U microscopiu elettronicu di scanning hè stata utilizata per osservà a frattura di fatigue è analizà u mecanismu di frattura; à u listessu tempu, spin Bending prova di fatigue hè statu realizatu nantu à i specimens decarburized à differente temperatures à paragunà a vita di fatigue di l 'azzaru testu cù è senza decarburization, è à analizà l' effettu di decarburization nant'à u funziunamentu di fatigue di l 'azzaru testu. I risultati mostranu chì, per via di l'esistenza simultanea di l'ossidazione è di decarburizazione in u prucessu di riscaldamentu, l'interazzione trà i dui, risultatu in u gruixu di u stratu cumplettamente decarburized cù a crescita di a temperatura mostra una tendenza di crescente è poi diminuite, u u spessore di a strata cumplettamente decarburized righjunghji un valore massimu di 120 μm à 750 ℃, è u gruixu di a strata cumplettamente decarburized righjunghji un valore minimu di 20 μm à 850 ℃, è u limitu di fatigue di l'azzaru di prova hè di circa 760 MPa, è a surgente di cracks fatigue in l 'azzaru testu hè principarmenti Al2O3 inclusioni non-metallichi; U cumpurtamentu di decarburization riduce assai a vita di fatigue di l'acciaio di prova, affettendu a prestazione di fatigue di l'azzaru di prova, u più grossu u stratu di decarburizazione, più bassa a vita di fatigue. Per riduce l'impattu di a strata di decarburizazione nantu à a prestazione di fatigue di l'acciaio di prova, a temperatura ottimale di trattamentu termicu di l'azzaru di prova deve esse stabilita à 850 ℃.
Gear hè un cumpunente impurtante di l'automobile,A causa di l'operazione à alta velocità, a parte di meshing di a superficia di l'ingranaggio deve avè una alta forza è resistenza à l'abrasione, è a radica di i denti deve avè una bona prestazione di fatigue di curvatura per via di a carica ripetuta constante, per evità crepe chì portanu à materiale. frattura. Ricerche mostra chì decarburization hè un fattore impurtante chì affettanu u funziunamentu di spin Bending fatigue di materiali metalliche, è spin Bending fatigue performance hè un indicatore impurtante di a qualità di u produttu, cusì hè necessariu di studià u cumpurtamentu decarburization è spin Bending fatigue performance di u materiale di prova.
In sta carta, u furnace di trattamentu termale nantu à a prova di decarburization superficia 20CrMnTi ingranaggi azzaru, analizà differente temperatures riscaldamentu nant'à a prufundità strata decarburization azzaru test di a lege cambiante; aduprendu QBWP-6000J macchina di prova di fatica di fasciu simplice nantu à a prova di fatigue rotativa d'acciaio di prova, determinazione di u rendiment di fatigue di l'acciaio di prova, è à u listessu tempu per analizà l'impattu di a decarburizazione nantu à a prestazione di fatigue di l'acciaio di prova per migliurà a produzzione attuale. u prucessu di pruduzzione, migliurà a qualità di i prudutti è furnisce un riferimentu raghjone. A prestazione di prova di fatigue di l'acciaio hè determinata da a macchina di prova di fatica di curvatura di spin.
1. Test materiali è metudi
Test materiale per una unità di furniscia 20CrMnTi azzaru gear, a cumpusizioni chimica principali cum'è mostra in Table 1. Test Decarburization: u materiale di prova hè trasfurmatu in Ф8 mm × 12 mm specimen cylindrical, a superficia deve esse luminosu senza macchie. U furnace di trattamentu termale sò stati riscaldati à 675 ℃, 700 ℃, 725 ℃, 750 ℃, 800 ℃, 850 ℃, 900 ℃, 950 ℃, 1.000 ℃, 1000 ℃, in u specimenu di l'aria, è dopu à mantene a temperatura di l'aria in l'aria. Dopu à u trattamentu termale di u specimen da a stallazione, grinding è lucidatura, cù 4% di l 'erosione suluzione alcolu àcitu nitricu, l 'usu di microscopia metallurgia à osservà a prova azzaru decarburization layer, misurari la prufundità di strata decarburization à differente temperature. Spin Bending fatigue test: u materiale di prova secondu à i bisogni di u trasfurmazioni di dui gruppi di spiciali spin Bending fatigue, u primu gruppu ùn portanu a prova di decarburization, u sicondu gruppu di test decarburization à differente temperature. Utilizendu a macchina di prova di fatigue in curvatura di spin, i dui gruppi d'acciaio di prova per a prova di fatica di curvatura di spin, determinazione di u limitu di fatigue di i dui gruppi di azzaru di prova, paragone di a vita di fatigue di i dui gruppi di azzaru di prova, l'usu di scanning Osservazione di a frattura di fatigue di u microscopiu elettronicu, analizà i mutivi di a frattura di u specimenu, per scopre l'effettu di a decarburizazione di e proprietà di fatigue di l'azzaru di prova.
