Mikroskop elektron pindai digunakake kanggo mirsani fraktur lelah lan nganalisis mekanisme fraktur; ing wektu sing padha, uji lelah spin bending ditindakake ing spesimen sing didekarburisasi ing suhu sing beda-beda kanggo mbandhingake umur lelah baja uji nganggo lan tanpa dekarburisasi, lan kanggo nganalisis efek dekarburisasi marang kinerja lelah baja uji. Asil kasebut nuduhake yen, amarga anane oksidasi lan dekarburisasi bebarengan ing proses pemanasan, interaksi antarane loro kasebut, sing nyebabake kekandelan lapisan sing didekarburisasi kanthi lengkap kanthi tuwuhing suhu nuduhake tren mundhak banjur mudhun, kekandelan lapisan sing didekarburisasi kanthi lengkap tekan nilai maksimal 120 μm ing 750 ℃, lan kekandelan lapisan sing didekarburisasi kanthi lengkap tekan nilai minimal 20 μm ing 850 ℃, lan wates lelah baja uji udakara 760 MPa, lan sumber retakan lelah ing baja uji utamane yaiku inklusi non-logam Al2O3; Prilaku dekarburisasi nyuda banget umur lelah baja uji, mengaruhi kinerja lelah baja uji, luwih kandel lapisan dekarburisasi, luwih cendhek umur lelah. Kanggo nyuda dampak lapisan dekarburisasi marang kinerja lelah baja uji, suhu perawatan panas optimal baja uji kudu disetel ing 850℃.
Gir minangka komponen penting ing mobil,amarga operasi kanthi kecepatan dhuwur, bagean meshing saka permukaan gir kudu duwe kekuatan lan tahan abrasi sing dhuwur, lan oyot untu kudu duwe kinerja lentur sing apik amarga beban bola-bali sing terus-terusan, supaya ora ana retakan sing nyebabake patah bahan. Riset nuduhake yen dekarburisasi minangka faktor penting sing mengaruhi kinerja lentur spin bahan logam, lan kinerja lentur spin minangka indikator penting kualitas produk, mula perlu sinau prilaku dekarburisasi lan kinerja lentur spin bahan uji.
Ing makalah iki, tungku perawatan panas ing uji dekarburisasi permukaan baja gir 20CrMnTi, nganalisis suhu pemanasan sing beda-beda ing ambane lapisan dekarburisasi baja uji saka hukum sing owah; nggunakake mesin uji kelelahan balok sederhana QBWP-6000J ing uji kelelahan lentur putar baja uji, nemtokake kinerja kelelahan baja uji, lan ing wektu sing padha nganalisis dampak dekarburisasi ing kinerja kelelahan baja uji kanggo produksi nyata kanggo nambah proses produksi, nambah kualitas produk lan menehi referensi sing cukup. Kinerja kelelahan baja uji ditemtokake dening mesin uji kelelahan lentur putar.
1. Bahan lan metode uji coba
Bahan uji kanggo unit kanggo nyedhiyakake baja gir 20CrMnTi, komposisi kimia utama kaya sing dituduhake ing Tabel 1. Tes dekarburisasi: bahan uji diolah dadi spesimen silinder Ф8 mm × 12 mm, permukaane kudu padhang tanpa noda. Tungku perawatan panas dipanasake nganti 675 ℃, 700 ℃, 725 ℃, 750 ℃, 800 ℃, 850 ℃, 900 ℃, 950 ℃, 1.000 ℃, menyang spesimen lan tahan 1 jam, banjur didinginkan ing udara nganti suhu kamar. Sawise perawatan panas spesimen kanthi nyetel, nggiling lan polesan, kanthi erosi larutan alkohol asam nitrat 4%, panggunaan mikroskop metalurgi kanggo mirsani lapisan dekarburisasi baja uji, ngukur ambane lapisan dekarburisasi ing suhu sing beda-beda. Tes kelelahan lentur spin: materi uji miturut syarat pangolahan rong klompok spesimen kelelahan lentur spin, klompok pertama ora nindakake uji dekarburisasi, klompok kapindho uji dekarburisasi ing suhu sing beda. Nggunakake mesin uji kelelahan lentur spin, rong klompok baja uji kanggo uji kelelahan lentur spin, nemtokake wates kelelahan rong klompok baja uji, mbandhingake umur kelelahan rong klompok baja uji, nggunakake pengamatan fraktur kelelahan mikroskop elektron pindai, nganalisis alesan fraktur spesimen, kanggo njelajah efek dekarburisasi saka sifat kelelahan baja uji.
