დაღლილობის მოტეხილობის დასაკვირვებლად და მოტეხილობის მექანიზმის გასაანალიზებლად გამოყენებული იქნა სკანირებადი ელექტრონული მიკროსკოპი; ამავდროულად, სხვადასხვა ტემპერატურაზე დეკარბურიზებულ ნიმუშებზე ჩატარდა სპინისებური მოხრის დაღლილობის ტესტი, რათა შედარებულიყო სატესტო ფოლადის დაღლილობის ხანგრძლივობა დეკარბურიზაციით და მის გარეშე, და გაანალიზებულიყო დეკარბურიზაციის გავლენა სატესტო ფოლადის დაღლილობის მახასიათებლებზე. შედეგები აჩვენებს, რომ გათბობის პროცესში დაჟანგვისა და დეკარბურიზაციის ერთდროული არსებობის გამო, მათ შორის ურთიერთქმედება, რაც იწვევს სრულად დეკარბურიზებული ფენის სისქეს ტემპერატურის ზრდასთან ერთად, აჩვენებს ზრდისა და შემდეგ შემცირების ტენდენციას, სრულად დეკარბურიზებული ფენის სისქე 750 ℃-ზე აღწევს მაქსიმალურ მნიშვნელობას 120 μm, ხოლო სრულად დეკარბურიზებული ფენის სისქე 850 ℃-ზე აღწევს მინიმალურ მნიშვნელობას 20 μm, ხოლო სატესტო ფოლადის დაღლილობის ზღვარი დაახლოებით 760 მპა-ა, ხოლო სატესტო ფოლადში დაღლილობის ბზარების წყარო ძირითადად Al2O3 არამეტალური ჩანართებია; დეკარბურიზაციის ქცევა მნიშვნელოვნად ამცირებს სატესტო ფოლადის დაღლილობისადმი გამძლეობის ვადას, რაც გავლენას ახდენს სატესტო ფოლადის დაღლილობისადმი მახასიათებლებზე. რაც უფრო სქელია დეკარბურიზაციის ფენა, მით უფრო დაბალია დაღლილობის ხანგრძლივობა. სატესტო ფოლადის დაღლილობისადმი მახასიათებლებზე დეკარბურიზაციის ფენის გავლენის შესამცირებლად, სატესტო ფოლადის ოპტიმალური თერმული დამუშავების ტემპერატურა უნდა იყოს 850℃.
გადაცემათა კოლოფი ავტომობილის მნიშვნელოვანი კომპონენტიამაღალი სიჩქარით მუშაობის გამო, გადაცემათა კოლოფის ზედაპირის შემაერთებელ ნაწილს უნდა ჰქონდეს მაღალი სიმტკიცე და ცვეთამედეგობა, ხოლო კბილის ფესვს უნდა ჰქონდეს კარგი მოხრის დაღლილობის მახასიათებლები მუდმივი განმეორებითი დატვირთვის გამო, რათა თავიდან იქნას აცილებული ბზარების წარმოქმნა, რაც მასალის მოტეხილობამდე მიგვიყვანს. კვლევები აჩვენებს, რომ დეკარბურიზაცია მნიშვნელოვანი ფაქტორია, რომელიც გავლენას ახდენს ლითონის მასალების ბრუნვით მოხრის დაღლილობის მახასიათებლებზე, ხოლო ბრუნვით მოხრის დაღლილობის მახასიათებლები პროდუქტის ხარისხის მნიშვნელოვანი მაჩვენებელია, ამიტომ აუცილებელია შესწავლილ იქნას სატესტო მასალის დეკარბურიზაციის ქცევა და ბრუნვით მოხრის დაღლილობის მახასიათებლები.
ამ ნაშრომში, 20CrMnTi გადაცემათა კოლოფის ზედაპირის დეკარბურიზაციის ტესტის თერმული დამუშავების ღუმელის ანალიზი, ტესტირებული ფოლადის დეკარბურიზაციის ფენის სიღრმის ცვლილების კანონის სხვადასხვა გათბობის ტემპერატურის ანალიზი; QBWP-6000J მარტივი სხივის დაღლილობის ტესტირების მანქანის გამოყენებით, ტესტირებული ფოლადის მბრუნავი მოხრის დაღლილობის ტესტირებისთვის, ტესტირებული ფოლადის დაღლილობის მახასიათებლების განსაზღვრა და ამავდროულად, ტესტირებული ფოლადის დაღლილობის მახასიათებლებზე დეკარბურიზაციის გავლენის ანალიზი ფაქტობრივი წარმოებისთვის, წარმოების პროცესის გასაუმჯობესებლად, პროდუქციის ხარისხის გასაუმჯობესებლად და გონივრული საცნობარო მონაცემების უზრუნველსაყოფად. ტესტირებული ფოლადის დაღლილობის მახასიათებლები განისაზღვრება ბრუნვით მოხრის დაღლილობის ტესტირების მანქანით.
