Eskaneatze-mikroskopio elektronikoa erabili zen nekearen haustura behatzeko eta haustura-mekanismoa aztertzeko; aldi berean, biraketa-flexio nekearen proba egin zen deskarburizatutako laginetan tenperatura desberdinetan, probako altzairuaren nekearen bizitza deskarburizazioarekin eta deskarburizaziorik gabe alderatzeko, eta deskarburizazioak probako altzairuaren nekearen errendimenduan duen eragina aztertzeko. Emaitzek erakusten dute, berotze-prozesuan oxidazioa eta deskarburizazioa aldi berean daudenez, bien arteko elkarrekintzak, ondorioz, guztiz deskarburizatutako geruzaren lodierak tenperaturaren hazkundearekin batera handitzeko eta gero txikitzeko joera duela, guztiz deskarburizatutako geruzaren lodierak 120 μm-ko gehienezko balioa lortzen du 750 ℃-tan, eta guztiz deskarburizatutako geruzaren lodierak 20 μm-ko gutxieneko balioa lortzen du 850 ℃-tan, eta probako altzairuaren nekearen muga 760 MPa ingurukoa da, eta probako altzairuan nekearen pitzaduren iturria batez ere Al2O3 inklusio ez-metalikoak dira; Deskarbonizazio-portaerak altzairu probatuaren nekearen bizitza asko murrizten du, eta horrek altzairuaren nekearen errendimenduan eragiten du; zenbat eta lodiagoa izan deskarbonizazio-geruza, orduan eta txikiagoa da nekearen bizitza. Deskarbonizazio-geruzak altzairu probatuaren nekearen errendimenduan duen eragina murrizteko, altzairu probatuaren tratamendu termiko optimoa 850 ℃-tan ezarri behar da.
Engranajeak automobilaren osagai garrantzitsua diraAbiadura handian funtzionatzen duenez, engranaje-gainazalaren engranaje-zatiak erresistentzia eta urradura-erresistentzia handia izan behar du, eta hortz-sustraiak tolestura-nekearen aurkako errendimendu ona izan behar du karga errepikatu konstanteagatik, materialaren haustura eragiten duten pitzadurak saihesteko. Ikerketek erakusten dute deskarbonizazioa metalezko materialen biraketa-tolestura-nekearen errendimenduan eragina duen faktore garrantzitsua dela, eta biraketa-tolestura-nekearen errendimendua produktuaren kalitatearen adierazle garrantzitsua dela, beraz, beharrezkoa da proba-materialaren deskarbonizazio-portaera eta biraketa-tolestura-nekearen errendimendua aztertzea.
Artikulu honetan, 20CrMnTi engranaje altzairuaren gainazaleko deskarbonizazio proban egindako tratamendu termikoko labean, altzairuaren deskarbonizazio geruzaren sakoneran berotze-tenperatura desberdinak aztertzen dira aldaketa-legearen arabera; QBWP-6000J habe sinpleko neke-proba makina erabiliz altzairuaren biraketa-tolestatutako neke-proban, altzairuaren neke-errendimendua zehaztuz, eta, aldi berean, deskarbonizazioak altzairuaren neke-errendimenduan duen eragina aztertuz benetako ekoizpenerako, ekoizpen-prozesua hobetzeko, produktuen kalitatea hobetzeko eta erreferentzia arrazoizkoa emateko. Altzairuaren neke-errendimendua biraketa-tolestatutako neke-proba makinaren bidez zehazten da.
