स्कॅनिंग इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोपचा वापर थकवा फ्रॅक्चरचे निरीक्षण करण्यासाठी आणि फ्रॅक्चर यंत्रणेचे विश्लेषण करण्यासाठी केला गेला; त्याच वेळी, स्पिन बेंडिंग थकवा चाचणी वेगवेगळ्या तापमानांवर डीकार्बराइज्ड नमुन्यांवर चाचणी स्टीलच्या थकवा आयुष्याची डीकार्ब्युरायझेशनसह आणि त्याशिवाय तुलना करण्यासाठी आणि चाचणी स्टीलच्या थकवा कामगिरीवर डीकार्ब्युरायझेशनच्या प्रभावाचे विश्लेषण करण्यासाठी केली गेली. परिणाम दर्शविते की, गरम प्रक्रियेत ऑक्सिडेशन आणि डिकार्ब्युरायझेशनच्या एकाच वेळी अस्तित्वामुळे, दोन्हीमधील परस्परसंवाद, परिणामी तापमानाच्या वाढीसह पूर्णपणे डीकार्ब्युराइज्ड थराची जाडी वाढते आणि नंतर कमी होण्याची प्रवृत्ती दिसून येते, पूर्ण डिकार्ब्युराइज्ड लेयरची जाडी 750 ℃ वर जास्तीत जास्त 120 μm पर्यंत पोहोचते, आणि पूर्णपणे decarburized लेयरची जाडी 850 ℃ वर 20 μm च्या किमान मूल्यापर्यंत पोहोचते आणि टेस्ट स्टीलची थकवा मर्यादा सुमारे 760 MPa आहे, आणि चाचणी स्टीलमधील थकवा क्रॅकचा स्त्रोत प्रामुख्याने Al2O3 नॉन-मेटलिक समावेश आहे; डिकार्ब्युरायझेशन वर्तन चाचणी स्टीलचे थकवा आयुष्य मोठ्या प्रमाणात कमी करते, चाचणी स्टीलच्या थकवा कार्यक्षमतेवर परिणाम करते, डीकार्ब्युरायझेशन थर जितका जाड असेल तितका थकवा आयुष्य कमी होईल. चाचणी स्टीलच्या थकवा कार्यक्षमतेवर डीकार्ब्युरायझेशन लेयरचा प्रभाव कमी करण्यासाठी, चाचणी स्टीलचे इष्टतम उष्णता उपचार तापमान 850 डिग्री सेल्सियस वर सेट केले पाहिजे.
गियर हा ऑटोमोबाईलचा एक महत्त्वाचा घटक आहे,उच्च गतीने ऑपरेशन केल्यामुळे, गीअरच्या पृष्ठभागाच्या जाळीच्या भागामध्ये उच्च ताकद आणि घर्षण प्रतिरोधकता असणे आवश्यक आहे आणि सामग्रीमध्ये क्रॅक होऊ नयेत म्हणून दातांच्या मुळामध्ये सतत पुनरावृत्ती होणाऱ्या भारामुळे चांगली वाकलेली थकवा कार्यक्षमता असणे आवश्यक आहे. फ्रॅक्चर संशोधन असे दर्शविते की मेटल मटेरियलच्या स्पिन बेंडिंग थकवा कामगिरीवर परिणाम करणारा डिकार्ब्युरायझेशन हा एक महत्त्वाचा घटक आहे आणि स्पिन बेंडिंग थकवा कामगिरी हा उत्पादनाच्या गुणवत्तेचा एक महत्त्वाचा सूचक आहे, त्यामुळे चाचणी सामग्रीच्या डिकार्ब्युरायझेशन वर्तन आणि स्पिन बेंडिंग थकवा कामगिरीचा अभ्यास करणे आवश्यक आहे.
या पेपरमध्ये, 20CrMnTi गियर स्टील पृष्ठभाग decarburization चाचणी वर उष्णता उपचार भट्टी, चाचणी स्टील decarburization थर खोली बदलत्या कायदा वर भिन्न गरम तापमान विश्लेषण; चाचणी स्टील रोटरी बेंडिंग थकवा चाचणीवर QBWP-6000J साधे बीम थकवा चाचणी मशीन वापरणे, चाचणी स्टीलच्या थकवा कामगिरीचे निर्धारण आणि त्याच वेळी वास्तविक उत्पादन सुधारण्यासाठी चाचणी स्टीलच्या थकवा कामगिरीवर डीकार्ब्युरायझेशनच्या प्रभावाचे विश्लेषण करणे. उत्पादन प्रक्रिया, उत्पादनांची गुणवत्ता वाढवते आणि वाजवी संदर्भ प्रदान करते. चाचणी स्टील थकवा कामगिरी स्पिन बेंडिंग थकवा चाचणी मशीनद्वारे निर्धारित केली जाते.
