20CrMnTi беріліс қорабының беттік декарбуризациясы және шаршау мінез-құлқы

Шаршау сынуын бақылау және сыну механизмін талдау үшін сканерлеуші электронды микроскоп қолданылды; сонымен бірге, декарбуризацияланған үлгілерде әртүрлі температурада спиндік иілу шаршау сынағы жүргізілді, бұл декарбуризациямен және декарбуризациясыз сынақ болаттың шаршау мерзімін салыстыру және декарбуризацияның сынақ болаттың шаршау өнімділігіне әсерін талдау үшін жасалды. Нәтижелер қыздыру процесінде тотығу мен декарбуризацияның бір мезгілде болуына байланысты, екеуінің өзара әрекеттесуі, нәтижесінде температураның өсуімен бірге толық декарбуризацияланған қабаттың қалыңдығы артып, содан кейін азаю үрдісін көрсетеді, толық декарбуризацияланған қабаттың қалыңдығы 750 ℃ температурада 120 мкм максималды мәнге жетеді, ал толық декарбуризацияланған қабаттың қалыңдығы 850 ℃ температурада 20 мкм минималды мәнге жетеді, ал сынақ болаттың шаршау шегі шамамен 760 МПа құрайды, ал сынақ болатындағы шаршау жарықтарының көзі негізінен Al2O3 металл емес қосындылары болып табылады; Көмірсутексіздендіру әрекеті сынақ болатының шаршау мерзімін айтарлықтай қысқартады, бұл сынақ болатының шаршау өнімділігіне әсер етеді, көмірсутексіздендіру қабаты неғұрлым қалың болса, шаршау мерзімі соғұрлым төмен болады. Көмірсутексіздендіру қабатының сынақ болатының шаршау өнімділігіне әсерін азайту үшін сынақ болатының оңтайлы термиялық өңдеу температурасын 850℃ етіп орнату керек.

Беріліс құралы - автомобильдің маңызды құрамдас бөлігіЖоғары жылдамдықта жұмыс істеуге байланысты, беріліс бетінің торлы бөлігі жоғары беріктікке және тозуға төзімділікке ие болуы керек, ал тіс түбірі материалдың сынуына әкелетін жарықшақтардың алдын алу үшін үнемі қайталанатын жүктемеге байланысты жақсы иілу шаршау өнімділігіне ие болуы керек. Зерттеулер көрсеткендей, көміртегін кетіру металл материалдардың айналдыру иілу шаршау өнімділігіне әсер ететін маңызды фактор болып табылады, ал айналдыру иілу шаршау өнімділігі өнім сапасының маңызды көрсеткіші болып табылады, сондықтан сынақ материалының көміртегін кетіру әрекетін және айналдыру иілу шаршау өнімділігін зерттеу қажет.

Бұл мақалада 20CrMnTi беріліс қорабының болат бетіндегі декарбуризация сынағындағы термиялық өңдеу пеші, сынақтағы болаттың декарбуризация қабатының тереңдігінің өзгеру заңындағы әртүрлі қыздыру температурасын талдаймыз; QBWP-6000J қарапайым сәулелік шаршау сынағы машинасын пайдаланып, сынақтағы болаттың айналмалы иілу шаршау сынағы, сынақтағы болаттың шаршау өнімділігін анықтау және сонымен бірге өндіріс процесін жақсарту, өнім сапасын арттыру және ақылға қонымды анықтама беру үшін сынақтағы болаттың нақты өндірісіндегі шаршау өнімділігіне декарбуризацияның әсерін талдаймыз. Сынақтағы болаттың шаршау өнімділігі айналдыру иілу шаршау сынағы машинасымен анықталады.