Tabel 1 Komposisi kimia (fraksi massa) baja uji wt%
Efek suhu pemanasan marang dekarburisasi
Morfologi organisasi dekarburisasi ing suhu pemanasan sing beda-beda dituduhake ing Gambar 1. Kaya sing bisa dideleng saka gambar kasebut, nalika suhu 675 ℃, lapisan dekarburisasi ing permukaan sampel ora katon; nalika suhu mundhak nganti 700 ℃, lapisan dekarburisasi permukaan sampel wiwit katon, kanggo lapisan dekarburisasi ferit tipis; kanthi suhu mundhak nganti 725 ℃, kekandelan lapisan dekarburisasi permukaan sampel mundhak sacara signifikan; kekandelan lapisan dekarburisasi 750 ℃ tekan nilai maksimal, ing wektu iki, butiran ferit luwih bening lan kasar; nalika suhu mundhak nganti 800 ℃, kekandelan lapisan dekarburisasi wiwit mudhun sacara signifikan, kekandelane mudhun nganti setengah saka 750 ℃; nalika suhu terus mundhak nganti 850 ℃ lan kekandelan dekarburisasi dituduhake ing Gambar 1. 800 ℃, kekandelan lapisan dekarburisasi lengkap wiwit mudhun sacara signifikan, kekandelane mudhun nganti 750 ℃ nalika setengah; Nalika suhu terus mundhak nganti 850 ℃ lan ndhuwur, kekandelan lapisan dekarburisasi lengkap baja uji terus mudhun, kekandelan lapisan setengah dekarburisasi wiwit mundhak mboko sithik nganti morfologi lapisan dekarburisasi lengkap ilang kabeh, morfologi lapisan setengah dekarburisasi mboko sithik dadi bening. Bisa dideleng manawa kekandelan lapisan sing wis didekarburisasi kanthi lengkap kanthi kenaikan suhu pisanan mundhak banjur mudhun, alesan kanggo fenomena iki amarga sampel ing proses pemanasan bebarengan karo prilaku oksidasi lan dekarburisasi, mung nalika tingkat dekarburisasi luwih cepet tinimbang kecepatan oksidasi bakal katon fenomena dekarburisasi. Ing wiwitan pemanasan, kekandelan lapisan sing wis didekarburisasi kanthi lengkap mundhak mboko sithik kanthi kenaikan suhu nganti kekandelan lapisan sing wis didekarburisasi kanthi lengkap tekan nilai maksimal, ing wektu iki kanggo terus mundhakake suhu, tingkat oksidasi spesimen luwih cepet tinimbang tingkat dekarburisasi, sing nyegah kenaikan lapisan sing wis didekarburisasi kanthi lengkap, sing nyebabake tren mudhun. Bisa dideleng manawa, ing kisaran 675 ~ 950 ℃, nilai kekandelan lapisan sing wis didekarburisasi kanthi lengkap ing 750 ℃ minangka sing paling gedhe, lan nilai kekandelan lapisan sing wis didekarburisasi kanthi lengkap ing 850 ℃ minangka sing paling cilik, mula, suhu pemanasan baja uji disaranake dadi 850 ℃.
Gambar 1 Histomorfologi lapisan baja uji sing didekarburisasi sing ditahan ing suhu pemanasan sing beda-beda sajrone 1 jam
Dibandhingake karo lapisan semi-dekarburisasi, kekandelan lapisan sing wis didekarburisasi kanthi lengkap nduweni dampak negatif sing luwih serius marang sifat bahan, iki bakal nyuda sifat mekanik bahan kasebut, kayata nyuda kekuatan, kekerasan, ketahanan aus lan wates kelelahan, lan liya-liyane, lan uga nambah sensitivitas retakan, sing mengaruhi kualitas pengelasan lan liya-liyane. Mulane, ngontrol kekandelan lapisan sing wis didekarburisasi kanthi lengkap penting banget kanggo ningkatake kinerja produk. Gambar 2 nuduhake kurva variasi kekandelan lapisan sing wis didekarburisasi kanthi lengkap karo suhu, sing nuduhake variasi kekandelan lapisan sing wis didekarburisasi kanthi lengkap kanthi luwih jelas. Bisa dideleng saka gambar yen kekandelan lapisan sing wis didekarburisasi kanthi lengkap mung udakara 34μm ing 700℃; kanthi suhu mundhak nganti 725℃, kekandelan lapisan sing wis didekarburisasi kanthi lengkap mundhak sacara signifikan nganti 86 μm, sing luwih saka kaping pindho saka kekandelan lapisan sing wis didekarburisasi kanthi lengkap ing 700℃; Nalika suhu mundhak nganti 750 ℃, kekandelan lapisan sing wis didekarburisasi kanthi lengkap tekan nilai maksimal 120 μm; nalika suhu terus mundhak, kekandelan lapisan sing wis didekarburisasi kanthi lengkap wiwit mudhun kanthi cetha, nganti 70 μm ing 800 ℃, banjur nganti nilai minimal udakara 20μm ing 850 ℃.
Gambar 2 Kekandelan lapisan sing wis didekarburisasi kanthi lengkap ing suhu sing beda-beda
Efek dekarburisasi marang kinerja fatigue ing spin bending
Kanggo nyinaoni efek dekarburisasi marang sifat lelah baja pegas, rong klompok uji lelah lentur spin ditindakake, klompok pertama uji lelah langsung tanpa dekarburisasi, lan klompok kapindho uji lelah sawise dekarburisasi ing tingkat tegangan sing padha (810 MPa), lan proses dekarburisasi dianakake ing suhu 700-850 ℃ sajrone 1 jam. Klompok spesimen pertama dituduhake ing Tabel 2, yaiku umur lelah baja pegas.
