Un microscopiu elettronicu à scansione hè statu utilizatu per osservà a frattura di fatica è analizà u mecanismu di frattura; à u listessu tempu, hè stata realizata una prova di fatica per flessione rotativa nantu à i campioni decarburati à diverse temperature per paragunà a vita à fatica di l'acciaio di prova cù è senza decarburazione, è per analizà l'effettu di a decarburazione nantu à e prestazioni di fatica di l'acciaio di prova. I risultati mostranu chì, per via di l'esistenza simultanea di l'ossidazione è di a decarburazione in u prucessu di riscaldamentu, l'interazione trà i dui, chì risulta in u spessore di u stratu cumpletamente decarburatu cù a crescita di a temperatura, mostra una tendenza à aumentà è dopu diminuisce, u spessore di u stratu cumpletamente decarburatu righjunghje un valore massimu di 120 μm à 750 ℃, è u spessore di u stratu cumpletamente decarburatu righjunghje un valore minimu di 20 μm à 850 ℃, è u limite di fatica di l'acciaio di prova hè di circa 760 MPa, è a fonte di crepe di fatica in l'acciaio di prova hè principalmente inclusioni non metalliche di Al2O3; U cumpurtamentu di decarburazione riduce assai a vita à fatica di l'acciaiu di prova, affettendu e prestazioni di fatica di l'acciaiu di prova, più grossu hè u stratu di decarburazione, più bassa hè a vita à fatica. Per riduce l'impattu di u stratu di decarburazione nantu à e prestazioni di fatica di l'acciaiu di prova, a temperatura ottima di trattamentu termicu di l'acciaiu di prova deve esse fissata à 850 ℃.
L'ingranaggio hè un cumpunente impurtante di l'automobileA causa di u funziunamentu à alta velocità, a parte d'ingranaggio di a superficia di l'ingranaggio deve avè una alta resistenza è resistenza à l'abrasione, è a radica di u dente deve avè una bona prestazione di fatica à flessione per via di u caricu ripetutu custante, per evità crepe chì portanu à a frattura di u materiale. A ricerca mostra chì a decarburazione hè un fattore impurtante chì influenza a prestazione di fatica à flessione rotativa di i materiali metallici, è a prestazione di fatica à flessione rotativa hè un indicatore impurtante di a qualità di u produttu, dunque hè necessariu studià u cumpurtamentu di decarburazione è a prestazione di fatica à flessione rotativa di u materiale di prova.
In questu articulu, u fornu di trattamentu termicu nantu à a prova di decarburazione di a superficia di l'acciaiu per ingranaggi 20CrMnTi, analizeghja diverse temperature di riscaldamentu nantu à a prufundità di u stratu di decarburazione di l'acciaiu di prova di a lege cambiante; aduprendu a macchina di prova di fatica di fasciu simplice QBWP-6000J nantu à a prova di fatica di flessione rotativa di l'acciaiu di prova, determinazione di e prestazioni di fatica di l'acciaiu di prova, è à u listessu tempu per analizà l'impattu di a decarburazione nantu à e prestazioni di fatica di l'acciaiu di prova per a pruduzzione attuale per migliurà u prucessu di pruduzzione, aumentà a qualità di i prudutti è furnisce una riferenza ragionevule. A prestazione di fatica di l'acciaiu di prova hè determinata da a macchina di prova di fatica di flessione rotativa.