1. Сынақ материалдары мен әдістері

20CrMnTi беріліс қорабының болатын алу үшін қондырғыға арналған сынақ материалы, негізгі химиялық құрамы 1-кестеде көрсетілген. Көміртексіздендіру сынағы: сынақ материалы Ф8 мм × 12 мм цилиндрлік үлгіге өңделеді, беті дақсыз ашық болуы керек. Термиялық өңдеу пеші 675 ℃, 700 ℃, 725 ℃, 750 ℃, 800 ℃, 850 ℃, 900 ℃, 950 ℃, 1000 ℃ дейін қыздырылады, үлгіге салынады және 1 сағат ұсталады, содан кейін бөлме температурасына дейін ауамен салқындатылады. Термиялық өңдеуден кейін үлгіні орнату, тегістеу және жылтырату арқылы 4% азот қышқылының спирт ерітіндісімен эрозиялық өңдеу арқылы металлургиялық микроскопияны пайдаланып, сынақ болатының көміртексіздендіру қабатын бақылайды, көміртексіздендіру қабатының тереңдігін әр түрлі температурада өлшейді. Айналдыру иілу шаршау сынағы: екі топты айналдыру иілу шаршау үлгілерін өңдеу талаптарына сәйкес сынақ материалы, бірінші топ көміртегін кетіру сынағын, екінші топ әртүрлі температурада көміртегін кетіру сынағын жүргізбейді. Айналдыру иілу шаршауын сынау машинасын пайдаланып, айналдыру иілу шаршауын сынау үшін екі топты сынақ болаты, екі топты сынақ болаттарының шаршау шегін анықтау, екі топты сынақ болаттарының шаршау мерзімін салыстыру, сканерлеуші электронды микроскопты шаршау сынуын бақылау, үлгінің сыну себептерін талдау, сынақ болаттарының шаршау қасиеттеріне көміртегін кетірудің әсерін зерттеу.

1-кесте Сынақ болатының химиялық құрамы (массалық үлесі) салмақтық %

2. Сынақ нәтижелері және талдау

Қыздыру температурасының декарбуризацияға әсері

Әртүрлі қыздыру температураларындағы декарбуризацияны ұйымдастыру морфологиясы 1-суретте көрсетілген. Суреттен көрініп тұрғандай, температура 675 ℃ болғанда, үлгі бетінде декарбуризация қабаты пайда болмайды; температура 700 ℃ дейін көтерілгенде, үлгі бетінде декарбуризация қабаты пайда бола бастады, жұқа феррит декарбуризация қабаты пайда болды; температура 725 ℃ дейін көтерілгенде, үлгі бетінде декарбуризация қабатының қалыңдығы айтарлықтай артты; 750 ℃ декарбуризация қабатының қалыңдығы ең жоғары мәніне жетеді, бұл кезде феррит түйіршігі мөлдір, ірі болады; температура 800 ℃ дейін көтерілгенде, декарбуризация қабатының қалыңдығы айтарлықтай төмендей бастады, оның қалыңдығы 750 ℃-тың жартысына дейін төмендеді; температура 850 ℃ дейін көтеріле бергенде және декарбуризация қалыңдығы 1-суретте көрсетілген. 800 ℃ болғанда, декарбуризация қабатының толық қалыңдығы айтарлықтай төмендей бастады, оның қалыңдығы жартысына дейін төмендегенде 750 ℃-қа дейін төмендеді; Температура 850 ℃ және одан жоғары көтеріле бергенде, сынақ болатының толық декарбуризация қабатының қалыңдығы төмендей береді, декарбуризация қабатының қалыңдығы біртіндеп артып, толық декарбуризация қабатының морфологиясы толығымен жойылып, жартылай декарбуризация қабатының морфологиясы біртіндеп жойылады. Температураның жоғарылауымен толық декарбуризацияланған қабаттың қалыңдығы алдымен артып, содан кейін азаятынын көруге болады, бұл құбылыстың себебі қыздыру процесінде үлгінің тотығу және декарбуризация мінез-құлқына байланысты, тек декарбуризация жылдамдығы тотығу жылдамдығынан жоғары болған кезде ғана декарбуризация құбылысы пайда болады. Қыздырудың басында толық декарбуризацияланған қабаттың қалыңдығы температураның жоғарылауымен біртіндеп артып, толық декарбуризацияланған қабаттың қалыңдығы максималды мәнге жеткенше артады, бұл кезде температураны көтеруді жалғастыру үшін үлгінің тотығу жылдамдығы декарбуризация жылдамдығынан жоғары болады, бұл толық декарбуризацияланған қабаттың артуын тежейді, нәтижесінде төмендеу үрдісі пайда болады. 675 ~ 950 ℃ диапазонында 750 ℃ температурада толық көміртегісіздендірілген қабат қалыңдығының мәні ең үлкен, ал 850 ℃ температурада толық көміртегісіздендірілген қабат қалыңдығының мәні ең кіші екенін көруге болады, сондықтан сынақ болатының қыздыру температурасы 850 ℃ болуы ұсынылады.

