מיקרוסקופ אלקטרוני סורק שימש כדי לצפות בשבר העייפות ולנתח את מנגנון השבר; במקביל, בוצעה בדיקת עייפות של כיפוף ספין על הדגימות המפוררות בטמפרטורות שונות כדי להשוות את חיי העייפות של פלדת הבדיקה עם ובלי דה-קרבוריזציה, וכדי לנתח את השפעת ה-decarburization על ביצועי העייפות של פלדת הבדיקה. התוצאות מראות כי בשל קיום בו-זמנית של חמצון ושחרור בתהליך החימום, האינטראקציה בין השניים, וכתוצאה מכך עובי השכבה המפורקת במלואה עם צמיחת הטמפרטורה מראה מגמה של עלייה ולאחר מכן ירידה, עובי השכבה המפורקת במלואה מגיע לערך מרבי של 120 מיקרומטר ב-750 ℃, ועובי השכבה המפורקת במלואה מגיע לערך מינימלי של 20 מיקרומטר ב-850 ℃, ומגבלת העייפות של פלדת הבדיקה היא כ-760 MPa, וכן מקור סדקי העייפות בפלדת הבדיקה הוא בעיקר תכלילים לא מתכתיים של Al2O3; התנהגות הפירוק מפחיתה מאוד את חיי העייפות של פלדת הבדיקה, ומשפיעה על ביצועי העייפות של פלדת הבדיקה, ככל ששכבת הפירוק עבה יותר, כך חיי העייפות נמוכים יותר. על מנת להפחית את ההשפעה של שכבת הפירוק על ביצועי העייפות של פלדת הבדיקה, יש להגדיר את טמפרטורת טיפול החום האופטימלית של פלדת הבדיקה ל-850℃.
ציוד הוא מרכיב חשוב ברכב,בגלל הפעולה במהירות גבוהה, חלק הרשת של משטח ההילוכים חייב להיות בעל חוזק גבוה ועמידות בפני שחיקה, ושורש השן חייב להיות בעל ביצועי עייפות כיפוף טובים עקב עומס חוזר ונשנה, על מנת למנוע סדקים המובילים לחומר שֶׁבֶר. מחקרים מראים כי דה-קרבוריזציה היא גורם חשוב המשפיע על ביצועי עייפות כיפוף הספין של חומרי מתכת, וביצועי עייפות כיפוף ספין הם אינדיקטור חשוב לאיכות המוצר, ולכן יש צורך ללמוד את התנהגות הפחמן וביצועי עייפות כיפוף הספין של חומר הבדיקה.
במאמר זה, תנור טיפול בחום במבחן 20CrMnTi הילוך פלדה משטח decarburization, לנתח טמפרטורות חימום שונות על עומק שכבת decarburization פלדה הבדיקה של החוק המשתנה; באמצעות QBWP-6000J מכונת בדיקת עייפות קרן פשוטה במבחן עייפות כיפוף סיבובי פלדה, קביעת ביצועי עייפות פלדה מבחן, ובמקביל לנתח את ההשפעה של decarburization על ביצועי העייפות של פלדת הבדיקה לצורך שיפור הייצור בפועל. תהליך הייצור, לשפר את איכות המוצרים ולספק התייחסות סבירה. ביצועי עייפות הפלדה הבדיקה נקבעים על ידי מכונת בדיקת עייפות כיפוף הספין.