1. ტესტირების მასალები და მეთოდები
საცდელი მასალა 20CrMnTi გადაცემათა კოლოფის ფოლადისთვის, ძირითადი ქიმიური შემადგენლობა ნაჩვენებია ცხრილში 1. დეკარბურიზაციის ტესტი: საცდელი მასალა დამუშავებულია Ф8 მმ × 12 მმ ცილინდრულ ნიმუშად, ზედაპირი უნდა იყოს მბზინავი, ლაქების გარეშე. თერმული დამუშავების ღუმელში გაცხელებულია 675 ℃, 700 ℃, 725 ℃, 750 ℃, 800 ℃, 850 ℃, 900 ℃, 950 ℃, 1000 ℃ ტემპერატურამდე, ნიმუშში მოთავსებული და 1 საათით გაჩერებულია, შემდეგ კი ჰაერით გაცივებულია ოთახის ტემპერატურამდე. ნიმუშის თერმული დამუშავების შემდეგ, დამაგრებით, დაფქვით და გაპრიალებით, 4%-იანი აზოტმჟავას სპირტის ხსნარით ეროზიის გამოყენებით, მეტალურგიული მიკროსკოპის გამოყენებით დაკვირვებულია საცდელი ფოლადის დეკარბურიზაციის ფენა, გაზომილია დეკარბურიზაციის ფენის სიღრმე სხვადასხვა ტემპერატურაზე. სპინინგ-მოღუნვის დაღლილობის ტესტი: საცდელი მასალის დამუშავება სპინინგ-მოღუნვის დაღლილობის ნიმუშების ორი ჯგუფის მოთხოვნების შესაბამისად, პირველი ჯგუფი არ ატარებს დეკარბურიზაციის ტესტს, მეორე ჯგუფი კი დეკარბურიზაციის ტესტს სხვადასხვა ტემპერატურაზე. სპინინგ-მოღუნვის დაღლილობის ტესტირების აპარატის გამოყენებით, საცდელი ფოლადის ორი ჯგუფი სპინინგ-მოღუნვის დაღლილობის ტესტირებისთვის, საცდელი ფოლადის ორი ჯგუფის დაღლილობის ზღვრის განსაზღვრა, საცდელი ფოლადის ორი ჯგუფის დაღლილობის ხანგრძლივობის შედარება, სკანირების ელექტრონული მიკროსკოპის გამოყენებით დაღლილობის მოტეხილობის დაკვირვება, ნიმუშის მოტეხილობის მიზეზების ანალიზი, დეკარბურიზაციის ეფექტის შესწავლა საცდელი ფოლადის დაღლილობის თვისებებზე.
ცხრილი 1. სატესტო ფოლადის ქიმიური შემადგენლობა (მასური ფრაქცია) wt%
გათბობის ტემპერატურის გავლენა დეკარბურიზაციაზე
დეკარბურიზაციის ორგანიზაციის მორფოლოგია სხვადასხვა გათბობის ტემპერატურის პირობებში ნაჩვენებია ნახ. 1-ში. როგორც ნახაზიდან ჩანს, როდესაც ტემპერატურა 675 ℃-ია, ნიმუშის ზედაპირზე დეკარბურიზაციის ფენა არ ჩანს; როდესაც ტემპერატურა 700 ℃-მდე იზრდება, ნიმუშის ზედაპირზე დეკარბურიზაციის ფენა იწყება თხელი ფერიტის დეკარბურიზაციის ფენისთვის; ტემპერატურის 725 ℃-მდე მატებასთან ერთად, ნიმუშის ზედაპირის დეკარბურიზაციის ფენის სისქე მნიშვნელოვნად იზრდება; 750 ℃-ზე დეკარბურიზაციის ფენის სისქე მაქსიმალურ მნიშვნელობას აღწევს, ამ დროს ფერიტის მარცვალი უფრო გამჭვირვალე და უხეშია; როდესაც ტემპერატურა 800 ℃-მდე იზრდება, დეკარბურიზაციის ფენის სისქე მნიშვნელოვნად მცირდება, მისი სისქე 750 ℃-ის ნახევარამდე ეცემა; როდესაც ტემპერატურა აგრძელებს 850 ℃-მდე მატებას და დეკარბურიზაციის სისქე ნაჩვენებია ნახ. 1-ში. 800 ℃-ზე, დეკარბურიზაციის ფენის სრული სისქე მნიშვნელოვნად მცირდება, მისი სისქე 750 ℃-მდე ეცემა, როდესაც ის ნახევარზე ეცემა; როდესაც ტემპერატურა 850 ℃-მდე და ზემოთ აგრძელებს მატებას, სატესტო ფოლადის