biezuma izmaiņas. No attēla var redzēt, ka pilnībā dekarburizētā slāņa biezums 700 ℃ temperatūrā ir tikai aptuveni 34 μm; temperatūrai paaugstinoties līdz 725 ℃, pilnībā dekarburizētā slāņa biezums ievērojami palielinās līdz 86 μm, kas ir vairāk nekā divas reizes lielāks par pilnībā dekarburizētā slāņa biezumu 700 ℃ temperatūrā; Kad temperatūra paaugstinās līdz 750 ℃, pilnībā dekarburizētā slāņa biezums. Kad temperatūra paaugstinās līdz 750 ℃, pilnībā dekarburizētā slāņa biezums sasniedz maksimālo vērtību 120 μm; turpinot paaugstināties temperatūrai, pilnībā dekarburizētā slāņa biezums sāk strauji samazināties, līdz 70 μm pie 800 ℃ un pēc tam līdz minimālajai vērtībai aptuveni 20 μm pie 850 ℃.
2. attēls. Pilnībā dekarburizēta slāņa biezums dažādās temperatūrās
Dekarburizācijas ietekme uz noguruma veiktspēju vērpšanas locīšanā
Lai pētītu dekarburizācijas ietekmi uz atsperu tērauda noguruma īpašībām, tika veiktas divas vērpšanas lieces noguruma testu grupas: pirmā grupa bija noguruma testēšana tieši bez dekarburizācijas, bet otrā grupa bija noguruma testēšana pēc dekarburizācijas tajā pašā sprieguma līmenī (810 MPa), un dekarburizācijas process tika turēts 700–850 ℃ temperatūrā 1 stundu. Pirmā paraugu grupa ir parādīta 2. tabulā, kas parāda atsperu tērauda noguruma ilgmūžību.
Pirmās paraugu grupas noguruma ilgums ir parādīts 2. tabulā. Kā redzams 2. tabulā, bez dekarburizācijas testa tērauds tika pakļauts tikai 107 cikliem ar 810 MPa spiedienu, un lūzums nenotika; kad sprieguma līmenis pārsniedza 830 MPa, daži paraugi sāka lūzt; kad sprieguma līmenis pārsniedza 850 MPa, visi noguruma paraugi bija lūzuši.
2. tabula Noguruma ilgums dažādos sprieguma līmeņos (bez dekarburizācijas)
Lai noteiktu noguruma robežu, tiek izmantota grupas metode, lai noteiktu testa tērauda noguruma robežu, un pēc datu statistiskās analīzes testa tērauda noguruma robeža ir aptuveni 760 MPa; lai raksturotu testa tērauda noguruma ilgmūžību dažādos spriegumos, tiek uzzīmēta SN līkne, kā parādīts 3. attēlā. Kā redzams 3. attēlā, dažādi sprieguma līmeņi atbilst atšķirīgam noguruma ilgmūžībai, ja noguruma ilgmūžība ir 7, kas atbilst ciklu skaitam 107, kas nozīmē, ka paraugs šajos apstākļos atrodas šādā stāvoklī, atbilstošo sprieguma vērtību var tuvināti salīdzināt ar noguruma stiprības vērtību, t.i., 760 MPa. Var redzēt, ka S-N līkne ir svarīga materiāla noguruma ilgmūžības noteikšanai, tai ir svarīga atsauces vērtība.
3. attēls. Eksperimentālā tērauda rotācijas lieces noguruma testa SN līkne
Otrās paraugu grupas noguruma ilgums ir parādīts 3. tabulā. Kā redzams 3. tabulā, pēc tam, kad testa tērauds ir dekarburizēts dažādās temperatūrās, ciklu skaits ir ievērojami samazinājies un pārsniedz 107, un visi noguruma paraugi ir saplīsuši, un noguruma ilgums ir ievērojami samazinājies. Apvienojumā ar iepriekš minēto dekarburizētā slāņa biezumu ar temperatūras izmaiņu līkni var redzēt, ka 750 ℃ dekarburizētā slāņa biezums ir vislielākais, kas atbilst zemākajai noguruma ilguma vērtībai. 850 ℃ dekarburizētā slāņa biezums ir vismazākais, kas atbilst relatīvi augstai noguruma ilguma vērtībai. Var redzēt, ka dekarburizācijas uzvedība ievērojami samazina materiāla noguruma veiktspēju, un jo biezāks ir dekarburizētais slānis, jo īsāks ir noguruma ilgums.
3. tabula Noguruma ilgums dažādās dekarburizācijas temperatūrās (560 MPa)
Parauga noguruma lūzuma morfoloģija tika novērota, izmantojot skenējošo elektronu mikroskopu, kā parādīts 4. attēlā. 4.a) attēlā plaisas avota zonā var redzēt acīmredzamu noguruma loku, saskaņā ar noguruma loku, lai atrastu noguruma avotu, var redzēt plaisas avotu "zivs acs" nemetāliskiem ieslēgumiem, ieslēgumiem viegli izraisāmā sprieguma koncentrācijā, kā rezultātā rodas noguruma plaisas; 4.b) attēlā plaisas paplašinājuma zonas morfoloģijā var redzēt acīmredzamas noguruma svītras, kas ir upes veida sadalījums, kas pieder kvazi-disociatīvam lūzumam, plaisām izplešoties, galu galā novedot pie lūzuma. 4.b) attēlā parādīta plaisas izplešanās zonas morfoloģija, var redzēt acīmredzamas noguruma svītras upes veida sadalījuma veidā, kas pieder kvazi-disociatīvam lūzumam, un plaisām nepārtraukti izplešoties, galu galā novedot pie lūzuma.
Noguruma lūzuma analīze
4. att. Eksperimentālā tērauda noguruma lūzuma virsmas SEM morfoloģija
Lai noteiktu 4. attēlā redzamo ieslēgumu veidu, tika veikta enerģijas spektra sastāva analīze, un rezultāti parādīti 5. attēlā. Var redzēt, ka nemetāliskie ieslēgumi galvenokārt ir Al2O3 ieslēgumi, kas norāda, ka ieslēgumi ir galvenais plaisu avots, ko izraisa ieslēgumu plaisāšana.
5. attēls. Nemetālisku ieslēgumu enerģijas spektroskopija
Secinājums
(1) Sildīšanas temperatūras pozicionēšana 850 ℃ apmērā samazinās dekarburizētā slāņa biezumu, tādējādi samazinot ietekmi uz noguruma veiktspēju.
(2) Testa tērauda vērpšanas lieces noguruma robeža ir 760 MPa.
(3) Tērauda plaisāšanas pārbaude nemetāliskos ieslēgumos, galvenokārt Al₂O₃ maisījumā.
(4) Dekarburizācija ievērojami samazina testa tērauda noguruma kalpošanas laiku, jo biezāks ir dekarburizācijas slānis, jo īsāks ir noguruma kalpošanas laiks.
Publicēšanas laiks: 2024. gada 21. jūnijs
