피로 파괴를 관찰하고 파괴 메커니즘을 분석하기 위해 주사 전자 현미경을 사용했습니다. 동시에, 탈탄 유무에 따른 시험강의 피로 수명을 비교하고, 탈탄이 시험강의 피로 성능에 미치는 영향을 분석하기 위해 다양한 온도에서 탈탄된 시편에 대해 스핀 굽힘 피로 시험을 수행했습니다. 결과는 가열 과정에서 산화와 탈탄이 동시에 존재하기 때문에 둘 사이의 상호 작용으로 인해 온도가 증가함에 따라 완전히 탈탄된 층의 두께가 증가하고 감소하는 경향을 나타냄을 보여줍니다. 완전 탈탄층의 두께는 750℃에서 최대 120μm에 도달하고, 완전 탈탄층의 두께는 850℃에서 최소값 20μm에 도달하며, 시험강의 피로한도는 약 760MPa이며, 시험강의 피로 균열 원인은 주로 Al2O3 비금속 개재물입니다. 탈탄 거동은 시험강의 피로 수명을 크게 감소시켜 시험강의 피로 성능에 영향을 미치며, 탈탄층이 두꺼울수록 피로 수명이 낮아집니다. 탈탄층이 시험강의 피로성능에 미치는 영향을 줄이기 위해서는 시험강의 최적 열처리 온도를 850℃로 설정해야 한다.
기어는 자동차의 중요한 부품입니다.,고속 작동으로 인해 기어 표면의 맞물림 부분은 높은 강도와 내마모성을 가져야 하며, 치근은 일정한 반복 하중으로 인해 굽힘 피로 성능이 좋아야 재료의 균열을 방지할 수 있습니다. 골절. 연구에 따르면 탈탄은 금속 재료의 스핀 굽힘 피로 성능에 영향을 미치는 중요한 요소이며 스핀 굽힘 피로 성능은 제품 품질의 중요한 지표이므로 시험재의 탈탄 거동 및 스핀 굽힘 피로 성능에 대한 연구가 필요합니다.
본 논문에서는 20CrMnTi 기어강 표면 탈탄 시험에 대한 열처리로 변화 법칙에 따라 시험강 탈탄층 깊이에 대한 다양한 가열 온도를 분석합니다. 시험강 회전 굽힘 피로 시험에 QBWP-6000J 단순 빔 피로 시험기를 사용하여 시험강 피로 성능을 결정하는 동시에 실제 생산을 위해 시험강의 피로 성능에 대한 탈탄의 영향을 분석하여 개선합니다. 생산 과정을 통해 제품의 품질을 향상시키고 합리적인 참고 자료를 제공합니다. 테스트 강철 피로 성능은 스핀 굽힘 피로 테스트 기계에 의해 결정됩니다.
1. 시험재료 및 방법
표 1에 표시된 주요 화학 조성인 20CrMnTi 기어강을 제공하기 위한 장치용 시험 재료. 탈탄 시험: 시험 재료는 Ф8 mm × 12 mm 원통형 시편으로 가공되며 표면은 얼룩 없이 밝아야 합니다. 열처리로를 시편에 넣고 675℃, 700℃, 725℃, 750℃, 800℃, 850℃, 900℃, 950℃, 1,000℃로 가열한 후 1시간 유지한 후 상온으로 공랭시켰다. 4%의 질산 알코올 용액 침식으로 시편을 세팅, 연삭 및 연마하여 열처리한 후 야금 현미경을 사용하여 시험 강철 탈탄층을 관찰하고 다양한 온도에서 탈탄층의 깊이를 측정합니다. 스핀 굽힘 피로 시험: 스핀 굽힘 피로 시편의 두 그룹 처리 요구 사항에 따른 시험 재료, 첫 번째 그룹은 탈탄 시험을 수행하지 않고, 두 번째 그룹은 서로 다른 온도에서 탈탄 시험을 수행합니다. 스핀 굽힘 피로 시험기를 사용하여 스핀 굽힘 피로 시험을 위한 두 그룹의 시험강, 두 그룹의 시험강의 피로 한계 결정, 두 그룹의 시험강의 피로 수명 비교, 스캐닝 사용 전자현미경 피로 파괴 관찰, 시편 파괴 원인 분석, 시험강 피로 특성의 탈탄 효과 탐색.
