Ядаргааны хугарлыг ажиглаж, хугарлын механизмыг шинжлэхэд сканнердах электрон микроскоп ашигласан; үүний зэрэгцээ, нүүрстөрөгчгүйжүүлсэн дээжинд янз бүрийн температурт эргэх нугалах ядаргааны туршилтыг хийж, туршилтын гангийн ядаргааны хугацааг нүүрстөрөгчгүйжүүлсэн болон нүүрстөрөгчгүйжүүлсэн гангийн ядаргааны гүйцэтгэлд үзүүлэх нөлөөллийг шинжилсэн. Үр дүнгээс харахад халаалтын процесст исэлдэлт ба нүүрстөрөгчгүйжүүлэлт нэгэн зэрэг оршдог тул энэ хоёрын харилцан үйлчлэл нь температурын өсөлттэй хамт бүрэн нүүрстөрөгчгүйжүүлсэн давхаргын зузааныг нэмэгдүүлж, дараа нь буурах хандлагатай байдаг бөгөөд бүрэн нүүрстөрөгчгүйжүүлсэн давхаргын зузаан 750 ℃-д хамгийн ихдээ 120 μм, бүрэн нүүрстөрөгчгүйжүүлсэн давхаргын зузаан 850 ℃-д хамгийн багадаа 20 μм, туршилтын гангийн ядаргааны хязгаар нь ойролцоогоор 760 МПа бөгөөд туршилтын гангийн ядаргааны хагарлын эх үүсвэр нь голчлон Al2O3 металл бус орц юм. Нүүрстөрөгчийн задралын зан төлөв нь туршилтын гангийн ядрах хугацааг эрс багасгаж, туршилтын гангийн ядрах гүйцэтгэлд нөлөөлдөг бөгөөд нүүрстөрөгчийн задралын давхарга зузаан байх тусам ядрах хугацаа бага байдаг. Нүүрстөрөгчийн задралын давхаргын туршилтын гангийн ядрах гүйцэтгэлд үзүүлэх нөлөөллийг бууруулахын тулд туршилтын гангийн оновчтой дулааны боловсруулалтын температурыг 850℃ гэж тохируулах хэрэгтэй.
Араа хэрэгсэл нь автомашины чухал бүрэлдэхүүн хэсэг юмӨндөр хурдтай ажилладаг тул арааны гадаргуугийн торлог хэсэг нь өндөр бат бэх, үрэлтэд тэсвэртэй байх ёстой бөгөөд шүдний үндэс нь тогтмол давтагдах ачааллын улмаас сайн нугалах ядралын гүйцэтгэлтэй байх ёстой бөгөөд энэ нь материалын хугаралд хүргэдэг хагарлаас зайлсхийх болно. Судалгаанаас харахад нүүрстөрөгчийн задрал нь металл материалын ээрэх нугалах ядралын гүйцэтгэлд нөлөөлдөг чухал хүчин зүйл бөгөөд ээрэх нугалах ядралын гүйцэтгэл нь бүтээгдэхүүний чанарын чухал үзүүлэлт тул туршилтын материалын нүүрстөрөгчийн задралын зан төлөв болон ээрэх нугалах ядралын гүйцэтгэлийг судлах шаардлагатай байна.
Энэхүү өгүүлэлд, 20CrMnTi араатай ган гадаргуугийн нүүрстөрөгчийн задралын туршилтын дулааны боловсруулалтын зуух, туршилтын ган нүүрстөрөгчийн задралын давхаргын гүн дэх янз бүрийн халаалтын температурыг шинжлэх; QBWP-6000J энгийн цацрагийн ядралын туршилтын машиныг ашиглан гангийн эргэлдэгч нугаралтын ядралын туршилтыг хийж, гангийн ядралын гүйцэтгэлийг тодорхойлж, үйлдвэрлэлийн процессыг сайжруулах, бүтээгдэхүүний чанарыг сайжруулах, боломжийн лавлагаа өгөх зорилгоор туршилтын гангийн ядралын гүйцэтгэлийг бодит үйлдвэрлэлд нүүрстөрөгчийн задралын нөлөөллийг шинжлэх. Туршилтын гангийн ядралын гүйцэтгэлийг эргэлдэгч нугаралтын ядралын туршилтын машинаар тодорхойлно.