Tabella 1 A cumpusizioni chimica (frazione di massa) di l'azzaru di prova % in peso
Effettu di a temperatura di riscaldamentu nantu à a decarburizazione
A morfulugia di urganisazione decarburization sottu differente temperature heating hè mustratu in Fig 1. Comu pò esse vistu da a figura, quandu a temperatura hè 675 ℃, a superficia mostra ùn cumparisce strata decarburization; quandu a temperatura s'arrizza à 700 ℃, u stratu di decarburization superficia campionu cuminciò à cumparisce, per u stratu di decarburization ferrite magre; cù a temperatura cresce à 725 ℃, u gruixu di strati di decarburizazione di a superficia di mostra hè aumentatu significativamente; 750 ℃ gruixu strata decarburization righjunghji u so valore massimu, à stu tempu, u granu ferrite hè più chjaru, grossu; quandu a temperatura s'arrizza à 800 ℃, u gruixu di strata decarburization accuminciau a calà significativamente, u so gruixu cascò à a mità di i 750 ℃; quandu a tampiratura cuntinueghja à cuntinuà à 850 ℃ è u gruixu di decarburization hè mustratu in Fig. 1. 800 ℃, u gruixu strata decarburization piena accuminciau a calà significativamente, u so gruixu cascò à 750 ℃ quandu a mità; quandu a tampiratura cuntinueghja à cuntinuà à 850 ℃ è sopra, l'acciaio di prova di u gruixu di strati di decarburization cuntinueghja à calà, a mità di u gruixu di strati di decarburizazione hà cuminciatu à cresce gradualmente finu à chì a morfologia di u stratu di decarburizazione hà sparitu tuttu, a mità di a morfologia di a strata di decarburizazione hà gradualmente chjaru. Si pò vede chì u gruixu di a strata cumplettamente decarburized cù l'aumentu di a temperatura hè stata prima aumentata è dopu ridutta, u mutivu di stu fenominu hè duvuta à a mostra in u prucessu di riscaldamentu à u listessu tempu u cumpurtamentu di l'ossidazione è di decarburizazione, solu quandu u tassu decarburization hè più veloce chè a vitezza di oxidation cumparisce fenomenu decarburization. À u principiu di riscaldamentu, u gruixu di a strata cumplettamente decarburized aumenta gradualmente cù l'aumentu di a temperatura finu à chì u gruixu di u stratu cumplettamente decarburized righjunghji u valore massimu, in questu tempu per cuntinuà à elevà a temperatura, u tassu d'ossidazione di specimen hè più veloce chè u tassu di decarburization, chì impedisce l'aumentu di a strata cumplettamente decarburized, risultatu in una tendenza downward. Si pò vede chì, in a gamma di 675 ～950 ℃, u valore di u gruixu di a strata completamente decarburizzata à 750 ℃ hè u più grande, è u valore di u gruixu di a strata completamente decarburizzata à 850 ℃ hè u più chjucu, dunque, a temperatura di riscaldamentu di l'azzaru di prova hè cunsigliatu per esse 850 ℃.
Fig.1 Histomorphology di strata decarburized di azzaru prova tenuta à differente temperatures di riscaldamentu per 1h
Paragunatu cù a strata semi-decarburized, u gruixu di u stratu cumplettamente decarburized hà un impattu negativu più seriu nantu à e proprietà di u materiale, riducerà assai e proprietà meccaniche di u materiale, cum'è riducendu a forza, a durezza, a resistenza à l'usura è u limitu di fatigue. , etc., è ancu aumentà a sensibilità à i cracks, affettendu a qualità di saldatura è cusì. Dunque, u cuntrollu di u spessore di a strata cumpletamente decarburata hè di grande significazione per migliurà u rendiment di u produttu. A figura 2 mostra a curva di variazione di u spessore di a strata cumpletamente decarburizzata cù a temperatura, chì mostra a variazione di u gruixu di a strata cumpletamente decarburizzata più chjaramente. Si pò vede da a figura chì u gruixu di a strata cumplettamente decarburized hè solu circa 34μm à 700 ℃; cù a temperatura chì cresce à 725 ℃, u gruixu di a strata cumplettamente decarburized aumenta significativamente à 86 μm, chì hè più di duie volte di u gruixu di u stratu cumplettamente decarburized à 700 ℃; quandu a temperatura hè elevata à 750 ℃, u gruixu di a strata cumplettamente decarburized Quandu a temperatura s'eleva à 750 ℃, u gruixu di u stratu cumplettamente decarburized righjunghji u valore massimu di 120 μm; cum'è a tampiratura cuntinueghja à cuntinuà, u gruixu di a strata cumpletamente decarburized principia à diminuisce bruscamente, à 70 μm à 800 ℃, è dopu à u valore minimu di circa 20 μm à 850 ℃.
Fig.2 Spessore di strata cumplettamente decarburized à differente temperature
Effettu di a decarburizazione nantu à u rendiment di fatigue in spin bending
Per studià l'effettu di a decarburizazione nantu à e proprietà di fatigue di l'acciaio di primavera, dui gruppi di teste di fatigue di spin bending sò stati realizati, u primu gruppu hè stata a prova di fatigue direttamente senza decarburizazione, è u sicondu gruppu hè stata a prova di fatigue dopu a decarburizazione à u listessu stress. livellu (810 MPa), è u prucessu di decarburization hè tenutu à 700-850 ℃ per 1 h. U primu gruppu di specimens hè mostratu in a Table 2, chì hè a vita di fatigue di l'acciaio di primavera.