1. בדיקת חומרים ושיטות
חומר בדיקה ליחידה כדי לספק פלדת גלגלי שיניים 20CrMnTi, ההרכב הכימי העיקרי כפי שמוצג בטבלה 1. בדיקת פירוק: חומר הבדיקה מעובד לדגימה גלילית בגודל Ф8 מ"מ × 12 מ"מ, המשטח צריך להיות בהיר ללא כתמים. תנור טיפול בחום חוממו ל-675 ℃, 700 ℃, 725 ℃, 750 ℃, 800 ℃, 850 ℃, 900 ℃, 950 ℃, 1,000 ℃ ואז הוחזקו טמפרטורה לחדר - 1 שעה. לאחר טיפול בחום של הדגימה על ידי הגדרה, שחיקה והברקה, עם שחיקת 4% מתמיסת האלכוהול של חומצה חנקתית, שימוש במיקרוסקופיה מתכתית כדי לצפות בשכבת שחרור הפלדה הבדיקה, מדידת עומק שכבת שחרור הקרבור בטמפרטורות שונות. בדיקת עייפות כיפוף ספין: חומר הבדיקה על פי דרישות העיבוד של שתי קבוצות של דגימות עייפות כיפוף ספין, הקבוצה הראשונה אינה מבצעת בדיקת שחרור מפחמן, הקבוצה השנייה של בדיקת שחרור מפחמן בטמפרטורות שונות. באמצעות מכונת בדיקת עייפות כיפוף ספין, שתי קבוצות פלדת הבדיקה לבדיקת עייפות כיפוף ספין, קביעת גבול העייפות של שתי קבוצות פלדת הבדיקה, השוואה של חיי העייפות של שתי קבוצות פלדת הבדיקה, השימוש בסריקה תצפית שבר עייפות במיקרוסקופ אלקטרוני, מנתח את הסיבות לשבר של הדגימה, כדי לחקור את ההשפעה של decarburization של תכונות העייפות של פלדת הבדיקה.
טבלה 1 הרכב כימי (שבר מסה) של פלדת בדיקה, משקל%
השפעת טמפרטורת החימום על דה-קרבוריזציה
המורפולוגיה של ארגון decarburization תחת טמפרטורות חימום שונות מוצגת באיור. 1. כפי שניתן לראות מהאיור, כאשר הטמפרטורה היא 675 ℃, משטח המדגם אינו מופיע שכבת decarburization; כאשר הטמפרטורה עולה ל-700 ℃, החלה להופיע שכבת הפירוק של פני השטח של המדגם, עבור שכבת הפירוק הפריט הדקה; עם עליית הטמפרטורה ל-725 ℃, עובי שכבת פירוק משטח המדגם גדל באופן משמעותי; עובי שכבת decarburization של 750 ℃ מגיע לערכו המקסימלי, בשלב זה, גרגר הפריט ברור יותר, גס; כאשר הטמפרטורה עולה ל-800 ℃, עובי שכבת הפירוק החל לרדת באופן משמעותי, העובי שלה ירד למחצית מ-750 ℃; כאשר הטמפרטורה ממשיכה לעלות ל-850 ℃ ועובי הפירוק מוצג באיור 1. 800 ℃, עובי שכבת הפירוק המלא החל לרדת באופן משמעותי, עוביה ירד ל-750 ℃ כאשר חצי; כאשר הטמפרטורה ממשיכה לעלות ל-850 ℃ ומעלה, עובי שכבת decarburization המלא של הפלדה ממשיך לרדת, עובי שכבת decarburization של חצי החל לעלות בהדרגה עד שמורפולוגיה מלאה של שכבת decarburization נעלמה, חציו מורפולוגיה של שכבת decarburization ברורה בהדרגה. ניתן לראות כי עובי השכבה המפורקת במלואה עם עליית הטמפרטורה הוגדל תחילה ולאחר מכן הצטמצם, הסיבה לתופעה זו נובעת מהדגימה בתהליך החימום בו זמנית התנהגות החמצון והפירוק, רק כאשר קצב decarburization הוא מהיר יותר ממהירות החמצון תופיע תופעת decarburization. בתחילת החימום, עובי השכבה המפורקת במלואה גדל בהדרגה עם העלייה בטמפרטורה עד שעובי השכבה המפורקת במלואה מגיע לערך המקסימלי, בזמן זה כדי להמשיך ולהעלות את הטמפרטורה, קצב חמצון הדגימה מהיר יותר מאשר קצב decarburization, אשר מעכב את עליית השכבה decarburized במלואה, וכתוצאה מכך מגמת ירידה. ניתן לראות שבטווח של 675 ~950 ℃, הערך של עובי השכבה המפורקת במלואה ב- 750 ℃ הוא הגדול ביותר, וערך העובי של השכבה המפורקת במלואה ב-850 ℃ הוא הקטן ביותר, לכן, טמפרטורת החימום של פלדת הבדיקה מומלצת להיות 850℃.