1. Туршилтын материал ба аргууд
20CrMnTi араа гангаар хангах туршилтын материалыг Хүснэгт 1-д үзүүлсэн шиг гол химийн найрлагатай. Нүүрстөрөгчийн задралын туршилт: туршилтын материалыг Φ8 мм × 12 мм цилиндр хэлбэртэй дээж болгон боловсруулж, гадаргуу нь толбогүй, тод байх ёстой. Дулааны боловсруулалтын зуухыг 675 ℃, 700 ℃, 725 ℃, 750 ℃, 800 ℃, 850 ℃, 900 ℃, 950 ℃, 1000 ℃ хүртэл халааж, дээжинд хийж 1 цаг байлгаад дараа нь өрөөний температурт агаарт хөргөнө. Дулааны боловсруулалтын дараа дээжийг тохируулах, нунтаглах, өнгөлөх замаар 4% азотын хүчлийн спиртийн уусмалаар элэгдүүлж, металлургийн микроскоп ашиглан туршилтын гангийн нүүрстөрөгчийн задралын давхаргыг ажиглаж, нүүрстөрөгчийн задралын давхаргын гүнийг янз бүрийн температурт хэмжинэ. Ээрэх нугалах ядаргааны туршилт: туршилтын материалыг хоёр бүлгийн ээрэх нугалах ядаргааны дээжийг боловсруулах шаардлагын дагуу, эхний бүлэг нь нүүрстөрөгчгүйжүүлэх туршилт, хоёр дахь бүлэг нь өөр өөр температурт нүүрстөрөгчгүйжүүлэх туршилт хийдэг. Ээрэх нугалах ядаргааны туршилтын машин ашиглан хоёр бүлгийн туршилтын ганг ээрэх нугалах ядаргааны туршилт хийж, хоёр бүлгийн туршилтын гангийн ядаргааны хязгаарыг тодорхойлж, хоёр бүлгийн туршилтын гангийн ядаргааны хугацааг харьцуулж, сканнердах электрон микроскоп ашиглан ядаргааны хугарлын ажиглалт хийж, дээжийн хугарлын шалтгааныг шинжилж, туршилтын гангийн ядаргааны шинж чанарт нүүрстөрөгчгүйжүүлэх нөлөөг судална.
Хүснэгт 1 Туршилтын гангийн химийн найрлага (массын фракц) жингийн%
Халаалтын температурын нүүрстөрөгчийн задралд үзүүлэх нөлөө
Өөр өөр халаалтын температурт нүүрстөрөгчийн задралын зохион байгуулалтын морфологийг Зураг 1-д үзүүлэв. Зурагнаас харахад температур 675 ℃ байх үед дээжийн гадаргуу дээр нүүрстөрөгчийн задралын давхарга харагдахгүй; температур 700 ℃ хүртэл нэмэгдэхэд дээжийн гадаргуугийн нүүрстөрөгчийн задралын давхарга гарч ирж эхэлсэн бөгөөд нимгэн феррит нүүрстөрөгчийн задралын давхарга үүссэн; температур 725 ℃ хүртэл нэмэгдэхэд дээжийн гадаргуугийн нүүрстөрөгчийн задралын давхаргын зузаан мэдэгдэхүйц нэмэгдсэн; 750 ℃ нүүрстөрөгчийн задралын давхаргын зузаан хамгийн дээд хэмжээндээ хүрсэн бөгөөд энэ үед ферритийн ширхэг илүү тунгалаг, бүдүүн болсон; температур 800 ℃ хүртэл нэмэгдэхэд нүүрстөрөгчийн задралын давхаргын зузаан мэдэгдэхүйц буурч эхэлсэн бөгөөд түүний зузаан 750 ℃-ийн тал хувь хүртэл буурсан; температур 850 ℃ хүртэл өсөх ба нүүрстөрөгчийн задралын зузааныг Зураг 1-д үзүүлэв. 