표 1 시험강의 화학성분(질량분율) 중량%
가열 온도가 탈탄에 미치는 영향
가열 온도에 따른 탈탄 조직의 형태는 그림 1에 나타내었다. 그림에서 알 수 있듯이 온도가 675 ℃일 때 시료 표면에는 탈탄층이 나타나지 않으며; 온도가 700 ℃로 상승하면 얇은 페라이트 탈탄층의 경우 시료 표면 탈탄층이 나타나기 시작합니다. 온도가 725 ℃로 상승함에 따라 샘플 표면 탈탄층 두께가 크게 증가했습니다. 750 ℃ 탈탄층 두께가 최대 값에 도달하면 페라이트 입자가 더 깨끗하고 거칠어집니다. 온도가 800 ℃로 상승하면 탈탄층 두께가 크게 감소하기 시작하여 두께가 750 ℃의 절반으로 감소했습니다. 온도가 850 ℃까지 계속 상승하면 탈탄 두께가 그림 1에 표시됩니다. 800 ℃에서 전체 탈탄층 두께가 크게 감소하기 시작하여 절반이 되면 두께가 750 ℃로 감소합니다. 온도가 850 ℃ 이상으로 계속 상승하면 시험강의 전체 탈탄층 두께는 계속 감소하고, 절반 탈탄층 두께는 점차 증가하기 시작하여 전체 탈탄층 형태가 모두 사라지고, 절반 탈탄층 형태가 점차 투명해집니다. 온도가 증가함에 따라 완전 탈탄층의 두께가 먼저 증가했다가 감소하는 것을 알 수 있는데, 이러한 현상의 원인은 가열 과정에서 시료의 산화 및 탈탄 거동이 동시에 발생하기 때문이다. 탈탄 속도가 산화 속도보다 빠르면 탈탄 현상이 나타납니다. 가열 초기에는 온도가 증가함에 따라 완전 탈탄층의 두께가 점차 증가하여 완전 탈탄층의 두께가 최대값에 도달할 때까지 계속해서 온도를 상승시키면 시편의 산화속도가 보다 빠르다. 탈탄율은 완전히 탈탄된 층의 증가를 억제하여 하향 추세를 초래합니다. 675~950℃ 범위 내에서는 750℃에서 완전 탈탄층의 두께 값이 가장 크고, 850℃에서 완전 탈탄층의 두께 값이 가장 작은 것을 알 수 있으며, 따라서 시험강의 가열온도는 850℃를 권장한다.
그림 1. 1시간 동안 서로 다른 가열 온도에서 유지된 시험강의 탈탄층의 조직 형태
반 탈탄 층과 비교하여 완전 탈탄 층의 두께는 재료 특성에 더 심각한 부정적인 영향을 미치며 강도, 경도, 내마모성 및 피로 한계 감소와 같은 재료의 기계적 특성을 크게 감소시킵니다. 등, 또한 균열에 대한 민감도를 증가시켜 용접 품질 등에 영향을 미칩니다. 따라서 완전 탈탄층의 두께를 조절하는 것은 제품 성능 향상에 있어서 매우 중요한 의미를 갖는다. 그림 2는 온도에 따른 완전 탈탄층의 두께 변화 곡선을 보여주며, 이는 완전 탈탄층의 두께 변화를 보다 명확하게 보여준다. 그림에서 볼 수 있듯이 완전히 탈탄된 층의 두께는 700℃에서 약 34μm에 불과합니다. 725℃까지 온도가 상승함에 따라 완전 탈탄층의 두께는 86μm로 크게 증가하여 700℃ 완전 탈탄층 두께의 2배 이상 증가한다. 온도가 750 ℃로 상승하면 완전 탈탄층의 두께는 온도가 750 ℃로 상승하면 완전 탈탄층의 두께는 최대 120 μm에 도달합니다. 온도가 계속 상승함에 따라 완전히 탈탄된 층의 두께는 급격히 감소하기 시작하여 800℃에서 70μm, 850℃에서 약 20μm의 최소값으로 나타납니다.
그림 2 온도별 완전 탈탄층의 두께
스핀 굽힘의 피로 성능에 대한 탈탄 효과
탈탄이 스프링강의 피로특성에 미치는 영향을 연구하기 위해 두 그룹의 스핀 굽힘 피로시험을 실시했는데, 첫 번째 그룹은 탈탄 없이 직접 피로시험을 하였고, 두 번째 그룹은 동일한 응력에서 탈탄 후 피로시험을 실시하였다. 수준(810MPa), 탈탄 공정은 700-850℃에서 1시간 동안 유지되었다. 첫 번째 그룹의 시편은 스프링강의 피로수명인 Table 2와 같다.