1. चाचणी साहित्य आणि पद्धती
20CrMnTi गियर स्टील प्रदान करण्यासाठी युनिटसाठी चाचणी सामग्री, टेबल 1 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे मुख्य रासायनिक रचना. डेकार्ब्युरायझेशन चाचणी: चाचणी सामग्रीवर Ф8 मिमी × 12 मिमी दंडगोलाकार नमुन्यामध्ये प्रक्रिया केली जाते, पृष्ठभाग डागांशिवाय चमकदार असावा. हीट ट्रीटमेंट फर्नेस 675 ℃, 700 ℃, 725 ℃, 750 ℃, 800 ℃, 850 ℃, 900 ℃, 950 ℃, 1,000 ℃ पर्यंत नमुन्यात गरम केली गेली आणि 1 तास धरून ठेवा, आणि नंतर खोलीच्या तापमानाला हवा थंड करण्यात आली. 4% नायट्रिक ऍसिड अल्कोहोल सोल्यूशन इरोशनसह सेट, ग्राइंडिंग आणि पॉलिशिंगद्वारे नमुन्याच्या उष्णतेच्या उपचारानंतर, चाचणी स्टील डिकार्ब्युरायझेशन लेयरचे निरीक्षण करण्यासाठी मेटलर्जिकल मायक्रोस्कोपीचा वापर, वेगवेगळ्या तापमानात डीकार्ब्युरायझेशन लेयरची खोली मोजणे. स्पिन बेंडिंग थकवा चाचणी: स्पिन बेंडिंग थकवा नमुन्यांच्या दोन गटांच्या प्रक्रियेच्या आवश्यकतेनुसार चाचणी सामग्री, पहिला गट डीकार्ब्युरायझेशन चाचणी करत नाही, तर दुसरा गट वेगवेगळ्या तापमानात डीकार्ब्युरायझेशन चाचणी घेत नाही. स्पिन बेंडिंग थकवा चाचणी मशीनचा वापर करून, स्पिन बेंडिंग थकवा चाचणीसाठी चाचणी स्टीलचे दोन गट, चाचणी स्टीलच्या दोन गटांच्या थकवा मर्यादा निश्चित करणे, चाचणी स्टीलच्या दोन गटांच्या थकवा आयुष्याची तुलना, स्कॅनिंगचा वापर. इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोप थकवा फ्रॅक्चर निरीक्षण, चाचणी स्टीलच्या थकवा गुणधर्म decarburization परिणाम एक्सप्लोर करण्यासाठी, नमुना च्या फ्रॅक्चर कारणे विश्लेषण.
तक्ता 1 चाचणी स्टीलची रासायनिक रचना (वस्तुमान अपूर्णांक) wt%
decarburization वर गरम तापमानाचा प्रभाव
वेगवेगळ्या गरम तापमानांतर्गत डिकार्ब्युरायझेशन संस्थेचे आकारविज्ञान आकृती 1 मध्ये दर्शविले आहे. आकृतीवरून पाहिले जाऊ शकते, जेव्हा तापमान 675 ℃ असते, तेव्हा नमुना पृष्ठभागावर डीकार्ब्युरायझेशन थर दिसत नाही; जेव्हा तापमान 700 ℃ पर्यंत वाढते, तेव्हा पातळ फेराइट डिकार्ब्युरायझेशन लेयरसाठी नमुना पृष्ठभाग डिकार्ब्युरायझेशन स्तर दिसू लागला; तापमान 725 ℃ पर्यंत वाढते, नमुना पृष्ठभाग डीकार्ब्युराइजेशन लेयरची जाडी लक्षणीय वाढली आहे; 750 ℃ decarburization थर जाडी त्याच्या कमाल मूल्य पोहोचते, यावेळी, ferrite धान्य अधिक स्पष्ट, खडबडीत आहे; जेव्हा तापमान 800 डिग्री सेल्सियस पर्यंत वाढते, तेव्हा डिकार्ब्युरायझेशन लेयरची जाडी लक्षणीयरीत्या कमी होऊ लागली, त्याची जाडी 750 डिग्री सेल्सियसच्या निम्म्यावर आली; जेव्हा तापमान 850 ℃ पर्यंत वाढत राहते आणि decarburization ची जाडी अंजीर मध्ये दर्शविली जाते. 1. 