1. Proba-materialak eta -metodoak
20CrMnTi engranaje-altzairua emateko unitate baterako proba-materiala, 1. taulan agertzen den konposizio kimiko nagusia. Deskarbonizazio-proba: proba-materiala Ф8 mm × 12 mm-ko lagin zilindrikoetan prozesatzen da, gainazala distiratsua izan behar da, orbanik gabe. Tratamendu termikoko labea 675 ℃, 700 ℃, 725 ℃, 750 ℃, 800 ℃, 850 ℃, 900 ℃, 950 ℃, 1.000 ℃-tan berotzen da, laginan sartzen da eta ordubetez edukitzen da, eta ondoren airez hozten da giro-tenperaturara. Lagina finkatu, ehotu eta leunduz tratatu ondoren, % 4ko azido nitriko alkoholaren disoluzioarekin higatu ondoren, mikroskopia metalurgikoa erabiltzen da proba-altzairuaren deskarbonizazio-geruza behatzeko, deskarbonizazio-geruzaren sakonera tenperatura desberdinetan neurtuz. Biraketa-tolestatzeko nekearen proba: bi biraketa-tolestatzeko nekearen lagin talderen prozesamenduaren eskakizunen araberako proba-materiala egin da. Lehenengo taldeak ez du deskarbonizazio-probarik egiten, eta bigarren taldeak, berriz, tenperatura desberdinetan. Biraketa-tolestatzeko nekearen proba-makina erabiliz, bi altzairu taldeen proba-probak egin dira, bi altzairu taldeen nekearen muga zehaztu da, bi altzairu taldeen nekearen bizitza alderatu da, eskaneatze-mikroskopio elektroniko bidezko nekearen hausturaren behaketa egin da, laginaren hausturaren arrazoiak aztertu dira eta deskarbonizazioak altzairuaren nekearen propietateetan duen eragina aztertzen da.
1. taula Proba-altzairuaren konposizio kimikoa (masa-frakzioa) pisuan %
Berotze-tenperaturaren eragina deskarburizazioan
Deskarbonizazio-antolaketaren morfologia berotze-tenperatura desberdinetan 1. irudian ageri da. Irudian ikus daitekeen bezala, tenperatura 675 ℃-tan dagoenean, laginaren gainazalean ez da deskarbonizazio-geruzarik agertzen; tenperatura 700 ℃-ra igotzen denean, laginaren gainazaleko deskarbonizazio-geruza agertzen hasten da, ferrita deskarbonizazio-geruza mehea baita; tenperatura 725 ℃-ra igotzen denean, laginaren gainazaleko deskarbonizazio-geruzaren lodiera nabarmen handitzen da; 750 ℃-tan deskarbonizazio-geruzaren lodierak bere balio maximoa lortzen du, eta une horretan, ferrita-alea argiagoa eta lodiagoa da; tenperatura 800 ℃-ra igotzen denean, deskarbonizazio-geruzaren lodiera nabarmen jaisten hasten da, 750 ℃-tik erdira jaitsiz; tenperatura 850 ℃-ra igotzen jarraitzen duenean eta deskarbonizazio-lodieraren lodiera 1. irudian ageri da. 800 ℃-tan, deskarbonizazio-geruzaren lodiera osoa nabarmen jaisten hasten da, eta lodiera 750 ℃-ra jaitsi zen. Tenperatura 850 ℃-ra edo gorago igotzen jarraitzen duenean, probako altzairuaren deskarbonizazio geruzaren lodiera osoaren beherakada jarraitzen du, deskarbonizazio geruzaren erdiaren lodiera pixkanaka handitzen hasten da, deskarbonizazio geruzaren morfologia guztiz desagertu arte, eta deskarbonizazio geruzaren erdiaren morfologia pixkanaka argitzen joan arte. Ikus daiteke deskarbonizazio geruzaren lodiera tenperatura igotzean lehenik handitu eta gero murriztu egiten dela. Fenomeno honen arrazoia lagina berotze prozesuan oxidazio eta deskarbonizazio portaera aldi berean gertatzen ari delako da. Deskarbonizazio-tasa oxidazio-abiadura baino azkarragoa denean bakarrik agertuko da deskarbonizazio fenomenoa. Berotzearen hasieran, deskarbonizazio geruzaren lodiera pixkanaka handitzen da tenperatura igotzen den heinean, deskarbonizazio geruzaren lodiera balio maximora iritsi arte. Une horretan, tenperatura igotzen jarraitzen duen bitartean, laginaren oxidazio-tasa deskarbonizazio-tasa baino azkarragoa da, eta horrek deskarbonizazio geruzaren hazkundea inhibitzen du, beheranzko joera eraginez. Ikus daitekeenez, 675 ～950 ℃-ko tartean, guztiz deskarbonizatutako geruzaren lodieraren balioa 750 ℃-tan handiena da, eta guztiz deskarbonizatutako geruzaren lodieraren balioa 850 ℃-tan txikiena; beraz, proba-altzairuaren berotze-tenperatura 850 ℃-tan izatea gomendatzen da.