Umur lelah saka klompok spesimen pisanan dituduhake ing Tabel 2. Kaya sing bisa dideleng saka Tabel 2, tanpa dekarburisasi, baja uji mung kena 107 siklus ing 810 MPa, lan ora ana patah; nalika tingkat stres ngluwihi 830 MPa, sawetara spesimen wiwit patah; nalika tingkat stres ngluwihi 850 MPa, spesimen lelah kabeh patah.
Tabel 2 Umur lelah ing macem-macem tingkat stres (tanpa dekarburisasi)
Kanggo nemtokake wates kelelahan, metode grup digunakake kanggo nemtokake wates kelelahan baja uji, lan sawise analisis statistik data, wates kelelahan baja uji yaiku udakara 760 MPa; kanggo nggambarake umur kelelahan baja uji ing tekanan sing beda-beda, kurva SN diplot, kaya sing dituduhake ing Gambar 3. Kaya sing bisa dideleng saka Gambar 3, tingkat stres sing beda-beda cocog karo umur kelelahan sing beda-beda, nalika umur kelelahan 7, cocog karo jumlah siklus kanggo 107, sing tegese spesimen ing kahanan kasebut ngliwati negara kasebut, nilai stres sing cocog bisa diaproksimasi minangka nilai kekuatan kelelahan, yaiku 760 MPa. Bisa dideleng manawa kurva S-N penting kanggo nemtokake umur kelelahan materi kasebut duwe nilai referensi sing penting.
Gambar 3 Kurva SN saka uji coba kelelahan lentur putar baja eksperimental
Umur lelah saka klompok spesimen kapindho dituduhake ing Tabel 3. Kaya sing bisa dideleng saka Tabel 3, sawise baja uji didekarburisasi ing suhu sing beda-beda, jumlah siklus jelas suda, lan luwih saka 107, lan kabeh spesimen lelah retak, lan umur lelah suda banget. Digabungake karo kekandelan lapisan dekarburisasi ing ndhuwur karo kurva owah-owahan suhu bisa dideleng, kekandelan lapisan dekarburisasi 750 ℃ minangka sing paling gedhe, cocog karo nilai umur lelah sing paling endhek. Kekandelan lapisan dekarburisasi 850 ℃ minangka sing paling cilik, cocog karo nilai umur lelah sing relatif dhuwur. Bisa dideleng manawa prilaku dekarburisasi nyuda kinerja lelah bahan kasebut, lan luwih kandel lapisan dekarburisasi, luwih murah umur lelah.
Tabel 3 Umur lelah ing suhu dekarburisasi sing beda-beda (560 MPa)
Morfologi fraktur kelelahan spesimen diamati nganggo mikroskop elektron pindai, kaya sing dituduhake ing Gambar 4. Gambar 4(a) kanggo area sumber retakan, gambar kasebut bisa dideleng busur kelelahan sing jelas, miturut busur kelelahan kanggo nemokake sumber kelelahan, bisa dideleng, sumber retakan kanggo inklusi non-logam "mata iwak", inklusi ing konsentrasi stres sing gampang nyebabake, sing nyebabake retakan kelelahan; Gambar 4(b) kanggo morfologi area perluasan retakan, bisa dideleng garis-garis kelelahan sing jelas, distribusi kaya kali, kalebu fraktur kuasi-disosiatif, kanthi retakan ngembang, pungkasane nyebabake fraktur. Gambar 4(b) nuduhake morfologi area perluasan retakan, garis-garis kelelahan sing jelas bisa dideleng, ing bentuk distribusi kaya kali, sing kalebu fraktur kuasi-disosiatif, lan kanthi perluasan retakan sing terus-terusan, pungkasane nyebabake fraktur.
Analisis fraktur kelelahan
Gambar 4. Morfologi SEM saka permukaan fraktur lelah baja eksperimental
Kanggo nemtokake jinis inklusi ing Gambar 4, analisis komposisi spektrum energi ditindakake, lan asil kasebut dituduhake ing Gambar 5. Bisa dideleng manawa inklusi non-logam utamane minangka inklusi Al2O3, sing nuduhake manawa inklusi kasebut minangka sumber utama retakan sing disebabake dening retakan inklusi.
Gambar 5 Spektroskopi Energi Inklusi Non-logam
Nyimpulake
(1) Posisi suhu pemanasan ing 850 ℃ bakal nyuda kekandelan lapisan sing didekarburisasi kanggo nyuda efek ing kinerja fatigue.
(2) Watesan kelelahan saka lenturan spin baja uji yaiku 760 MPa.
(3) Uji retak baja ing inklusi non-logam, utamane campuran Al2O3.
(4) dekarburisasi nyuda umur lelah baja uji kanthi signifikan, luwih kandel lapisan dekarburisasi, luwih endhek umur lelah.
Wektu kiriman: 21 Juni 2024