800 ℃, पूर्ण decarburization थर जाडी लक्षणीय घटू लागली, त्याची जाडी 750 ℃ पर्यंत घसरली तेव्हा अर्धा; जेव्हा तापमान 850 ℃ आणि त्याहून अधिक वाढत राहते, तेव्हा चाचणी स्टीलच्या पूर्ण डिकार्ब्युरायझेशन लेयरची जाडी कमी होत राहते, अर्ध्या डीकार्ब्युरायझेशन लेयरची जाडी हळूहळू वाढू लागली जोपर्यंत पूर्ण डीकार्ब्युरायझेशन लेयर मॉर्फोलॉजी सर्व अदृश्य होत नाही, अर्धा डीकार्ब्युरायझेशन लेयर मॉर्फोलॉजी हळूहळू स्पष्ट होते. हे पाहिले जाऊ शकते की तापमान वाढीसह पूर्णपणे डीकार्ब्युराइज्ड लेयरची जाडी प्रथम वाढली आणि नंतर कमी केली गेली, या घटनेचे कारण एकाच वेळी ऑक्सिडेशन आणि डीकार्ब्युराइझेशनच्या वर्तनात हीटिंग प्रक्रियेतील नमुना आहे, तेव्हाच decarburization दर ऑक्सिडेशन गती पेक्षा वेगवान आहे decarburization घटना दिसून येईल. गरम होण्याच्या सुरूवातीस, पूर्णपणे डीकार्बराइज्ड लेयरची जाडी तापमान वाढीसह हळूहळू वाढते, जोपर्यंत पूर्णतः डीकार्बराइज्ड लेयरची जाडी जास्तीत जास्त मूल्यापर्यंत पोहोचत नाही, यावेळी तापमान वाढवणे सुरू ठेवण्यासाठी, नमुना ऑक्सिडेशन रेट पेक्षा वेगवान आहे. decarburization दर, जे पूर्णपणे decarburized लेयरच्या वाढीस प्रतिबंध करते, परिणामी एक खालचा कल होतो. हे पाहिले जाऊ शकते की, 675 ～950 ℃ च्या मर्यादेत, 750 ℃ वर पूर्ण डिकार्बराइज्ड लेयरच्या जाडीचे मूल्य सर्वात मोठे आहे, आणि 850 ℃ वर पूर्ण डिकार्बराइज्ड लेयरच्या जाडीचे मूल्य सर्वात लहान आहे, म्हणून, चाचणी स्टीलचे गरम तापमान 850℃ असण्याची शिफारस केली जाते.
Fig.1 वेगवेगळ्या गरम तापमानात 1 तासासाठी ठेवलेल्या टेस्ट स्टीलच्या डिकार्ब्युराइज्ड लेयरचे हिस्टोमॉर्फोलॉजी
अर्ध-डिकार्ब्युराइज्ड लेयरच्या तुलनेत, पूर्णपणे डिकार्बराइज्ड लेयरच्या जाडीचा भौतिक गुणधर्मांवर अधिक गंभीर नकारात्मक प्रभाव पडतो, यामुळे सामग्रीचे यांत्रिक गुणधर्म मोठ्या प्रमाणात कमी होतात, जसे की ताकद, कडकपणा, पोशाख प्रतिरोध आणि थकवा मर्यादा कमी करणे. , इत्यादी, आणि क्रॅकची संवेदनशीलता देखील वाढवते, ज्यामुळे वेल्डिंगच्या गुणवत्तेवर परिणाम होतो आणि याप्रमाणे. म्हणून, उत्पादनाची कार्यक्षमता सुधारण्यासाठी पूर्णपणे डिकार्ब्युराइज्ड लेयरची जाडी नियंत्रित करणे खूप महत्वाचे आहे. आकृती 2 तपमानासह पूर्ण डिकार्बराइज्ड लेयरच्या जाडीची भिन्नता वक्र दर्शवते, जे पूर्णतः डीकार्बराइज्ड लेयरच्या जाडीची भिन्नता अधिक स्पष्टपणे दर्शवते. आकृतीवरून असे दिसून येते की पूर्णतः डिकार्ब्युराइज्ड लेयरची जाडी 700℃ वर केवळ 34μm आहे; तापमान 725 ℃ पर्यंत वाढल्याने, पूर्णपणे डीकार्बराइज्ड लेयरची जाडी 86 μm पर्यंत लक्षणीय वाढते, जी 700 ℃ वर पूर्ण डिकार्बराइज्ड लेयरच्या जाडीच्या दुप्पट आहे; जेव्हा तापमान 750 ℃ पर्यंत वाढवले जाते, तेव्हा पूर्णपणे डीकार्बराइज्ड लेयरची जाडी जेव्हा तापमान 750 ℃ पर्यंत वाढते, तेव्हा पूर्ण डिकार्बराइज्ड लेयरची जाडी 120 μm च्या कमाल मूल्यापर्यंत पोहोचते; जसजसे तापमान वाढत जाते, तसतसे पूर्ण डिकार्ब्युराइज्ड लेयरची जाडी झपाट्याने कमी होऊ लागते, 800 ℃ वर 70 μm पर्यंत आणि नंतर 850 ℃ वर सुमारे 20μm च्या किमान मूल्यापर्यंत.