1. irudia: Ordubetez berotze-tenperatura desberdinetan mantendutako proba-altzairuaren deskarburizatutako geruzaren histomorfologia
Geruza erdi-deskarburizatuarekin alderatuta, geruza guztiz deskarburizatuaren lodierak eragin negatibo larriagoa du materialaren propietateetan, materialaren propietate mekanikoak asko murriztuko baititu, hala nola erresistentzia, gogortasuna, higadura-erresistentzia eta nekearen muga murriztea, eta baita pitzadurekiko sentikortasuna handituko ere, soldaduraren kalitatean eragina izango baitu eta abar. Beraz, geruza guztiz deskarburizatuaren lodiera kontrolatzea oso garrantzitsua da produktuaren errendimendua hobetzeko. 2. irudiak geruza guztiz deskarburizatuaren lodieraren aldaketa-kurba erakusten du tenperaturarekin, eta horrek geruza guztiz deskarburizatuaren lodieraren aldaketa argiago erakusten du. Irudian ikus daiteke geruza guztiz deskarburizatuaren lodiera 34 μm ingurukoa dela 700 ℃-tan; tenperatura 725 ℃-ra igotzean, geruza guztiz deskarburizatuaren lodiera nabarmen handitzen da 86 μm-ra, hau da, 700 ℃-tan geruza guztiz deskarburizatuaren lodieraren bikoitza baino gehiago; Tenperatura 750 ℃-ra igotzen denean, guztiz deskarburizatutako geruzaren lodiera 120 μm-ko gehienezko baliora iristen da; tenperatura igotzen jarraitzen duen heinean, guztiz deskarburizatutako geruzaren lodiera nabarmen jaisten hasten da, 70 μm-ra 800 ℃-tan, eta gero 20 μm inguruko gutxieneko baliora 850 ℃-tan.
2. irudia Karburaziorik gabeko geruzaren lodiera tenperatura desberdinetan
Deskarburazioaren eragina biraketa-flexioan nekearen errendimenduan
Deskarbonizazioak malguki-altzairuaren neke-propietateetan duen eragina aztertzeko, bi biraketa-flexio neke-proba talde egin ziren: lehenengo taldea deskarbonizaziorik gabeko neke-proba zuzena izan zen, eta bigarren taldea deskarbonizazioaren ondoren tentsio-maila berean (810 MPa) egindako neke-proba izan zen, eta deskarbonizazio-prozesua 700-850 ℃-tan mantendu zen ordubetez. Lehenengo lagin taldea 2. taulan ageri da, eta bertan malguki-altzairuaren neke-bizitza agertzen da.
Lehenengo laginen neke-bizitza 2. taulan ageri da. 2. taulan ikus daitekeen bezala, deskarburaziorik gabe, proba-altzairua 107 ziklotan bakarrik jasan zen 810 MPa-tan, eta ez zen hausturarik gertatu; tentsio-maila 830 MPa-tik gorakoa zenean, lagin batzuk hausten hasi ziren; tentsio-maila 850 MPa-tik gorakoa zenean, neke-lagin guztiak hautsi ziren.
2. taula Nekearen iraupena tentsio maila desberdinetan (deskarburizaziorik gabe)
Nekearen muga zehazteko, talde-metodoa erabili da altzairu probatuaren nekearen muga zehazteko, eta datuen analisi estatistikoa egin ondoren, altzairu probatuaren nekearen muga 760 MPa ingurukoa da; tentsio desberdinen pean altzairu probatuaren nekearen bizitza karakterizatzeko, SN kurba marrazten da, 3. irudian erakusten den bezala. 3. irudian ikus daitekeenez, tentsio-maila desberdinek nekearen bizitza desberdina dute; 7 nekearen bizitza, 107 ziklo kopuruari dagokionean, hau da, baldintza hauetan dagoen lagina egoera horretan dagoela esan nahi du, dagokion tentsio-balioa nekearen erresistentzia-balio gisa hurbildu daiteke, hau da, 760 MPa. Ikus daiteke S - N kurba garrantzitsua dela materialaren nekearen bizitza zehazteko, erreferentzia-balio garrantzitsua duelako.