სრული დეკარბურიზაციის ფენის სისქე აგრძელებს შემცირებას, დეკარბურიზაციის ფენის სისქის ნახევარი თანდათან იზრდება მანამ, სანამ სრული დეკარბურიზაციის ფენის მორფოლოგია მთლიანად არ გაქრება, დეკარბურიზაციის ფენის ნახევრის მორფოლოგია თანდათან იწმინდება. ჩანს, რომ სრულად დეკარბურიზებული ფენის სისქე ტემპერატურის მატებასთან ერთად ჯერ იზრდება, შემდეგ კი მცირდება. ამ ფენომენის მიზეზი ის არის, რომ ნიმუში გათბობის პროცესში ერთდროულად ხდება დაჟანგვა და დეკარბურიზაცია. დეკარბურიზაციის ფენომენი მხოლოდ მაშინ ჩნდება, როდესაც დეკარბურიზაციის სიჩქარე დაჟანგვის სიჩქარეზე სწრაფია. გათბობის დასაწყისში სრულად დეკარბურიზებული ფენის სისქე თანდათან იზრდება ტემპერატურის მატებასთან ერთად მანამ, სანამ სრულად დეკარბურიზებული ფენის სისქე მაქსიმალურ მნიშვნელობას არ მიაღწევს. ტემპერატურის აწევის გასაგრძელებლად, ნიმუშის დაჟანგვის სიჩქარე დეკარბურიზაციის სიჩქარეზე სწრაფია, რაც აფერხებს სრულად დეკარბურიზებული ფენის ზრდას, რაც იწვევს კლების ტენდენციას. ჩანს, რომ 675 ~ 950 ℃ დიაპაზონში, სრულად დეკარბურიზებული ფენის სისქის მნიშვნელობა 750 ℃-ზე ყველაზე დიდია, ხოლო სრულად დეკარბურიზებული ფენის სისქის მნიშვნელობა 850 ℃-ზე ყველაზე მცირეა, ამიტომ, საცდელი ფოლადის გათბობის ტემპერატურა რეკომენდებულია 850 ℃-ის ტოლი.
სურ. 1. საცდელი ფოლადის დეკარბურიზებული ფენის ჰისტომორფოლოგია, რომელიც სხვადასხვა გათბობის ტემპერატურაზე 1 საათის განმავლობაში იყო შენახული.
ნახევრად დეკარბურიზებულ ფენასთან შედარებით, სრულად დეკარბურიზირებული ფენის სისქე უფრო სერიოზულ უარყოფით გავლენას ახდენს მასალის თვისებებზე, ის მნიშვნელოვნად ამცირებს მასალის მექანიკურ თვისებებს, როგორიცაა სიმტკიცის, სიმტკიცის, ცვეთისადმი წინააღმდეგობის და დაღლილობის ლიმიტის შემცირება და ა.შ., ასევე ზრდის ბზარებისადმი მგრძნობელობას, რაც გავლენას ახდენს შედუღების ხარისხზე და ა.შ. ამიტომ, სრულად დეკარბურიზირებული ფენის სისქის კონტროლს დიდი მნიშვნელობა აქვს პროდუქტის მუშაობის გასაუმჯობესებლად. სურათი 2 გვიჩვენებს სრულად დეკარბურიზირებული ფენის სისქის ვარიაციის მრუდს ტემპერატურასთან ერთად, რომელიც უფრო ნათლად აჩვენებს სრულად დეკარბურიზირებული ფენის სისქის ვარიაციას. სურათიდან ჩანს, რომ სრულად დეკარბურიზირებული ფენის სისქე 700℃-ზე მხოლოდ დაახლოებით 34μm-ია; ტემპერატურის 725℃-მდე აწევისას, სრულად დეკარბურიზირებული ფენის სისქე მნიშვნელოვნად იზრდება 86μm-მდე, რაც ორჯერ მეტია სრულად დეკარბურიზირებული ფენის სისქეზე 700℃-ზე; როდესაც ტემპერატურა 750℃-მდე იმატებს, სრულად დეკარბურიზებული ფენის სისქე მაქსიმალურ მნიშვნელობას - 120 μm-ს აღწევს; ტემპერატურის აგრძელებულ მატებასთან ერთად, სრულად დეკარბურიზებული ფენის სისქე მკვეთრად იწყებს კლებას, 800℃-ზე 70 μm-მდე, შემდეგ კი 850℃-ზე მინიმალურ მნიშვნელობამდე - დაახლოებით 20 μm-მდე.