800 ℃-д нүүрстөрөгчийн задралын давхаргын бүрэн зузаан мэдэгдэхүйц буурч эхэлсэн бөгөөд түүний зузаан хагас болоход 750 ℃ хүртэл буурсан; Температур 850°C ба түүнээс дээш өсөх үед туршилтын гангийн бүрэн нүүрстөрөгчгүйжүүлэх давхаргын зузаан буурсаар, нүүрстөрөгчгүйжүүлэх давхаргын хагас зузаан аажмаар нэмэгдэж, бүрэн нүүрстөрөгчгүйжүүлэх давхаргын морфологи алга болж, нүүрстөрөгчгүйжүүлэх давхаргын хагас морфологи аажмаар арилдаг. Температур нэмэгдэхийн хэрээр бүрэн нүүрстөрөгчгүйжүүлэх давхаргын зузаан эхлээд нэмэгдэж, дараа нь буурдаг болохыг харж болно. Энэ үзэгдлийн шалтгаан нь халаалтын процесст дээжийн исэлдэлт болон нүүрстөрөгчгүйжүүлэх зан үйл нэгэн зэрэг явагддагтай холбоотой бөгөөд зөвхөн нүүрстөрөгчгүйжүүлэх хурд нь исэлдэлтийн хурдаас хурдан байх үед л нүүрстөрөгчгүйжүүлэх үзэгдэл гарч ирнэ. Халаалтын эхэн үед бүрэн нүүрстөрөгчгүйжүүлэх давхаргын зузаан нь температур нэмэгдэхийн хэрээр аажмаар нэмэгдэж, бүрэн нүүрстөрөгчгүйжүүлэх давхаргын зузаан хамгийн дээд хэмжээнд хүрдэг. Энэ үед температурыг үргэлжлүүлэн нэмэгдүүлэхийн тулд дээжийн исэлдэлтийн хурд нь нүүрстөрөгчгүйжүүлэх хурдаас хурдан бөгөөд энэ нь бүрэн нүүрстөрөгчгүйжүүлэх давхаргын өсөлтийг саатуулж, буурах хандлагатай байдаг. 675 ~ 950 ℃-ийн хүрээнд 750 ℃-д бүрэн нүүрстөрөгчгүйжүүлсэн давхаргын зузааны утга хамгийн том, 850 ℃-д бүрэн нүүрстөрөгчгүйжүүлсэн давхаргын зузааны утга хамгийн бага байгааг харж болно, тиймээс туршилтын гангийн халаалтын температурыг 850 ℃ гэж зөвлөж байна.
Зураг 1. Туршилтын гангийн нүүрстөрөгчгүйжүүлсэн давхаргын гистоморфологи нь өөр өөр халаалтын температурт 1 цагийн турш хадгалагдсан.
Хагас нүүрстөрөгчгүйжүүлсэн давхаргатай харьцуулахад бүрэн нүүрстөрөгчгүйжүүлсэн давхаргын зузаан нь материалын шинж чанарт илүү ноцтой сөрөг нөлөө үзүүлдэг бөгөөд энэ нь материалын механик шинж чанарыг ихээхэн бууруулж, бат бөх чанар, хатуулаг, элэгдэлд тэсвэртэй байдал, ядрах хязгаарыг бууруулах гэх мэтээс гадна хагарлын мэдрэг чанарыг нэмэгдүүлж, гагнуурын чанарт нөлөөлдөг. Тиймээс бүрэн нүүрстөрөгчгүйжүүлсэн давхаргын зузааныг хянах нь бүтээгдэхүүний гүйцэтгэлийг сайжруулахад маш чухал ач холбогдолтой юм. Зураг 2-т бүрэн нүүрстөрөгчгүйжүүлсэн давхаргын зузааны температурын өөрчлөлтийн муруйг харуулсан бөгөөд энэ нь бүрэн нүүрстөрөгчгүйжүүлсэн давхаргын зузааны өөрчлөлтийг илүү тодорхой харуулж байна. Зурагнаас харахад бүрэн нүүрстөрөгчгүйжүүлсэн давхаргын зузаан нь 700℃-д ердөө 34μm орчим байдаг; температур 725℃ хүртэл нэмэгдэхэд бүрэн нүүрстөрөгчгүйжүүлсэн давхаргын зузаан нь 86 μм болж мэдэгдэхүйц нэмэгдэж, 700℃-д бүрэн нүүрстөрөгчгүйжүүлсэн давхаргын зузаанаас хоёр дахин их байна; Температурыг 750 ℃ хүртэл нэмэгдүүлэхэд бүрэн нүүрстөрөгчгүйжүүлсэн давхаргын зузаан нэмэгдэнэ. Температур 750 ℃ хүртэл нэмэгдэхэд бүрэн нүүрстөрөгчгүйжүүлсэн давхаргын зузаан хамгийн ихдээ 120 μм хүрнэ; температур үргэлжлэн нэмэгдэхийн хэрээр бүрэн нүүрстөрөгчгүйжүүлсэн давхаргын зузаан огцом буурч, 800 ℃-д 70 μм болж, дараа нь 850 ℃-д хамгийн багадаа 20 μм хүртэл буурна.
