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40CrNiMoA鋼不同微觀組織與S-N曲線關(guān)系研究

弘超對(duì)于各類合金結(jié)構(gòu)用鋼、碳素鋼技術(shù)處理很良好的售后服務(wù)，特別注重技術(shù)的處理，在這里跟各位用戶朋友分享關(guān)于合金結(jié)構(gòu)用鋼的技術(shù)方面的問題，對(duì)于40CrNiMoA合金結(jié)構(gòu)用鋼，用超聲疲勞實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定了40CrNiMoA鋼不同微觀組織在105-108周次范圍內(nèi)的疲勞壽命(S-N)曲線，研究了在超聲振動(dòng)周圍下，微觀組織對(duì)高周及超高周疲勞性能的影響。用JXA-840A型掃描電子顯徽鏡對(duì)不同微觀組織、不同循環(huán)周圍的超聲疲勞試樣斷口進(jìn)行分析，觀察斷口宏觀和微觀形貌，確定超聲疲勞裂紋產(chǎn)生的位置，研究超聲疲勞裂紋萌生及裂紋擴(kuò)展行為。此外，應(yīng)用線性回歸方法檢測(cè)了40CrNiMoA合金鋼不同微觀組織在10P1012周次范周內(nèi)的疲勞壽命。
合金結(jié)構(gòu)用鋼的設(shè)計(jì)，在40CrNIMoA微觀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，主要是針對(duì)超聲焊接合金鋼工具頭，使用材料為40crNiMaA,工具頭工作頻率為20kHz。工具頭工作時(shí)，有的剛產(chǎn)生振動(dòng)就斷裂、有的使用壽命極短，不到l小時(shí)筑不能實(shí)現(xiàn)超聲搬動(dòng)而不得不報(bào)廢，經(jīng)過專業(yè)的分析結(jié)果表明，失效工具頭內(nèi)部組織中存在著裂紋。裂紋的產(chǎn)生有的是由于較粗大的馬氏體組織引起的，如圖4.1.1(a)和(b)有的是由于夾雜物引起的，如圖4.1.2(a)和(b)。
在超聲焊接中，工具頭在共振頻率下做縱向固有振動(dòng)，承受高頻率變載荷。當(dāng)振動(dòng)能量通過連續(xù)介質(zhì)傳播時(shí)，遇到裂紋會(huì)產(chǎn)生反射和衍射，導(dǎo)致裂紋兩唇面的碰撞效應(yīng)減小，能量衰減劇增、從而無法實(shí)現(xiàn)超聲能量的傳遞。夾雜物的存在不但降低材料的性能，而且對(duì)超聲能量的傳播起到很大的耗散衰減作用，當(dāng)工具鋼頭受高頻振動(dòng)的縱向拉壓應(yīng)力作用時(shí)，夾雜物處作為材料的薄弱環(huán)節(jié)，必然成為裂紋源，首先萌生裂紋，然后在交變循環(huán)應(yīng)力作用下，不斷地向前擴(kuò)展，達(dá)到臨界裂紋長(zhǎng)度。裂紋尖端應(yīng)力強(qiáng)度因子超過材料的斷裂門檻值，裂紋便失穩(wěn)擴(kuò)展，材料發(fā)生斷裂。由于聲能在連續(xù)介質(zhì)中傳播，當(dāng)?shù)竭_(dá)顯微裂紋處時(shí)，這些多而細(xì)小的微裂紋會(huì)對(duì)聲能產(chǎn)生強(qiáng)烈的反射和衍射作用，并且在應(yīng)力作用下會(huì)不斷擴(kuò)展，積累到一定程度，細(xì)小的微裂紋逐漸匯合，形成宏觀裂紋。此外，工件在超聲振動(dòng)狀態(tài)下，裂紋擴(kuò)展速率非?？?。因此一旦工具頭內(nèi)部出現(xiàn)微裂紋，便很快失穩(wěn)擴(kuò)展導(dǎo)致工具頭失效。
超聲焊接工具頭之所以使用壽命短，主要是由于內(nèi)部存在較多的夾雜物以及微觀組織不夠理想造成的。由于工具頭在焊接過程中，承受的振幅最大，要延長(zhǎng)其使用壽命，必須盡量減少微裂紋的產(chǎn)生和降低裂紋擴(kuò)展速率，隊(duì)提高其超聲疲勞性能，因此，對(duì)于超聲焊接工具頭材料必須嚴(yán)格控制鋼中夾雜物．在鋼內(nèi)夾雜物不超標(biāo)的情況下，提高工具頭使用壽命的重點(diǎn)就在于：在超聲振動(dòng)條件下，具有怎樣的微觀組織其超聲疲勞性能最佳。
為了進(jìn)行對(duì)比研究，論文制定了4種熱處理工藝方案，目的是研究不同的微觀組織以及晶粒大小對(duì)超聲疲勞性能的影響．熱處理工藝制度如下：
    工藝1：900℃淬火-200℃回火。
    工藝2：840℃淬火- 640℃回火一840℃淬火一200℃回火。
    工藝3：840'C淬火一640℃回火一840℃淬火一440℃回火。
    工藝4：840℃淬火--640℃回火一840℃淬火-640℃回火。
在以上熱處理工藝中，每組工藝試樣均為15個(gè)，且淬火前所有試樣的原始組織，狀態(tài)均相同。試樣的加熱均是在箱式爐中進(jìn)行，為防止工件表面氧化，在表面涂上防氧化保護(hù)層，其牌號(hào)為3160。由于疲勞試樣截面尺寸相差較大，為了減少淬火后殘余應(yīng)力及開裂傾向，均采用分級(jí)淬火，淬火介質(zhì)為混合熔融硝鹽，硝鹽的組成為比例30%，KN03+70% KCL。
40cINiMoA合金鋼的臨界點(diǎn)A向?yàn)?85℃，正常加熱溫度范圍為830—850℃，所以工藝1的淬火加熱溫度明顯高于正常淬火加熱溫度，因而必將帶來較粗大的奧氏體晶粒，淬火后馬氏體也必然粗大，工藝2為正常淬火加熱溫度且采用循環(huán)加熱淬火，此工藝可獲得細(xì)小的奧氏體晶粒，因?yàn)殇摻?jīng)過多次相變重結(jié)晶可使晶粒不斷細(xì)化。通過工藝l與工藝2?？梢匝芯烤Я３叽鐚?duì)超聲疲勞壽命的影響，回火溫度不同，因而最終的組織不同，但三種工藝奧氏體晶粒尺寸基本相同，所以通過工藝2、3、4．可以研究不同的微觀組織對(duì)超聲疲勞性能的影響。
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資料來源：弘超模具科技有限公司結(jié)構(gòu)鋼事業(yè)部（技術(shù)部）
【 瀏覽次數(shù):83 】 【 加入時(shí)間:2012-10-25 17:00:51 】 【 關(guān)閉本頁 】