表面淬硬钢VHCF的性质与梯度渗碳后硬度分布

来自中国的研究人员最近开发出一种新的高周疲劳chromium-nickel-molybdenum-based与梯度渗碳齿轮钢合金硬度能够承受循环疲劳10以上⁹在压力条件下周期。

图片来源:高周疲劳性能18 crnimo7-6与梯度渗碳钢硬度分布。图片来源:Phonlamai图片/ Shutterstock.com

合金展览705高压的表面硬度在粒状明亮的细微观结构方面和核心硬度530高压。这项研究在《可用涂料。

高周疲劳钢是什么?

高周疲劳(VHCF)钢可以承受循环加载10以上⁸循环疲劳失效。这种类型的钢是必不可少的可靠和长寿命机械部件受到平均残余应力和交变循环应力如齿轮、轴承、弹簧,轴。

疲劳失效是晶间脆性骨折,发生由于长期循环荷载作用下颗粒边界的弱化即使诱导应力远低于材料的抗拉和/或抗压强度。

OM和SEM的渗碳层:(一个光学显微镜渗碳层的显微组织和b)电子显微镜渗碳层的显微组织。图片来源:杨、年代等。涂料

在高应力下,裂缝发起VHCFs表面,而在低应力条件下,裂纹形成。疲劳失效机理的形成始于细粒度的亮面(GBF)周边地区内部非金属夹杂物超过10⁶周期和延伸到一个鱼眼石区,称为裂纹萌生区特征,消费总额的绝大多数疲劳失败。对于VHCFs, GBF地区一个非常细粒度的微观结构。

关于这项研究

在这项研究中,低碳齿轮钢(18 crnimo7-6)标本80 -毫米直径热轧棒加工成沙漏形状,完成利润紧随其后的一系列梯度渗碳热处理过程在930℃和860℃。

然后,标本在650℃回火2小时又紧随其后的是空气冷却和加热在840℃2小时,油淬火的碳势为0.70%,以避免脱碳。最后,两个低温回火进行180℃为6小时。

随后,轴向超声加载下的标本进行测试在室温(25℃),应力比(R),和20 kHz的频率VHCF政权。

骨折形态和非金属夹杂物的化学成分进行了分析通过扫描电子显微镜(SEM)和x射线能谱仪(EDS)的分布和大小5和GBF测量区域。透射电子显微镜(TEM)和电子背散射衍射(EBSD)是用于分析的断裂表面GBF区域。

TEM亮视场图像一起悲伤GBF地区模式后的渗碳试样在σVHCF测试_一个为N = 590 MPa_f= 6.66×10⁷。(一个GBF地区的传播形态,过渡区和矩阵,(bGBF地区的传播形态,(c)是GBF地区传播放大形态(d)是选区衍射的位置。图片来源:杨、年代等。涂料

观察

SEM照片表明,表面渗碳层由针状马氏体、残余奥氏体和碳化物。此外,微观结构在1.0毫米远离渗碳试样的表面主要由板条马氏体和碳化物与少量的残余奥氏体和针状马氏体。因此,从表面梯度渗碳向核心被确认。

此外,99%的裂纹萌生的生活主要是消耗在GBF地区。应力强度因子(SIF)ΔK GBF的区域_GBF可以被看作是裂纹萌生的阈值。

当裂纹边缘的SIF小于阈值,疲劳短裂纹没有扩大,直接形成了眼眶。相反,SIF高于阈值时,短裂纹形成了GBF纳米颗粒层。同样,当SIF小于裂纹增长所需的临界值,疲劳长裂纹没有成长,突然发生疲劳断裂。

碳化物沉淀的TEM表征。图片来源:杨、年代等。涂料

结论

研究者合成低碳18 crnimo7-6齿轮钢标本使用梯度渗碳热处理过程超声疲劳试验。GBF和鱼眼区域彻底特征,揭示了形成机制。

标本显示VHCF行为在10疲劳极限⁹周期在500 MPa的压力。梯度渗碳试样的疲劳裂纹萌生的网站大多是位于

0.9到1.4毫米以下的表面,硬度约为580高压。因为没有显示核心VHCF现象,并有较高的表面硬度。GBF地区有一个细nanograin层由一个小的塑性变形引起的长期循环在低压力。因此,新18 crnimo7-6合金被证明是可靠和耐用的合适的材料周期性加载机械部件。

参考

杨。,Cheng, P., Hu, F., Yu, W., Zhang, C., Wang, K., Wang, M., Very High Cycle Fatigue Properties of 18CrNiMo7-6 Carburized Steel with Gradient Hardness Distribution.涂料2021年,11,1482年。https://www.mdpi.com/2079-6412/11/12/1482

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