Pemindaian mikroskop elektron digunakan untuk mengamati patahan lelah dan menganalisis mekanisme patahan; pada saat yang sama, uji kelelahan spin bending dilakukan pada spesimen dekarburisasi pada suhu yang berbeda untuk membandingkan umur kelelahan baja uji dengan dan tanpa dekarburisasi, dan untuk menganalisis pengaruh dekarburisasi terhadap kinerja kelelahan baja uji. Hasil penelitian menunjukkan bahwa karena adanya oksidasi dan dekarburisasi secara simultan pada proses pemanasan, terjadi interaksi antara keduanya sehingga mengakibatkan ketebalan lapisan dekarburisasi penuh seiring dengan pertumbuhan suhu menunjukkan kecenderungan meningkat dan kemudian menurun. ketebalan lapisan dekarburisasi penuh mencapai nilai maksimum 120 μm pada 750 ℃, dan ketebalan lapisan dekarburisasi penuh mencapai nilai minimum 20 μm pada 850 ℃, dan batas kelelahan baja uji sekitar 760 MPa, dan sumber retak lelah pada baja uji terutama adalah inklusi non-logam Al2O3; Perilaku dekarburisasi sangat mengurangi umur kelelahan baja uji, mempengaruhi kinerja kelelahan baja uji, semakin tebal lapisan dekarburisasi, semakin rendah umur kelelahan. Untuk mengurangi dampak lapisan dekarburisasi terhadap kinerja kelelahan baja uji, suhu perlakuan panas optimal baja uji harus ditetapkan pada 850℃.
Gear merupakan salah satu komponen penting pada mobil,karena pengoperasian dengan kecepatan tinggi, bagian penyambungan permukaan roda gigi harus memiliki kekuatan dan ketahanan abrasi yang tinggi, dan akar gigi harus memiliki kinerja kelelahan tekuk yang baik karena beban berulang yang konstan, untuk menghindari retakan yang mengarah pada material. patah. Penelitian menunjukkan bahwa dekarburisasi merupakan faktor penting yang mempengaruhi kinerja kelelahan spin bending bahan logam, dan kinerja kelelahan spin bending merupakan indikator penting kualitas produk, sehingga perlu dipelajari perilaku dekarburisasi dan kinerja kelelahan spin bending bahan uji.
Dalam makalah ini, tungku perlakuan panas pada uji dekarburisasi permukaan baja roda gigi 20CrMnTi, menganalisis suhu pemanasan yang berbeda pada kedalaman lapisan dekarburisasi baja uji dari hukum yang berubah; menggunakan mesin uji kelelahan balok sederhana QBWP-6000J pada uji kelelahan putar baja uji, penentuan kinerja kelelahan baja uji, dan pada saat yang sama untuk menganalisis dampak dekarburisasi terhadap kinerja kelelahan baja uji untuk produksi aktual untuk meningkatkan proses produksi, meningkatkan kualitas produk dan memberikan referensi yang masuk akal. Kinerja kelelahan baja uji ditentukan oleh mesin uji kelelahan putaran lentur.
1. Bahan dan metode pengujian
Bahan uji untuk unit menyediakan baja roda gigi 20CrMnTi, komposisi kimia utama seperti ditunjukkan pada Tabel 1. Uji dekarburisasi: bahan uji diolah menjadi spesimen silinder berukuran Ф8 mm × 12 mm, permukaannya harus cerah tanpa noda. Tungku perlakuan panas dipanaskan hingga 675 ℃, 700 ℃, 725 ℃, 750 ℃, 800 ℃, 850 ℃, 900 ℃, 950 ℃, 1.000 ℃, ke dalam spesimen dan tahan 1 jam, lalu didinginkan dengan udara hingga suhu kamar. Setelah perlakuan panas pada spesimen dengan pengaturan, penggilingan dan pemolesan, dengan erosi larutan asam nitrat alkohol 4%, penggunaan mikroskop metalurgi untuk mengamati lapisan dekarburisasi baja uji, mengukur kedalaman lapisan dekarburisasi pada suhu yang berbeda. Uji kelelahan spin bending: bahan uji sesuai dengan persyaratan pengolahan dua kelompok benda uji kelelahan spin bending, kelompok pertama tidak melakukan uji dekarburisasi, kelompok kedua uji dekarburisasi pada temperatur berbeda. Dengan menggunakan mesin uji kelelahan spin bending, kedua kelompok baja uji untuk pengujian kelelahan spin bending, penentuan batas kelelahan kedua kelompok baja uji, perbandingan umur kelelahan kedua kelompok baja uji, penggunaan scanning pengamatan patah lelah mikroskop elektron, menganalisis penyebab patahnya spesimen, untuk mengeksplorasi pengaruh dekarburisasi terhadap sifat lelah baja uji.