Әртүрлі қыздыру температураларында 1 сағат бойы тәжірибелік болаттағы көміртегін декарбуризациялау қабатының морфологиясы

1-сурет. Әртүрлі қыздыру температураларында 1 сағат бойы ұсталған сынақ болатының декарбурленген қабатының гистоморфологиясы.

Жартылай декарбурленген қабатпен салыстырғанда, толық декарбурленген қабаттың қалыңдығы материалдың қасиеттеріне айтарлықтай теріс әсер етеді, ол материалдың механикалық қасиеттерін айтарлықтай төмендетеді, мысалы, беріктіктің, қаттылықтың, тозуға төзімділіктің және шаршау шегін төмендетеді және т.б., сондай-ақ жарықтарға сезімталдықты арттырады, дәнекерлеу сапасына әсер етеді және т.б. Сондықтан, толық декарбурленген қабаттың қалыңдығын бақылау өнімнің өнімділігін жақсарту үшін өте маңызды. 2-суретте толық декарбурленген қабат қалыңдығының температураға байланысты өзгеру қисығы көрсетілген, бұл толық декарбурленген қабат қалыңдығының өзгеруін айқынырақ көрсетеді. Суреттен толық декарбурленген қабаттың қалыңдығы 700℃ температурада шамамен 34 мкм болатынын көруге болады; температура 725 ℃ дейін көтерілген сайын, толық декарбурленген қабаттың қалыңдығы 86 мкм-ге дейін айтарлықтай артады, бұл 700 ℃ температурада толық декарбурленген қабаттың қалыңдығынан екі еседен астам; Температура 750 ℃ дейін көтерілгенде, толығымен декарбурленген қабаттың қалыңдығы 120 мкм максималды мәнге жетеді; температура көтеріле берген сайын, толығымен декарбурленген қабаттың қалыңдығы күрт төмендей бастайды, 800 ℃ кезінде 70 мкм дейін, содан кейін 850 ℃ кезінде шамамен 20 мкм минималды мәнге дейін.

Әртүрлі температурадағы толық декарбурленген қабаттың қалыңдығы

2-сурет. Әртүрлі температурадағы толықтай декарбурленген қабаттың қалыңдығы

Спиннинг кезіндегі шаршау өнімділігіне декарбуризацияның әсері

Серіппелі болаттың шаршау қасиеттеріне декарбуризацияның әсерін зерттеу үшін екі топ спиндік иілу шаршау сынақтары жүргізілді, бірінші топ декарбуризациясыз тікелей шаршау сынағы, ал екінші топ декарбуризациядан кейінгі шаршау сынағы сол кернеу деңгейінде (810 МПа) жүргізілді, және декарбуризация процесі 700-850 ℃ температурада 1 сағат бойы жүргізілді. Бірінші топтағы үлгілер 2-кестеде көрсетілген, бұл серіппелі болаттың шаршау мерзімі.

Бірінші топтағы үлгілердің шаршау мерзімі 2-кестеде көрсетілген. 2-кестеден көріп отырғанымыздай, көміртегін декарбуризацияламай, сынақ болаты 810 МПа-да тек 107 циклге ұшырады және сыну болған жоқ; кернеу деңгейі 830 МПа-дан асқан кезде, кейбір үлгілер сынуды бастады; кернеу деңгейі 850 МПа-дан асқан кезде, шаршау үлгілерінің барлығы сынды.

2-кесте Әртүрлі стресс деңгейлеріндегі шаршау өмірі (декарбуризациясыз)

Шаршау шегін анықтау үшін сынақ болатының шаршау шегін анықтау үшін топтық әдіс қолданылады, ал деректерді статистикалық талдаудан кейін сынақ болатының шаршау шегі шамамен 760 МПа құрайды; сынақ болатының әртүрлі кернеулердегі шаршау мерзімін сипаттау үшін 3-суретте көрсетілгендей SN қисығы салынады. 3-суретте көрсетілгендей, әртүрлі кернеу деңгейлері әртүрлі шаршау мерзіміне сәйкес келеді, шаршау мерзімі 7 болғанда, бұл 107 цикл санына сәйкес келеді, яғни бұл жағдайда үлгі күйден өтеді, сәйкес кернеу мәнін шаршау беріктігінің мәні, яғни 760 МПа ретінде жуықтауға болады. S - N қисығы материалдың шаршау мерзімін анықтау үшін маңызды анықтамалық мәнге ие екенін көруге болады.