A vita di fatigue di u primu gruppu di specimens hè mostrata in Table 2. Comu pò esse vistu da Table 2, senza decarburization, l'azzaru di prova hè statu solu sottumessu à 107 cicli à 810 MPa, è ùn ci hè micca frattura; quandu u nivellu di stress superava 830 MPa, alcuni di i specimens cuminciaru a frattura; quandu u livellu di stress superava 850 MPa, i specimens di fatigue eranu tutti fratturati.
Tabella 2 A vita di fatigue sottu diversi livelli di stress (senza decarburizazione)
Per determinà u limitu di fatigue, u metudu di u gruppu hè adupratu per determinà u limitu di fatigue di l'azzaru di prova, è dopu l'analisi statistiche di i dati, u limitu di fatigue di l'azzaru di prova hè di circa 760 MPa; in ordine per caratterizà a vita di fatigue di l'azzaru di prova sottu diverse stresses, a curva SN hè tracciata, cum'è mostra in Figura 3. Comu pò esse vistu da a Figura 3, diversi livelli di stress currispondenu à a vita di fatigue differente, quandu a vita di fatigue di 7. , currispundenu à u numeru di ciculi per 107, chì significa chì l'esemplari in queste cundizioni sò attraversu u statu, u valore di stress currispundente pò esse apprussimatu cum'è u valore di forza di fatigue, vale à dì 760 MPa. Pò esse vistu chì a curva S - N hè impurtante per a determinazione di a vita di fatigue di u materiale hà un valore di riferimentu impurtante.
Figura 3 Curve SN di prova di fatigue di curvatura rotativa di l'acciaio sperimentale
A vita di fatigue di u sicondu gruppu di specimens hè mostratu in Table 3. Comu pò esse vistu da Table 3, dopu chì l'azzaru di prova hè decarburized à diverse temperature, u numeru di ciculi hè ovviamente ridutta, è sò più di 107, è tutti i specimens di fatigue sò fratturati, è a vita di fatigue hè assai ridutta. Cumminatu cù u gruixu strati sopra decarburized cù a curve di cambiamentu di temperatura pò esse vistu, 750 ℃ gruixu strati decarburized hè u più grande, currispundenu à u valore più bassu di vita fatigue. 850 ℃ gruixu strata decarburized hè u più chjuca, currispundenti à u valore di vita fatigue hè relativamente altu. Pò esse vistu chì u cumpurtamentu di decarburization reduces assai u funziunamentu di fatigue di u materiale, è u più grossu u stratu decarburized, u più bassu a vita di fatigue.
Tabella 3 Vita di fatigue à diverse temperature di decarburizazione (560 MPa)
A morfologia di a frattura di fatigue di u specimenu hè stata osservata da u microscopiu elettronicu di scanning, cum'è mostra in Fig. 4. Figura 4 (a) per l'area di fonte di crack, a figura pò esse vistu arcu di fatigue evidenti, secondu l'arcu di fatigue per truvà a fonte. di a fatigue, pò esse vistu, a fonte di crack per l'inclusioni non metalliche "fish-eye", inclusioni à l'facilità di cuncintrazione di stress, risultatu in cracks fatigue; Fig. 4(b) per a morfologia di l'area di estensione di crack, pò esse vistu strisce di fatigue evidenti, era distribuzione di u fiumu, appartene à a frattura quasi dissociativa, cù cracks espansione, eventualmente purtendu à a frattura. A Figura 4 (b) mostra a morfologia di l'area di espansione di crack, strisce di fatigue evidenti ponu esse vistu, in forma di distribuzione di u fiumu, chì appartene à a frattura quasi dissociativa, è cù l'espansione cuntinuu di e cracke, chì ultimamente porta à a frattura. .
Analisi di frattura di fatigue
Fig.4 SEM morfologia di a superficia di frattura di fatigue di l'azzaru sperimentale
Per determinà u tipu d'inclusioni in a figura 4, l'analisi di a cumpusizioni di u spettru energeticu hè stata realizata, è i risultati sò mostrati in a figura 5. Si pò vede chì l'inclusioni non metalliche sò principarmenti inclusi Al2O3, chì indicanu chì l'inclusioni. sò a fonte principale di crack causati da inclusi cracking.
Figura 5 Spettroscopia Energetica di Inclusioni Non-metalliche
Cuncludi
(1) Posizionate a temperatura di riscaldamentu à 850 ℃ minimizerà u spessore di a strata decarburizzata per riduce l'effettu nantu à u rendiment di fatigue.
(2) U limitu di fatigue di a prova di curvatura di spin di l'acciaio hè 760 MPa.
(3) L'acciaio di prova cracking in inclusioni non metalliche, soprattuttu mischiu Al2O3.
(4) decarburization riduce seriamente a vita di fatigue di l'acciaio di prova, u più grossu u stratu di decarburizazione, u più bassu a vita di fatigue.
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