Tabel 1 Komposisi kimia (fraksi massa) baja uji% berat
Pengaruh suhu pemanasan terhadap dekarburisasi
Morfologi organisasi dekarburisasi pada temperatur pemanasan yang berbeda ditunjukkan pada Gambar 1. Terlihat dari gambar, pada temperatur 675 ℃, permukaan sampel tidak muncul lapisan dekarburisasi; ketika suhu naik hingga 700 ℃, lapisan dekarburisasi permukaan sampel mulai muncul, untuk lapisan dekarburisasi ferit tipis; dengan kenaikan suhu hingga 725 ℃, ketebalan lapisan dekarburisasi permukaan sampel meningkat secara signifikan; Ketebalan lapisan dekarburisasi 750 ℃ mencapai nilai maksimumnya, pada saat ini butiran ferit lebih jernih, kasar; ketika suhu naik hingga 800 ℃, ketebalan lapisan dekarburisasi mulai berkurang secara signifikan, ketebalannya turun hingga setengah dari 750 ℃; ketika suhu terus meningkat hingga 850 ℃ dan ketebalan dekarburisasi ditunjukkan pada Gambar. 1. 800 ℃, ketebalan lapisan dekarburisasi penuh mulai berkurang secara signifikan, ketebalannya turun menjadi 750 ℃ ketika setengahnya; ketika suhu terus meningkat hingga 850 ℃ ke atas, ketebalan lapisan dekarburisasi penuh baja uji terus berkurang, setengah ketebalan lapisan dekarburisasi mulai meningkat secara bertahap hingga morfologi lapisan dekarburisasi penuh semuanya hilang, morfologi lapisan setengah dekarburisasi berangsur-angsur hilang. Terlihat bahwa ketebalan lapisan dekarburisasi penuh pertama-tama ditingkatkan dan kemudian dikurangi dengan kenaikan suhu, alasan fenomena ini adalah karena sampel dalam proses pemanasan pada saat yang sama perilaku oksidasi dan dekarburisasi, hanya ketika laju dekarburisasi lebih cepat dari kecepatan oksidasi akan muncul fenomena dekarburisasi. Pada awal pemanasan, ketebalan lapisan dekarburisasi penuh meningkat secara bertahap seiring dengan kenaikan suhu hingga ketebalan lapisan dekarburisasi penuh mencapai nilai maksimum, pada saat ini untuk terus menaikkan suhu, laju oksidasi spesimen lebih cepat dari laju dekarburisasi, yang menghambat peningkatan lapisan dekarburisasi penuh, sehingga mengakibatkan tren menurun. Terlihat bahwa pada kisaran 675 ～950 ℃, nilai ketebalan lapisan dekarburisasi penuh pada 750 ℃ adalah yang terbesar, dan nilai ketebalan lapisan dekarburisasi penuh pada 850 ℃ adalah yang terkecil, oleh karena itu, suhu pemanasan baja uji direkomendasikan 850℃.
Gbr.1 Histomorfologi lapisan baja uji yang didekarburisasi ditahan pada temperatur pemanasan berbeda selama 1 jam
Dibandingkan dengan lapisan semi-dekarburisasi, ketebalan lapisan dekarburisasi penuh mempunyai dampak negatif yang lebih serius terhadap sifat material, hal ini akan sangat mengurangi sifat mekanik material, seperti mengurangi kekuatan, kekerasan, ketahanan aus dan batas kelelahan. , dll., dan juga meningkatkan kepekaan terhadap retakan, mempengaruhi kualitas pengelasan dan sebagainya. Oleh karena itu, mengontrol ketebalan lapisan dekarburisasi penuh sangat penting untuk meningkatkan kinerja produk. Gambar 2 menunjukkan kurva variasi ketebalan lapisan dekarburisasi penuh terhadap suhu, yang menunjukkan variasi ketebalan lapisan dekarburisasi penuh dengan lebih jelas. Terlihat dari gambar bahwa ketebalan lapisan dekarburisasi penuh hanya sekitar 34μm pada 700℃; dengan kenaikan suhu hingga 725 ℃, ketebalan lapisan dekarburisasi penuh meningkat secara signifikan hingga 86 μm, yang lebih dari dua kali ketebalan lapisan dekarburasi penuh pada 700 ℃; ketika suhu dinaikkan menjadi 750 ℃, ketebalan lapisan dekarburisasi penuh Ketika suhu naik menjadi 750 ℃, ketebalan lapisan dekarburisasi penuh mencapai nilai maksimum 120 μm; ketika suhu terus meningkat, ketebalan lapisan dekarburisasi penuh mulai menurun tajam, hingga 70 μm pada 800℃, dan kemudian ke nilai minimum sekitar 20μm pada 850℃.
Gbr.2 Ketebalan lapisan dekarburisasi penuh pada temperatur berbeda
Pengaruh dekarburisasi terhadap kinerja kelelahan pada spin bending
Untuk mempelajari pengaruh dekarburisasi terhadap sifat kelelahan baja pegas, dilakukan dua kelompok uji kelelahan spin bending, kelompok pertama pengujian kelelahan langsung tanpa dekarburisasi, dan kelompok kedua pengujian kelelahan setelah dekarburisasi pada tegangan yang sama. level (810 MPa), dan proses dekarburisasi dilakukan pada 700-850 ℃ selama 1 jam. Kelompok benda uji pertama ditunjukkan pada Tabel 2, yaitu umur lelah baja pegas.