1. Materiali è metudi di prova
Materiale di prova per un'unità per furnisce l'acciaio per ingranaggi 20CrMnTi, a cumpusizione chimica principale hè mostrata in a Tabella 1. Prova di decarburazione: u materiale di prova hè trasfurmatu in un campione cilindricu di Ф8 mm × 12 mm, a superficia deve esse brillante senza macchie. U fornu di trattamentu termicu hè statu riscaldatu à 675 ℃, 700 ℃, 725 ℃, 750 ℃, 800 ℃, 850 ℃, 900 ℃, 950 ℃, 1.000 ℃, in u campione è lasciatu per 1 ora, è poi raffreddato à l'aria à temperatura ambiente. Dopu u trattamentu termicu di u campione per fissaggio, macinazione è lucidatura, cù una soluzione di alcolu nitricu à 4% per erosione, si usa a microscopia metallurgica per osservà u stratu di decarburazione di l'acciaio di prova, misurendu a prufundità di u stratu di decarburazione à diverse temperature. Prova di fatica di flessione rotativa: u materiale di prova secondu i requisiti di u trattamentu di dui gruppi di campioni di fatica di flessione rotativa, u primu gruppu ùn effettua micca una prova di decarburazione, u secondu gruppu di una prova di decarburazione à diverse temperature. Usendu a macchina di prova di fatica di flessione rotativa, i dui gruppi di acciaio di prova per a prova di fatica di flessione rotativa, determinazione di u limite di fatica di i dui gruppi di acciaio di prova, paragone di a vita di fatica di i dui gruppi di acciaio di prova, l'usu di l'osservazione di frattura di fatica di microscopiu elettronicu à scansione, analizà e ragioni di a frattura di u campione, per esplorà l'effettu di a decarburazione di e proprietà di fatica di l'acciaio di prova.
Tavula 1 Cumposizione chimica (frazione di massa) di l'acciaiu di prova wt%
Effettu di a temperatura di riscaldamentu nantu à a decarburazione
A morfologia di l'urganizazione di a decarburazione sottu à diverse temperature di riscaldamentu hè mostrata in a Fig. 1. Cum'è si pò vede da a figura, quandu a temperatura hè 675 ℃, a superficia di u campione ùn appare micca un stratu di decarburazione; quandu a temperatura aumenta à 700 ℃, u stratu di decarburazione di a superficia di u campione hà cuminciatu à cumparisce, per u stratu di decarburazione di ferrite sottile; cù a temperatura aumenta à 725 ℃, u spessore di u stratu di decarburazione di a superficia di u campione hè aumentatu significativamente; à 750 ℃ u spessore di u stratu di decarburazione righjunghje u so valore massimu, in questu mumentu, u granu di ferrite hè più chjaru, grossu; quandu a temperatura aumenta à 800 ℃, u spessore di u stratu di decarburazione hà cuminciatu à diminuisce significativamente, u so spessore hè cascatu à a metà di 750 ℃; quandu a temperatura cuntinueghja à cresce à 850 ℃ è u spessore di a decarburazione hè mostratu in a Fig. 1. à 800 ℃, u spessore di u stratu di decarburazione cumpletu hà cuminciatu à diminuisce significativamente, u so spessore hè cascatu à 750 ℃ quandu hè a metà; Quandu a temperatura cuntinueghja à cresce finu à 850 ℃ è più, u spessore di u stratu di decarburazione cumpleta di l'acciaiu di prova cuntinueghja à diminuisce, a metà di u spessore di u stratu di decarburazione hà cuminciatu à aumentà gradualmente finu à chì a morfologia di u stratu di decarburazione cumpleta sparisce cumpletamente, a morfologia di a metà di u stratu di decarburazione si schjarisce gradualmente. Si pò vede chì u spessore di u stratu cumpletamente decarburatu cù l'aumentu di a temperatura hè prima aumentatu è dopu riduttu, a ragione di stu fenomenu hè duvuta à u cumpurtamentu di u campione in u prucessu di riscaldamentu à u listessu tempu di l'ossidazione è di a decarburazione, solu quandu a velocità di decarburazione hè più veloce di a velocità di l'ossidazione apparirà u fenomenu di decarburazione. À l'iniziu di u riscaldamentu, u spessore di u stratu cumpletamente decarburatu aumenta gradualmente cù l'aumentu di a temperatura finu à chì u spessore di u stratu cumpletamente decarburatu righjunghji u valore massimu, in questu mumentu per cuntinuà à aumentà a temperatura, a velocità di ossidazione di u campione hè più veloce di a velocità di decarburazione, ciò chì inibisce l'aumentu di u stratu cumpletamente decarburatu, risultendu in una tendenza à a calata. Si pò vede chì, in l'intervallu di 675 ～ 950 ℃, u valore di u spessore di u stratu cumpletamente decarburatu à 750 ℃ hè u più grande, è u valore di u spessore di u stratu cumpletamente decarburatu à 850 ℃ hè u più chjucu, dunque, a temperatura di riscaldamentu di l'acciaiu di prova hè cunsigliata per esse 850 ℃.