3. irudia Altzairuzko biraketa-tolestatutako nekearen proba esperimentalaren SN kurba
Bigarren taldeko laginen neke-bizitza 3. taulan ageri da. 3. taulan ikus daitekeen bezala, proba-altzairua tenperatura desberdinetan deskarbonizatu ondoren, ziklo kopurua nabarmen murrizten da, eta 107 baino gehiago dira, eta neke-lagin guztiak hausten dira, eta neke-bizitza asko murrizten da. Goiko deskarbonizatutako geruzaren lodierarekin eta tenperatura-aldaketaren kurbarekin konbinatuta, 750 ℃-ko deskarbonizatutako geruzaren lodiera handiena da, neke-bizitzaren balio baxuena duena. 850 ℃-ko deskarbonizatutako geruzaren lodiera txikiena da, neke-bizitzaren balioa nahiko altua dela esan nahi duena. Ikus daiteke deskarbonizazio-portaerak materialaren neke-errendimendua asko murrizten duela, eta zenbat eta lodiagoa izan deskarbonizatutako geruza, orduan eta txikiagoa da neke-bizitza.
3. taula Nekearen iraupena deskarburazio-tenperatura desberdinetan (560 MPa)
Laginaren neke-hausturaren morfologia eskaneatze-mikroskopio elektroniko bidez behatu zen, 4. irudian erakusten den bezala. 4(a) irudian pitzaduraren iturburu-eremuarentzat, neke-arku nabarmena ikus daiteke, nekearen iturria aurkitzeko, "arrain-begi" inklusio ez-metalikoen pitzaduraren iturria ikus daiteke, tentsio-kontzentrazioan inklusioak erraz eragiten dituztenak, neke-pitzadurak sortuz; 4(b) irudian pitzaduraren hedapen-eremuaren morfologiari dagokionez, neke-marra nabarmenak ikus daitezke, ibaiaren antzeko banaketarekin, haustura kuasi-disoziatiboari dagokio, pitzadurak hedatzen direnean, azkenean hausturara eramanez. 4(b) irudiak pitzaduraren hedapen-eremuaren morfologia erakusten du, neke-marra nabarmenak ikus daitezke, ibaiaren antzeko banaketarekin, haustura kuasi-disoziatiboari dagokio, eta pitzaduren etengabeko hedapenarekin, azkenean hausturara eramanez.
Nekearen hausturaren analisia
4. irudia: Altzairu esperimentalaren nekearen haustura-gainazalaren SEM morfologia
4. irudian dauden inklusio motak zehazteko, energia-espektroaren konposizioaren analisia egin zen, eta emaitzak 5. irudian ageri dira. Ikus daiteke inklusio ez-metalikoak batez ere Al2O3 inklusioak direla, eta horrek adierazten du inklusio horiek direla inklusioen hausturak eragindako pitzaduren iturri nagusia.
5. irudia: inklusio ez-metalikoen energia-espektroskopia
Amaitu
(1) Berotze-tenperatura 850 ℃-tan kokatzeak deskarburizatutako geruzaren lodiera minimizatuko du nekearen errendimenduan duen eragina murrizteko.
(2) Altzairuzko biraketa-makurduraren neke-muga 760 MPa da.
(3) Altzairuaren proba-pitzadura inklusio ez-metalikoetan, batez ere Al2O3 nahasketan.
(4) deskarbonizazioak altzairu probatuaren neke-bizitza nabarmen murrizten du, zenbat eta lodiagoa izan deskarbonizazio-geruza, orduan eta txikiagoa da neke-bizitza.
Argitaratze data: 2024ko ekainaren 21a