Umur kelelahan benda uji kelompok pertama ditunjukkan pada Tabel 2. Terlihat pada Tabel 2, tanpa dekarburisasi, baja uji hanya mengalami 107 siklus pada 810 MPa, dan tidak terjadi patah; ketika tingkat tegangan melebihi 830 MPa, beberapa spesimen mulai patah; ketika tingkat tegangan melebihi 850 MPa, semua spesimen kelelahan patah.
Tabel 2 Kehidupan kelelahan pada tingkat stres yang berbeda (tanpa dekarburisasi)
Untuk menentukan batas kelelahan, metode kelompok digunakan untuk menentukan batas kelelahan baja uji, dan setelah analisis data statistik, batas kelelahan baja uji adalah sekitar 760 MPa; untuk mengkarakterisasi umur kelelahan baja uji pada tegangan yang berbeda, kurva SN diplot, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3. Seperti dapat dilihat dari Gambar 3, tingkat tegangan yang berbeda sesuai dengan umur kelelahan yang berbeda, ketika umur kelelahan 7 , sesuai dengan jumlah siklus untuk 107, yang berarti bahwa spesimen dalam kondisi ini melalui keadaan, nilai tegangan yang sesuai dapat diperkirakan sebagai nilai kekuatan lelah, yaitu 760 MPa. Terlihat bahwa kurva S – N yang penting untuk penentuan umur kelelahan suatu material mempunyai nilai acuan yang penting.
Gambar 3 Kurva SN uji kelelahan lentur putar baja eksperimental
Umur kelelahan spesimen kelompok kedua ditunjukkan pada Tabel 3. Seperti dapat dilihat dari Tabel 3, setelah baja uji didekarburasi pada temperatur yang berbeda, jumlah siklus jelas berkurang, dan jumlahnya lebih dari 107, dan semuanya spesimen kelelahan menjadi retak, dan umur kelelahan sangat berkurang. Dikombinasikan dengan ketebalan lapisan dekarburisasi di atas dengan kurva perubahan suhu yang dapat dilihat, ketebalan lapisan dekarburisasi 750 ℃ adalah yang terbesar, sesuai dengan nilai umur kelelahan terendah. Ketebalan lapisan dekarburisasi 850 ℃ adalah yang terkecil, sesuai dengan nilai umur kelelahan yang relatif tinggi. Terlihat bahwa perilaku dekarburisasi sangat mengurangi kinerja kelelahan material, dan semakin tebal lapisan dekarburisasi, semakin rendah umur kelelahannya.
Tabel 3 Umur kelelahan pada temperatur dekarburisasi berbeda (560 MPa)
Morfologi patahan lelah pada spesimen diamati dengan pemindaian mikroskop elektron, seperti terlihat pada Gambar 4. Gambar 4(a) untuk daerah sumber retak, pada gambar tersebut terlihat jelas busur lelah, sesuai dengan busur lelah untuk mencari sumbernya. kelelahan, dapat dilihat, sumber retakan untuk inklusi non-logam "mata ikan", inklusi pada konsentrasi tegangan yang mudah menyebabkan, mengakibatkan retakan kelelahan; Gambar 4(b) untuk morfologi daerah perluasan retakan, terlihat garis-garis kelelahan yang jelas, sebaran seperti sungai, termasuk dalam rekahan kuasi-disosiatif, dengan retakan yang meluas hingga akhirnya menimbulkan rekahan. Gambar 4(b) menunjukkan morfologi daerah perluasan retakan, terlihat jelas garis-garis kelelahan berupa sebaran seperti sungai yang termasuk dalam rekahan kuasi-disosiatif, dan dengan perluasan retakan yang terus menerus, pada akhirnya menyebabkan patahan .
Analisis fraktur kelelahan
Gambar 4 Morfologi SEM permukaan patah lelah baja percobaan
Untuk menentukan jenis inklusi pada Gambar 4, dilakukan analisis komposisi spektrum energi, dan hasilnya ditunjukkan pada Gambar 5. Terlihat bahwa inklusi non-logam sebagian besar merupakan inklusi Al2O3, yang menunjukkan bahwa inklusi tersebut adalah sumber utama keretakan yang disebabkan oleh keretakan inklusi.
Gambar 5 Spektroskopi Energi Inklusi Nonlogam
Menyimpulkan
(1) Memposisikan suhu pemanasan pada 850 ℃ akan meminimalkan ketebalan lapisan dekarburasi untuk mengurangi pengaruhnya terhadap kinerja kelelahan.
(2) Batas kelelahan uji tekuk putaran baja adalah 760 MPa.
(3) Baja uji retak pada inklusi non-logam, terutama campuran Al2O3.
(4) dekarburisasi secara serius mengurangi umur lelah baja uji, semakin tebal lapisan dekarburisasi, semakin rendah umur lelah.
Waktu posting: 21 Juni-2024