Зураг 2. Өөр өөр температурт бүрэн нүүрстөрөгчгүйжүүлсэн давхаргын зузаан
Эргэлтийн нугалалтын үед ядрах гүйцэтгэлд нүүрстөрөгчийн декарбуризацийн нөлөө
Пүрштэй гангийн ядрах шинж чанарт нүүрстөрөгчгүйжүүлэх нөлөөллийг судлахын тулд хоёр бүлэг ээрэх нугалах ядрах туршилтыг хийсэн бөгөөд эхний бүлэг нь нүүрстөрөгчгүйжүүлэхгүйгээр шууд ядрах туршилт, хоёр дахь бүлэг нь ижил стрессийн түвшинд (810 МПа) нүүрстөрөгчгүйжүүлсний дараа ядрах туршилтыг хийсэн бөгөөд нүүрстөрөгчгүйжүүлэх процессыг 700-850 ℃ температурт 1 цагийн турш явуулсан. Эхний бүлгийн дээжийг Хүснэгт 2-т үзүүлэв, энэ нь пүрштэй гангийн ядрах хугацааг харуулав.
Эхний бүлгийн дээжийн ядрах хугацааг Хүснэгт 2-т үзүүлэв. Хүснэгт 2-оос харахад нүүрстөрөгчийн задралгүйгээр туршилтын ган нь 810 МПа-д ердөө 107 циклд өртсөн бөгөөд хугарал гараагүй; стрессийн түвшин 830 МПа-аас хэтэрсэн үед зарим дээжүүд хугарч эхэлсэн; стрессийн түвшин 850 МПа-аас хэтэрсэн үед ядрах дээжүүд бүгд хугарсан байв.
Хүснэгт 2 Өөр өөр стрессийн түвшний дор ядарсан амьдрал (нүүрс усгүйжүүлэлтгүйгээр)
Ядаргааны хязгаарыг тодорхойлохын тулд туршилтын гангийн ядаргааны хязгаарыг тодорхойлохын тулд бүлгийн аргыг ашигладаг бөгөөд өгөгдлийн статистик дүн шинжилгээ хийсний дараа туршилтын гангийн ядаргааны хязгаар нь ойролцоогоор 760 МПа байна; туршилтын гангийн янз бүрийн стрессийн үед ядрах хугацааг тодорхойлохын тулд SN муруйг Зураг 3-т үзүүлсэн шиг зурсан болно. Зураг 3-аас харахад янз бүрийн стрессийн түвшин нь өөр өөр ядаргааны хугацаанд тохирч байгаа бөгөөд 7-ийн ядаргааны хугацаа нь 107-ийн мөчлөгийн тоотой тохирч байгаа бөгөөд энэ нь эдгээр нөхцөлд дээж нь төлөвөөр дамжин өнгөрч байгаа гэсэн үг бөгөөд харгалзах стрессийн утгыг ядаргааны бат бэхийн утга болох 760 МПа гэж ойролцоолж болно. S - N муруй нь материалын ядаргааны хугацааг тодорхойлоход чухал ач холбогдолтой бөгөөд чухал лавлах утгатай болохыг харж болно.