სურ. 2 სრულად დეკარბურიზებული ფენის სისქე სხვადასხვა ტემპერატურაზე
დეკარბურიზაციის გავლენა დაღლილობის მაჩვენებლებზე სპინის მოხრისას
ზამბარიანი ფოლადის დაღლილობის მახასიათებლებზე დეკარბურიზაციის გავლენის შესასწავლად, ჩატარდა სპინით მოხრის დაღლილობის ტესტების ორი ჯგუფი, პირველი ჯგუფი წარმოადგენდა დაღლილობის ტესტირებას უშუალოდ დეკარბურიზაციის გარეშე, ხოლო მეორე ჯგუფი წარმოადგენდა დაღლილობის ტესტირებას დეკარბურიზაციის შემდეგ იმავე დაძაბულობის დონეზე (810 მპა), ხოლო დეკარბურიზაციის პროცესი მიმდინარეობდა 700-850 ℃ ტემპერატურაზე 1 საათის განმავლობაში. ნიმუშების პირველი ჯგუფი ნაჩვენებია ცხრილში 2, რომელიც წარმოადგენს ზამბარიანი ფოლადის დაღლილობის ხანგრძლივობას.
ნიმუშების პირველი ჯგუფის დაღლილობის პერიოდი ნაჩვენებია ცხრილში 2. როგორც ცხრილიდან ჩანს, დეკარბურიზაციის გარეშე, სატესტო ფოლადი მხოლოდ 107 ციკლს დაექვემდებარა 810 მპა-ზე და მოტეხილობა არ მომხდარა; როდესაც დაძაბულობის დონემ 830 მპა-ს გადააჭარბა, ზოგიერთმა ნიმუშმა დაიწყო მოტეხილობა; როდესაც დაძაბულობის დონემ 850 მპა-ს გადააჭარბა, დაღლილობის ყველა ნიმუში მოტეხილი იყო.
ცხრილი 2 დაღლილობის ხანგრძლივობა სხვადასხვა სტრესის დონის ქვეშ (დეკარბურიზაციის გარეშე)
დაღლილობის ზღვრის დასადგენად, საცდელი ფოლადის დაღლილობის ზღვრის დასადგენად გამოიყენება ჯგუფური მეთოდი და მონაცემების სტატისტიკური ანალიზის შემდეგ, საცდელი ფოლადის დაღლილობის ზღვარი დაახლოებით 760 მპა-ს შეადგენს; საცდელი ფოლადის დაღლილობის ხანგრძლივობის დასახასიათებლად სხვადასხვა დაძაბულობის პირობებში, აგებულია SN მრუდი, როგორც ეს ნაჩვენებია ნახაზ 3-ზე. როგორც ნახაზ 3-დან ჩანს, სხვადასხვა დაძაბულობის დონე შეესაბამება სხვადასხვა დაღლილობის ხანგრძლივობას, როდესაც დაღლილობის ხანგრძლივობა 7-ია, რაც შეესაბამება ციკლების რაოდენობას 107-ისთვის, რაც ნიშნავს, რომ ამ პირობებში ნიმუში გადის მდგომარეობას, შესაბამისი დაძაბულობის მნიშვნელობა შეიძლება მიახლოებით გამოითვალოს დაღლილობის სიმტკიცის მნიშვნელობად, ანუ 760 მპა-მდე. ჩანს, რომ S-N მრუდი მნიშვნელოვანია მასალის დაღლილობის ხანგრძლივობის დასადგენად, რომელსაც აქვს მნიშვნელოვანი საცნობარო მნიშვნელობა.