Fig.1 Istomorfologia di u stratu decarburatu di l'acciaiu di prova tenutu à diverse temperature di riscaldamentu per 1 ora
In paragone cù u stratu semi-decarburatu, u spessore di u stratu cumpletamente decarburatu hà un impattu negativu più seriu nantu à e proprietà di u materiale, riducerà assai e proprietà meccaniche di u materiale, cum'è a riduzione di a resistenza, a durezza, a resistenza à l'usura è u limite di fatica, ecc., è ancu aumenterà a sensibilità à e crepe, affettendu a qualità di a saldatura è cusì. Dunque, u cuntrollu di u spessore di u stratu cumpletamente decarburatu hè di grande impurtanza per migliurà e prestazioni di u produttu. A Figura 2 mostra a curva di variazione di u spessore di u stratu cumpletamente decarburatu cù a temperatura, chì mostra a variazione di u spessore di u stratu cumpletamente decarburatu più chjaramente. Si pò vede da a figura chì u spessore di u stratu cumpletamente decarburatu hè solu circa 34 μm à 700 ℃; cù a temperatura chì aumenta à 725 ℃, u spessore di u stratu cumpletamente decarburatu aumenta significativamente à 86 μm, chì hè più di duie volte u spessore di u stratu cumpletamente decarburatu à 700 ℃; Quandu a temperatura hè elevata à 750 ℃, u spessore di u stratu cumpletamente decarburatu Quandu a temperatura aumenta à 750 ℃, u spessore di u stratu cumpletamente decarburatu righjunghji u valore massimu di 120 μm; mentre a temperatura cuntinueghja à cresce, u spessore di u stratu cumpletamente decarburatu cumencia à diminuisce bruscamente, à 70 μm à 800 ℃, è dopu à u valore minimu di circa 20 μm à 850 ℃.
Fig.2 Spessore di u stratu cumpletamente decarburatu à diverse temperature
Effettu di a decarburazione nantu à a prestazione di fatica in a flessione per rotazione
Per studià l'effettu di a decarburazione nantu à e proprietà di fatica di l'acciaio per molle, sò stati realizati dui gruppi di testi di fatica à flessione rotativa, u primu gruppu era un test di fatica direttamente senza decarburazione, è u secondu gruppu era un test di fatica dopu a decarburazione à u listessu livellu di stress (810 MPa), è u prucessu di decarburazione hè statu mantinutu à 700-850 ℃ per 1 ora. U primu gruppu di campioni hè mostratu in a Tabella 2, chì hè a durata di vita à fatica di l'acciaio per molle.
A vita à fatica di u primu gruppu di campioni hè mostrata in a Tavula 2. Cum'è si pò vede da a Tavula 2, senza decarburazione, l'acciaiu di prova hè statu sottumessu solu à 107 cicli à 810 MPa, è ùn si hè verificata alcuna frattura; quandu u livellu di stress hà superatu 830 MPa, alcuni di i campioni anu cuminciatu à fratturassi; quandu u livellu di stress hà superatu 850 MPa, i campioni di fatica sò stati tutti fratturati.