첫 번째 그룹의 시편의 피로 수명은 표 2에 나와 있습니다. 표 2에서 볼 수 있듯이 탈탄 없이 시험강은 810 MPa에서 107 사이클만 적용되었으며 파손은 발생하지 않았습니다. 응력 수준이 830 MPa를 초과하면 일부 시편이 파손되기 시작했습니다. 응력 수준이 850 MPa를 초과하면 피로 시편이 모두 파손되었습니다.
표 2 다양한 응력 수준에서의 피로 수명(탈탄 없음)
피로한도를 결정하기 위해 그룹법을 사용하여 시험강의 피로한도를 결정하고, 데이터를 통계적으로 분석한 후 시험강의 피로한도는 약 760MPa이다. 다양한 응력 하에서 시험 강의 피로 수명을 특성화하기 위해 그림 3과 같이 SN 곡선을 그렸습니다. 그림 3에서 볼 수 있듯이 피로 수명이 7일 때 다양한 응력 수준은 다양한 피로 수명에 해당합니다. , 107의 사이클 수에 해당하며 이는 이러한 조건의 시편이 상태를 통과했음을 의미하며 해당 응력 값은 피로 강도 값, 즉 760 MPa로 근사화될 수 있습니다. S-N 곡선은 재료의 피로수명 결정에 중요한 기준값을 갖고 있음을 알 수 있다.
그림 3 실험강 회전 굽힘 피로시험의 SN 곡선
두 번째 그룹의 시편의 피로수명은 표 3에 나타내었다. 표 3에서 볼 수 있듯이, 시험강을 다른 온도에서 탈탄한 후 사이클 수가 명백히 감소하고 107회 이상이며 모두 피로 시편이 파손되어 피로 수명이 크게 단축됩니다. 위의 탈탄층 두께와 온도 변화 곡선을 합치면 750℃에서 탈탄층 두께가 가장 크며 이는 피로 수명의 가장 낮은 값에 해당합니다. 850℃에서는 탈탄층 두께가 가장 얇아 피로 수명 값이 상대적으로 높습니다. 탈탄거동은 재료의 피로성능을 크게 저하시키며, 탈탄층이 두꺼울수록 피로수명이 낮아지는 것을 알 수 있다.
표 3 다양한 탈탄 온도(560 MPa)에서의 피로 수명
그림 4와 같이 시편의 피로파괴 형태를 주사전자현미경으로 관찰하였다. 그림 4(a)는 균열원 영역에 대한 것으로, 피로파괴에 따라 피로파괴의 원인을 찾을 수 있다. 피로는 "어안형" 비금속 개재물에 대한 균열 원인을 볼 수 있으며, 개재물은 쉽게 응력 집중을 일으키고 피로 균열이 발생합니다. 균열 확장 영역 형태에 대한 그림 4(b)는 명백한 피로 줄무늬를 볼 수 있으며 강과 같은 분포였으며 준해리 파괴에 속하며 균열이 확장되어 결국 파괴로 이어집니다. 그림 4(b)는 균열 확장 영역의 형태를 보여주며, 준해리성 파괴에 속하는 강 모양의 분포 형태로 명백한 피로 줄무늬를 볼 수 있으며, 균열이 지속적으로 확장되어 궁극적으로 파괴로 이어집니다. .
피로 파괴 분석
그림 4. 실험강의 피로 파괴 표면의 SEM 형태
Fig. 4에서 개재물의 종류를 알아보기 위해 에너지 스펙트럼 조성 분석을 실시하였고 그 결과를 Fig. 5에 나타내었다. 비금속 개재물이 주로 Al2O3 개재물임을 알 수 있어 개재물이 개재물 균열로 인한 균열의 주요 원인입니다.
그림 5 비금속 개재물의 에너지 분광학
끝내다
(1) 가열온도를 850℃로 위치시키면 탈탄층의 두께가 최소화되어 피로성능에 미치는 영향이 감소된다.
(2) 시험강 스핀벤딩의 피로한도는 760MPa이다.
(3) 비금속 개재물, 주로 Al2O3 혼합물의 시험 강철 균열.
(4) 탈탄은 시험강의 피로 수명을 심각하게 감소시키며, 탈탄층이 두꺼울수록 피로 수명이 낮아진다.
게시 시간: 2024년 6월 21일