איור 1 היסטומורפולוגיה של שכבה מפורקת של פלדת בדיקה המוחזקת בטמפרטורות חימום שונות למשך שעה
בהשוואה לשכבה המפורקת למחצה, לעובי השכבה המפורקת במלואה יש השפעה שלילית חמורה יותר על תכונות החומר, זה יפחית מאוד את התכונות המכניות של החומר, כגון הפחתת החוזק, הקשיות, עמידות הבלאי ומגבלת העייפות , וכו', וגם להגביר את הרגישות לסדקים, להשפיע על איכות הריתוך וכן הלאה. לכן, לשליטה בעובי השכבה המפורקת במלואה יש משמעות רבה לשיפור ביצועי המוצר. איור 2 מציג את עקומת הווריאציה של עובי השכבה המפורקת במלואה עם הטמפרטורה, אשר מציגה את הווריאציה של עובי השכבה המפורקת במלואה בצורה ברורה יותר. ניתן לראות מהאיור שעובי השכבה המפורקת במלואה הוא רק כ-34μm ב-700℃; כשהטמפרטורה עולה ל-725 ℃, עובי השכבה המפורקת במלואה גדל באופן משמעותי ל-86 מיקרומטר, שזה יותר מפי שניים מהעובי של השכבה המפורקת במלואה ב-700 ℃; כאשר הטמפרטורה מוגברת ל-750 ℃, עובי השכבה המפורקת במלואה כאשר הטמפרטורה עולה ל-750 ℃, עובי השכבה המפורקת במלואה מגיע לערך המרבי של 120 מיקרומטר; ככל שהטמפרטורה ממשיכה לעלות, עובי השכבה המפורקת במלואה מתחיל לרדת בחדות, ל-70 מיקרומטר ב-800 ℃, ולאחר מכן לערך המינימלי של כ-20 מיקרומטר ב-850 ℃.
איור 2 עובי שכבה מפורקת לחלוטין בטמפרטורות שונות
השפעת דה-קרבוריזציה על ביצועי עייפות בכיפוף ספין
על מנת לחקור את השפעת הפחמן על תכונות העייפות של פלדת קפיצית, בוצעו שתי קבוצות של בדיקות עייפות בכיפוף ספין, הקבוצה הראשונה הייתה בדיקת עייפות ישירות ללא שחרור, והקבוצה השנייה הייתה בדיקות עייפות לאחר דה-קרבוריזציה באותו מתח. רמה (810 MPa), ותהליך הפירוק התפחה בטמפרטורה של 700-850 ℃ למשך שעה. קבוצת הדגימות הראשונה מוצגת בטבלה 2, שהיא חיי העייפות של הפלדה הקפיצית.
חיי העייפות של קבוצת הדגימות הראשונה מוצגים בטבלה 2. כפי שניתן לראות מטבלה 2, ללא דה-קרבוריזציה, פלדת הבדיקה ספגה רק 107 מחזורים ב-810 MPa, ולא התרחש שבר; כאשר רמת הלחץ עלתה על 830 MPa, חלק מהדגימות החלו להישבר; כאשר רמת הלחץ עלתה על 850 MPa, כל דגימות העייפות נשברו.
טבלה 2 חיי עייפות תחת רמות מתח שונות (ללא דה-קרבוריזציה)
על מנת לקבוע את גבול העייפות, נעשה שימוש בשיטת הקבוצה לקביעת גבול העייפות של פלדת הבדיקה ולאחר ניתוח סטטיסטי של הנתונים, גבול העייפות של פלדת הבדיקה היא כ-760 MPa; על מנת לאפיין את חיי העייפות של פלדת הבדיקה בלחצים שונים, עקומת ה-SN משרטטת, כפי שמוצג באיור 3. כפי שניתן לראות מאיור 3, רמות מתח שונות מתאימות לחיי עייפות שונים, כאשר חיי העייפות של 7 , המתאים למספר המחזורים עבור 107, מה שאומר שהדגימה בתנאים אלה היא דרך המדינה, ניתן להעריך את ערך הלחץ המתאים כערך חוזק העייפות, כלומר 760 MPa. ניתן לראות כי לעקומת S - N חשובה לקביעת חיי העייפות של החומר יש ערך ייחוס חשוב.