अंजीर.2 वेगवेगळ्या तापमानात पूर्णपणे डिकार्ब्युराइज्ड लेयरची जाडी
स्पिन बेंडिंगमधील थकवाच्या कामगिरीवर डिकार्ब्युरायझेशनचा प्रभाव
स्प्रिंग स्टीलच्या थकवा गुणधर्मांवर डिकार्ब्युरायझेशनच्या प्रभावाचा अभ्यास करण्यासाठी, स्पिन बेंडिंग थकवा चाचण्यांचे दोन गट केले गेले, पहिला गट म्हणजे डिकार्ब्युरायझेशन न करता थेट थकवा चाचणी, आणि दुसरा गट त्याच तणावावर डीकार्ब्युरायझेशन नंतर थकवा चाचणी होता. पातळी (810 MPa), आणि decarburization प्रक्रिया 1 तासासाठी 700-850 ℃ वर आयोजित केली गेली. नमुन्यांचा पहिला गट तक्ता 2 मध्ये दर्शविला आहे, जो स्प्रिंग स्टीलचा थकवा जीवन आहे.
नमुन्यांच्या पहिल्या गटाचे थकवा जीवन तक्ता 2 मध्ये दर्शविले आहे. तक्ता 2 वरून पाहिल्याप्रमाणे, डिकार्ब्युरायझेशनशिवाय, चाचणी स्टीलला 810 MPa वर फक्त 107 चक्रे होती, आणि कोणतेही फ्रॅक्चर झाले नाही; जेव्हा तणाव पातळी 830 MPa पेक्षा जास्त झाली तेव्हा काही नमुने फ्रॅक्चर होऊ लागले; जेव्हा तणाव पातळी 850 MPa पेक्षा जास्त होती, तेव्हा थकवा नमुने सर्व फ्रॅक्चर झाले होते.
तक्ता 2 वेगवेगळ्या ताणतणावांखालील थकवा जीवन (डिकार्ब्युरायझेशनशिवाय)
थकवा मर्यादा निश्चित करण्यासाठी, चाचणी स्टीलची थकवा मर्यादा निर्धारित करण्यासाठी गट पद्धत वापरली जाते आणि डेटाच्या सांख्यिकीय विश्लेषणानंतर, चाचणी स्टीलची थकवा मर्यादा सुमारे 760 MPa आहे; वेगवेगळ्या तणावाखाली चाचणी स्टीलचे थकवा जीवन वैशिष्ट्यीकृत करण्यासाठी, आकृती 3 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे, SN वक्र प्लॉट केले आहे. आकृती 3 वरून पाहिल्याप्रमाणे, विविध तणाव पातळी वेगवेगळ्या थकवा जीवनाशी संबंधित असतात, जेव्हा 7 चे थकवा जीवन , 107 च्या चक्रांच्या संख्येशी संबंधित, ज्याचा अर्थ असा आहे की या परिस्थितीतील नमुने राज्यातून आहेत, संबंधित ताण मूल्य अंदाजे थकवा शक्ती मूल्य, म्हणजेच 760 MPa म्हणून मोजले जाऊ शकते. हे पाहिले जाऊ शकते की सामग्रीचे थकवा जीवन निश्चित करण्यासाठी एस - एन वक्र महत्त्वपूर्ण आहे.