სურათი 3. ექსპერიმენტული ფოლადის ბრუნვითი მოხრის დაღლილობის ტესტის SN მრუდი
მეორე ჯგუფის ნიმუშების დაღლილობის ვადა ნაჩვენებია ცხრილში 3. როგორც ცხრილიდან ჩანს, სხვადასხვა ტემპერატურაზე საცდელი ფოლადის დეკარბურიზაციის შემდეგ, ციკლების რაოდენობა აშკარად მცირდება და ისინი 107-ზე მეტია, ყველა დაღლილობის ნიმუში მოტეხილია და დაღლილობის ვადა მნიშვნელოვნად მცირდება. ზემოთ მოცემულ დეკარბურიზებული ფენის სისქესთან ერთად ტემპერატურის ცვლილების მრუდთან ერთად ჩანს, რომ 750 ℃ დეკარბურიზებული ფენის სისქე ყველაზე დიდია, რაც შეესაბამება დაღლილობის ხანგრძლივობის ყველაზე დაბალ მნიშვნელობას. 850 ℃ დეკარბურიზებული ფენის სისქე ყველაზე მცირეა, რაც შეესაბამება დაღლილობის ხანგრძლივობის მნიშვნელობას შედარებით მაღალი. ჩანს, რომ დეკარბურიზაციის ქცევა მნიშვნელოვნად ამცირებს მასალის დაღლილობის მახასიათებლებს და რაც უფრო სქელია დეკარბურიზებული ფენა, მით უფრო დაბალია დაღლილობის ვადა.
ცხრილი 3. დაღლილობის ხანგრძლივობა სხვადასხვა დეკარბურიზაციის ტემპერატურაზე (560 მპა)
ნიმუშის დაღლილობის მოტეხილობის მორფოლოგია დაკვირვებული იქნა სკანირებული ელექტრონული მიკროსკოპით, როგორც ეს ნაჩვენებია ნახ. 4-ში. ნახ. 4(ა)-ზე ბზარის წყაროს არეალის გამოსახატავად, ნახაზზე ჩანს დაღლილობის აშკარა რკალი, დაღლილობის რკალის მიხედვით დაღლილობის წყაროს საპოვნელად, ბზარის წყარო ჩანს „თევზის თვალის“ ფორმის არამეტალური ჩანართებისთვის, ჩანართები ადვილად იწვევს სტრესის კონცენტრაციას, რაც იწვევს დაღლილობის ბზარების წარმოქმნას; ნახ. 4(ბ)-ზე ბზარის გაფართოების არეალის მორფოლოგიის გამოსახატავად, ჩანს დაღლილობის აშკარა ზოლები, მდინარის მსგავსი განაწილება, მიეკუთვნება კვაზი-დისოციაციურ მოტეხილობას, ბზარების გაფართოებით, რაც საბოლოოდ იწვევს მოტეხილობას. ნახ. 4(ბ)-ზე ნაჩვენებია ბზარის გაფართოების არეალის მორფოლოგია, ჩანს დაღლილობის აშკარა ზოლები მდინარის მსგავსი განაწილების სახით, რომელიც მიეკუთვნება კვაზი-დისოციაციურ მოტეხილობას და ბზარების უწყვეტი გაფართოებით, რაც საბოლოოდ იწვევს მოტეხილობას.
დაღლილობის მოტეხილობის ანალიზი
სურ. 4. ექსპერიმენტული ფოლადის დაღლილობის მოტეხილობის ზედაპირის SEM მორფოლოგია
ნახ. 4-ში ნაჩვენები ჩანართების ტიპის დასადგენად, ჩატარდა ენერგეტიკული სპექტრის შემადგენლობის ანალიზი, რომლის შედეგებიც ნაჩვენებია ნახ. 5-ში. ჩანს, რომ არამეტალური ჩანართები ძირითადად Al2O3 ჩანართებია, რაც მიუთითებს, რომ ჩანართები ჩანართების გაბზარვით გამოწვეული ბზარების ძირითადი წყაროა.
სურათი 5. არამეტალური ჩანართების ენერგეტიკული სპექტროსკოპია
დასკვნა
(1) გათბობის ტემპერატურის 850 ℃-ზე დაყენება მინიმუმამდე დაიყვანს დეკარბურიზებული ფენის სისქეს, რათა შეამციროს დაღლილობისადმი მდგრადობაზე ზემოქმედება.
(2) საცდელი ფოლადის სპინისებური მოხრის დაღლილობის ზღვარი 760 მპა-ია.
(3) ფოლადის ბზარების ტესტი არამეტალური ჩანართებით, ძირითადად Al2O3 ნარევით.
(4) დეკარბურიზაცია მნიშვნელოვნად ამცირებს საცდელი ფოლადის დაღლილობის ვადას, რაც უფრო სქელია დეკარბურიზაციის ფენა, მით უფრო დაბალია დაღლილობის ვადა.
გამოქვეყნების დრო: 2024 წლის 21 ივნისი