3-сурет. Тәжірибелік болаттың айналмалы иілу шаршау сынағының SN қисығы.

Екінші топтағы үлгілердің шаршау мерзімі 3-кестеде көрсетілген. 3-кестеден көрініп тұрғандай, сынақ болаты әртүрлі температурада көміртегінен тазартылғаннан кейін циклдар саны айқын түрде азаяды және олар 107-ден асады, ал барлық шаршау үлгілері сынады, ал шаршау мерзімі айтарлықтай қысқарады. Жоғарыда көрсетілген көміртегінен тазартылған қабат қалыңдығымен температураның өзгеру қисығының үйлесімінде 750 ℃ көміртегінен тазартылған қабат қалыңдығы ең үлкен болып табылады, бұл шаршау мерзімінің ең төменгі мәніне сәйкес келеді. 850 ℃ көміртегінен тазартылған қабат қалыңдығы ең кіші болып табылады, бұл шаршау мерзімінің мәніне сәйкес келеді, бұл салыстырмалы түрде жоғары. Көміртегінен тазарту әрекеті материалдың шаршау өнімділігін айтарлықтай төмендететінін және көміртегінен тазартылған қабат неғұрлым қалың болса, шаршау мерзімі соғұрлым төмен болатынын көруге болады.

3-кесте Әртүрлі декарбуризация температураларындағы шаршау мерзімі (560 МПа)

Үлгінің шаршау сынуының морфологиясы сканерлеуші электронды микроскоп арқылы бақыланды, бұл 4-суретте көрсетілген. 4(a) суретте жарықшақ көзі аймағы үшін суретте шаршау доғасының айқын көрінуі мүмкін, шаршау доғасына сәйкес шаршау көзін табуға болады, жарықшақ көзі «балық көзі» металл емес қосындыларды, оңай стресс концентрациясындағы қосындыларды көруге болады, бұл шаршау жарықшақтарының пайда болуына әкеледі; 4(b) суретте жарықшақ кеңею аймағының морфологиясы үшін шаршау жолақтарын көруге болады, бұл өзен тәрізді таралу болды, квазидиссоциативті сынуға жатады, жарықшақтар кеңейіп, ақырында сынуға әкеледі. 4(b) суретте жарықшақ кеңею аймағының морфологиясы көрсетілген, шаршау жолақтарын өзен тәрізді таралу түрінде көруге болады, бұл квазидиссоциативті сынуға жатады және жарықшақтардың үздіксіз кеңеюімен ақырында сынуға әкеледі.

Шаршау сынығын талдау

4-сурет. Тәжірибелік болаттың шаршау сыну бетінің SEM морфологиясы

4-суретте көрсетілген қосындылардың түрін анықтау үшін энергия спектрінің құрамын талдау жүргізілді, нәтижелері 5-суретте көрсетілген. Металл емес қосындылардың негізінен Al2O3 қосындылары екенін көруге болады, бұл қосындылардың қосындылардың жарылуынан туындайтын жарықтардың негізгі көзі екенін көрсетеді.

5-сурет. Металл емес қосындылардың энергетикалық спектроскопиясы.

Қорытынды

(1) Қыздыру температурасын 850 ℃ деңгейінде орналастыру декарбурленген қабаттың қалыңдығын азайтып, шаршау өнімділігіне әсерін азайтады.
(2) Сынақтағы болаттың айналдыру иілуінің шаршау шегі 760 МПа құрайды.
(3) Негізінен Al2O3 қоспасындағы металл емес қоспалардағы болаттың жарылуын сынау.
(4) көміртегін кетіру сынақ болаттың шаршау мерзімін айтарлықтай қысқартады, көміртегін кетіру қабаты неғұрлым қалың болса, шаршау мерзімі соғұрлым төмен болады.

Жарияланған уақыты: 2024 жылғы 21 маусым