आकृती 3 प्रायोगिक स्टील रोटरी बेंडिंग थकवा चाचणीचे SN वक्र
नमुन्यांच्या दुसऱ्या गटाचे थकवा जीवन तक्ता 3 मध्ये दर्शविले आहे. तक्ता 3 वरून पाहिल्याप्रमाणे, चाचणी स्टील वेगवेगळ्या तापमानात डिकार्बराइज केल्यानंतर, चक्रांची संख्या स्पष्टपणे कमी होते आणि ते 107 पेक्षा जास्त असतात आणि सर्व थकवा नमुने फ्रॅक्चर झाले आहेत, आणि थकवा आयुष्य मोठ्या प्रमाणात कमी झाले आहे. तापमान बदल वक्र सह वरील decarburized थर जाडी एकत्र पाहिले जाऊ शकते, 750 ℃ decarburized थर जाडी थकवा जीवन सर्वात कमी मूल्य परस्पर, सर्वात मोठी आहे. 850 ℃ decarburized थर जाडी सर्वात लहान आहे, थकवा जीवन मूल्य संबंधित तुलनेने जास्त आहे. हे पाहिले जाऊ शकते की डिकार्ब्युराइजेशन वर्तन सामग्रीची थकवा कार्यक्षमता मोठ्या प्रमाणात कमी करते आणि डीकार्ब्युराइज्ड थर जितका जाड असेल तितके थकवा आयुष्य कमी होते.
तक्ता 3 वेगवेगळ्या डिकार्ब्युरायझेशन तापमानात थकवा जीवन (560 MPa)
इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोप स्कॅन करून नमुन्याचे थकवा फ्रॅक्चर मॉर्फोलॉजीचे निरीक्षण केले गेले, आकृती 4 मध्ये दर्शविल्याप्रमाणे. आकृती 4(अ) क्रॅक स्त्रोत क्षेत्रासाठी, आकृती स्पष्ट थकवा चाप दिसू शकते, स्त्रोत शोधण्यासाठी थकवा चाप त्यानुसार थकवा, पाहिला जाऊ शकतो, "फिश-आय" नॉन-मेटलिक समावेशासाठी क्रॅक स्त्रोत, तणाव एकाग्रता निर्माण करणे सोपे आहे, परिणामी थकवा क्रॅक होतो; अंजीर. 4(b) क्रॅक एक्स्टेंशन एरिया मॉर्फोलॉजीसाठी, स्पष्ट थकवा पट्टे दिसू शकतात, ते नदीसारखे वितरण होते, अर्ध-विघटनशील फ्रॅक्चरशी संबंधित आहे, क्रॅक विस्तारत आहेत, ज्यामुळे शेवटी फ्रॅक्चर होते. आकृती 4(b) क्रॅक विस्तार क्षेत्राचे आकारविज्ञान दर्शविते, स्पष्ट थकवा रेषा नदीसारख्या वितरणाच्या स्वरूपात दिसू शकतात, जे अर्ध-विघटनशील फ्रॅक्चरशी संबंधित आहे आणि क्रॅकच्या सतत विस्तारामुळे शेवटी फ्रॅक्चर होते. .
थकवा फ्रॅक्चर विश्लेषण
Fig.4 प्रायोगिक स्टीलच्या थकवा फ्रॅक्चर पृष्ठभागाचे SEM मॉर्फोलॉजी
अंजीर 4 मधील समावेशनांचा प्रकार निश्चित करण्यासाठी, ऊर्जा स्पेक्ट्रम रचना विश्लेषण केले गेले आणि परिणाम अंजीर 5 मध्ये दर्शविलेले आहेत. हे पाहिले जाऊ शकते की गैर-धातूचा समावेश प्रामुख्याने Al2O3 समावेश आहे, हे सूचित करते की समावेशन इन्क्लुजन क्रॅकिंगमुळे होणाऱ्या क्रॅकचे मुख्य स्त्रोत आहेत.
आकृती 5 नॉन-मेटलिक समावेशांची एनर्जी स्पेक्ट्रोस्कोपी
सांगता
(1) हीटिंग तापमान 850 ℃ वर ठेवल्याने थकवाच्या कार्यक्षमतेवर परिणाम कमी करण्यासाठी डीकार्बराइज्ड लेयरची जाडी कमी होईल.
(2) चाचणी स्टील स्पिन बेंडिंगची थकवा मर्यादा 760 MPa आहे.
(3) नॉन-मेटलिक समावेशांमध्ये चाचणी स्टील क्रॅकिंग, प्रामुख्याने Al2O3 मिश्रण.
(4) decarburization गंभीरपणे चाचणी स्टील थकवा जीवन कमी, decarburization थर जाड, कमी थकवा जीवन.
पोस्ट वेळ: जून-21-2024