Tavula 2 Durata di vita à fatica sottu à diversi livelli di stress (senza decarburazione)
Per determinà u limite di fatigue, u metudu di gruppu hè utilizatu per determinà u limite di fatigue di l'acciaiu di prova, è dopu l'analisi statistica di i dati, u limite di fatigue di l'acciaiu di prova hè di circa 760 MPa; per caratterizà a vita di fatigue di l'acciaiu di prova sottu à diverse tensioni, a curva SN hè tracciata, cum'è mostratu in a Figura 3. Cum'è si pò vede da a Figura 3, diversi livelli di stress currispondenu à diverse vie di fatigue, quandu a vita di fatigue di 7, currisponde à u numeru di cicli per 107, ciò significa chì u campione sottu à queste cundizioni hè attraversu u statu, u valore di stress currispondente pò esse apprussimatu cum'è u valore di resistenza à fatigue, vale à dì 760 MPa. Si pò vede 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 Curva SN di a prova sperimentale di fatica à flessione rotativa di l'acciaiu
A vita à fatica di u secondu gruppu di campioni hè mostrata in a Tavula 3. Cum'è si pò vede da a Tavula 3, dopu chì l'acciaiu di prova hè statu decarburatu à diverse temperature, u numeru di cicli hè ovviamente riduttu, è sò più di 107, è tutti i campioni di fatica sò fratturati, è a vita à fatica hè assai ridutta. Cumbinatu cù u spessore di u stratu decarburatu sopra cù a curva di cambiamentu di temperatura, si pò vede un spessore di u stratu decarburatu di 750 ℃ u più grande, currispondente à u valore più bassu di vita à fatica. Un spessore di u stratu decarburatu di 850 ℃ hè u più chjucu, currispondente à u valore di vita à fatica relativamente altu. Si pò vede chì u cumpurtamentu di decarburazione riduce assai e prestazioni à fatica di u materiale, è più grossu hè u stratu decarburatu, più bassa hè a vita à fatica.
Tavula 3 Durata di vita à fatica à diverse temperature di decarburazione (560 MPa)
A murfulugia di a frattura per fatica di u campione hè stata osservata da u microscopiu elettronicu à scansione, cum'è mostratu in a Fig. 4. A Figura 4(a) per a zona di fonte di a crepa, a figura pò vede un arcu di fatica evidente, secondu l'arcu di fatica per truvà a fonte di fatica, pò esse vista a fonte di a crepa per l'inclusioni non metalliche "ochju di pesce", inclusioni à a cuncentrazione di stress faciule da causà crepe per fatica; a Fig. 4(b) per a murfulugia di a zona di estensione di a crepa, ponu esse viste strisce di fatica evidenti, era una distribuzione simile à un fiume, appartene à a frattura quasi-dissociativa, cù crepe chì si espandenu, purtendu infine à a frattura. A Figura 4(b) mostra a murfulugia di a zona di espansione di a crepa, si ponu vede strisce di fatica evidenti, in forma di distribuzione simile à un fiume, chì appartene à a frattura quasi-dissociativa, è cù l'espansione cuntinua di e crepe, purtendu infine à a frattura.
Analisi di frattura da fatica
Fig.4 Morfologia SEM di a superficia di frattura à fatica di l'acciaiu sperimentale
Per determinà u tipu d'inclusioni in a Fig. 4, hè stata realizata un'analisi di a cumpusizione di u spettru energeticu, è i risultati sò mostrati in a Fig. 5. Si pò vede chì l'inclusioni non metalliche sò principalmente inclusioni di Al2O3, ciò chì indica chì l'inclusioni sò a fonte principale di crepe causate da a frattura di l'inclusioni.
Figura 5 Spettroscopia energetica di inclusioni non metalliche
Cunclude
(1) U pusiziunamentu di a temperatura di riscaldamentu à 850 ℃ minimizerà u spessore di u stratu decarburatu per riduce l'effettu nantu à e prestazioni di fatica.
(2) U limite di fatica di a piegatura per rotazione di l'acciaio di prova hè 760 MPa.
(3) A prova di frattura di l'acciaiu in inclusioni non metalliche, principalmente una mistura di Al2O3.
(4) A decarburazione riduce seriamente a vita à fatica di l'acciaiu di prova, più grossu hè u stratu di decarburazione, più bassa hè a vita à fatica.
Data di publicazione: 21 di ghjugnu di u 2024