Зураг 3 Туршилтын ган эргэлтэт нугалах ядралын туршилтын SN муруй
Хоёрдугаар бүлгийн дээжийн ядрах хугацааг Хүснэгт 3-т үзүүлэв. Хүснэгт 3-аас харахад туршилтын ганг өөр өөр температурт нүүрстөрөгчгүйжүүлсний дараа мөчлөгийн тоо илт буурч, тэдгээр нь 107-оос дээш болж, бүх ядрах дээжүүд хугарч, ядрах хугацаа эрс багасдаг. Дээрх нүүрстөрөгчгүйжүүлсэн давхаргын зузаантай температурын өөрчлөлтийн муруйтай хослуулан харахад 750 ℃ нүүрстөрөгчгүйжүүлсэн давхаргын зузаан нь хамгийн том бөгөөд ядрах хугацааны хамгийн бага утгатай тохирч байна. 850 ℃ нүүрстөрөгчгүйжүүлсэн давхаргын зузаан нь хамгийн бага бөгөөд ядрах хугацааны утгатай тохирч байна. Нүүрстөрөгчгүйжүүлэлтийн зан төлөв нь материалын ядрах гүйцэтгэлийг эрс бууруулдаг бөгөөд нүүрстөрөгчгүйжүүлсэн давхарга зузаан байх тусам ядрах хугацаа бага байдаг.
Хүснэгт 3 Янз бүрийн нүүрстөрөгчийн декарбуризацийн температурт (560 МПа) ядрах хугацаа
Зураг 4-т үзүүлсэн шиг дээжийн ядаргааны хугарлын морфологийг сканнердах электрон микроскопоор ажиглав. Зураг 4(a)-д хагарлын эх үүсвэрийн талбайн хувьд, ядаргааны нумыг илэрхий харж болно, ядаргааны нумын дагуу ядаргааны эх үүсвэрийг олохын тулд, хагарлын эх үүсвэр нь "загасны нүд" металл бус оруулга, оруулга нь стрессийн концентрацийг амархан үүсгэж, ядаргааны ан цав үүсгэдэг болохыг харж болно; Зураг 4(b)-д хагарлын тэлэлтийн талбайн морфологийг илэрхий ядаргааны судалтай, гол шиг тархалттай, квазидиссоциатив хугаралд хамаарах бөгөөд хагарал тэлж, эцэст нь хугаралд хүргэдэг болохыг харж болно. Зураг 4(b)-д хагарлын тэлэлтийн талбайн морфологийг харуулав, гол шиг тархалттай, квазидиссоциатив хугаралд хамаарах бөгөөд хагарал тасралтгүй тэлж, эцэст нь хугаралд хүргэдэг.
Ядаргааны хугарлын шинжилгээ
Зураг 4. Туршилтын гангийн ядаргааны хугарлын гадаргуугийн SEM морфологи
Зураг 4-т үзүүлсэн оруулгын төрлийг тодорхойлохын тулд энергийн спектрийн найрлагын шинжилгээг хийсэн бөгөөд үр дүнг Зураг 5-д үзүүлэв. Металл бус оруулгууд нь голчлон Al2O3 оруулгууд бөгөөд энэ нь оруулгууд нь оруулгын хагарлаас үүдэлтэй хагарлын гол эх үүсвэр болохыг харуулж байна.
Зураг 5 Металл бус орцуудын энергийн спектроскопи
Дүгнэлт
(1) Халаалтын температурыг 850 ℃ дээр байрлуулах нь нүүрстөрөгчгүйжүүлсэн давхаргын зузааныг хамгийн бага байлгаж, ядрах гүйцэтгэлд үзүүлэх нөлөөллийг бууруулна.
(2) Туршилтын ган эргүүлэх нугаралтын ядрах хязгаар нь 760 МПа байна.
(3) Металл бус орц, голчлон Al2O3 хольц дахь гангийн хагарлын туршилт.
(4) Нүүрстөрөгчийн задрал нь туршилтын гангийн ядрах хугацааг эрс багасгадаг бөгөөд нүүрстөрөгчийн задралын давхарга зузаан байх тусам ядрах хугацаа бага байдаг.
Нийтэлсэн цаг: 2024 оны 6-р сарын 21