איור 3 עקומת SN של מבחן עייפות סיבובי פלדה ניסיוני
חיי העייפות של קבוצת הדגימות השנייה מוצגים בטבלה 3. כפי שניתן לראות מטבלה 3, לאחר פירוק פלדת הבדיקה בטמפרטורות שונות, מספר המחזורים מופחת כמובן, והם יותר מ-107, וכל זה. דגימות העייפות נשברות, וחיי העייפות מצטמצמים מאוד. בשילוב עם עובי השכבה המפוררת לעיל עם עקומת שינוי הטמפרטורה ניתן לראות, עובי השכבה המפוררת של 750 ℃ הוא הגדול ביותר, המתאים לערך הנמוך ביותר של חיי העייפות. עובי השכבה המפוררת 850 ℃ הוא הקטן ביותר, המתאים לערך חיי העייפות גבוה יחסית. ניתן לראות שהתנהגות הפירוק מפחיתה מאוד את ביצועי העייפות של החומר, וככל שהשכבה המפורקת עבה יותר, כך חיי העייפות יורדים.
טבלה 3 חיי עייפות בטמפרטורות שחרור שונות (560 MPa)
מורפולוגיה של שבר העייפות של הדגימה נצפתה על ידי מיקרוסקופ אלקטרוני סורק, כפי שמוצג באיור 4. איור 4(א) עבור אזור מקור הסדק, ניתן לראות את הדמות בקשת עייפות ברורה, לפי קשת העייפות כדי למצוא את המקור של עייפות, ניתן לראות, מקור הסדק לתכלילים הלא מתכתיים של "עין הדג", תכלילים בריכוז המתח שקל לגרום, וכתוצאה מכך סדקי עייפות; איור 4(ב) למורפולוגיה של אזור הארכת הסדק, ניתן לראות פסי עייפות ברורים, הייתה התפלגות דמוית נהר, שייכת לשבר מעין-דיסוציאטיבי, כאשר סדקים מתרחבים, ובסופו של דבר מובילים לשבר. איור 4(ב) מציג את המורפולוגיה של אזור התפשטות הסדק, ניתן לראות פסי עייפות ברורים, בצורה של התפלגות דמוית נהר, השייכת לשבר מעין-דיסוציאטיבי, ועם התרחבות מתמשכת של הסדקים, המובילה בסופו של דבר לשבר. .
ניתוח שברי עייפות
איור 4 מורפולוגיה SEM של משטח שבר עייפות של פלדה ניסיונית
על מנת לקבוע את סוג התכלילים באיור 4, בוצע ניתוח הרכב ספקטרום האנרגיה, והתוצאות מוצגות באיור 5. ניתן לראות שהתכלילים הלא מתכתיים הם בעיקר תכלילים Al2O3, מה שמצביע על כך שהתכלילים הם המקור העיקרי לסדקים הנגרמים מסדיקת תכלילים.
איור 5 ספקטרוסקופיה אנרגטית של תכלילים לא מתכתיים
לְהַסִיק
(1) מיקום טמפרטורת החימום ב-850 ℃ ימזער את עובי השכבה המפורקת כדי להפחית את ההשפעה על ביצועי העייפות.
(2) מגבלת העייפות של כיפוף ספין פלדה לבדיקה היא 760 MPa.
(3) פיצוח פלדת הבדיקה בתכלילים לא מתכתיים, בעיקר תערובת Al2O3.
(4) דה-קרבוריזציה מפחיתה ברצינות את חיי העייפות של פלדת הבדיקה, ככל ששכבת ה-Decarburization עבה יותר, כך חיי העייפות נמוכים יותר.
זמן פרסום: 21 ביוני 2024
