Sažetak:Dva valjka s ležajevima koji su izrađeni od čelika G20CR2NI4A s karburizirajućim + gasiranjem + tri puta kaljenja, slomljenih tijekom postupka trčanja. Uzroci loma analizirani su kroz položaj loma, morfologiju, mikrostrukturu, fazni sastav i zaostali austenit, rezultati pokazuju da je glavni razlog loma valjka unutarnja površinska oksidacija, zbog čega je čelični anti -zamor, što dovode do pukotine i konačne frasa.
Određena tvrtka za ležajeve koristi G20CR2ni4A čelik za proizvodnju velikih ležajeva za čeličnu opremu za valjanje. Dijagram oblika ležajeva i valjki prikazan je na slici 1. jedan skup ležajeva ima 150 valjka, a tehnički zahtjev je da valjci moraju biti mljeveni nakon dubokog karburizacije 6 - 0. 8 mm, nakon brušenja, dubina sloja infiltracije trebala bi biti veća od 2 5 mm. Ruta obrade je bar materijal → Fine kovanje barskog materijala → grubo okretanje → Ultrazvučno ispitivanje → Fine okretanje → Duboko karbinizacija (930 stupnjeva × 60 h) → Ugušivanje visoke temperature (880-900, izolacija u trajanju od 2 h) → 14 stupnjeva (65 ° × 8. → → → → → → → → → → → → → → → → → → → → → → preusmjeravanje (→ → → → → → → knonging (revencenching (→ h → kvrnuti Grubo mljevenje → Dodatno kaljenje (150 stupnjeva) → Fino mljevenje → Fino mljevenje → Ispitivanje magnetskih čestica → Ultra preciznost → grupiranje. Tijekom uporabe, razbila su se dva od 150 valjka u skupu ležajeva. Zatražite analizu uzroka neuspjeha.
1. Eksperimentalne metode i analiza
1.1 Promatranje makroskopske morfologije loma
Slike 2 (a) i (b) prikazuju makroskopsku morfologiju loma neuspjelog valjka. Iz morfologije loma na slici 2 (a), može se vidjeti da lom ležajnog valjka pripada tipičnom kvaru u zamoru kontakta. Površina prijeloma ima očite i glatke linije zrna raspoređene na koraku, što je važna karakteristika za lomljenje umora. Izvori umora obično se pojavljuju na površini komponenti i nalaze se na središnjoj točki luka umora. Sa slike 2 (a), vidi se da oštećeni valjci prvo stvaraju izvore umora u unutarnjoj rupi, kao što je prikazano na slici A, a zatim se radijalno razmnožavaju duž valjaka. Nakon što se pukotine šire na vanjsku površinu, oni se brzo šire duž aksijalnog smjera, uzrokujući lomi valjke. Iz smjera širenja izvora umora, vidi se da se pukotine šire pod djelovanjem aksijalne sile okomito na unutarnju rupu valjka. Izvor umora nalazi se na koraku unutarnje rupe valjka. Zbog koncentracije stresa na koraku, izvor umora treba generirati na mjestu maksimalnog stresa. Pored toga, za lomljeni valjak, oblik koraka s obje strane je različit. Udaljenost od krajnjeg lica do najdubljeg dijela koraka na jednoj strani iznosi oko 5 mm (kraj A), dok je dubina s druge strane samo oko 2 mm. Izvor umora pojavio se na dubini koraka od 5 mm, a drugi komad koji je proizvođač pružio testiran je u istim uvjetima bez slomljenog valjka, s dubinom od oko 3 mm, što ukazuje da oblik koraka može imati određeni utjecaj na prijelom.
Sl.1 Shema valjka i ležaja
Iz analize slike 2 (b) može se vidjeti da se valjak provalio na više komada. Prema analizi dva predviđena fragmenta, ova dva fragmenta u osnovi čine polovicu cilindričnog valjka, pa se procjenjuje da se valjak pokvario na četiri komada, što ukazuje da su se tijekom usluge valjka formirali više izvora umora. Zbog činjenice da su izvori umora svi smješteni na koraku, malo je vjerojatno da na njih utječu metalurški nedostaci, uključivanja ili drugi čimbenici. Umjesto toga, vjerovatno je da se više izvora umora formira istovremeno u unutarnjoj rupi zbog neprihvatljivih vrijednosti naprezanja materijalne strukture na ovom koraku, što dovodi do širenja loma. Na temelju makroskopske morfologije loma, sljedeći zaključci mogu se preliminarno analizirati: Postoje dva razloga za kvar valjka: jedan je da je unutarnja struktura nekvalificirana i tvori izvor umora, a druga je da radno preopterećenje stvara nedovoljno stresa i uzrokuje neuspjeh u masnoći. Stoga je potrebna dubinska analiza unutarnje strukture.
Sl.2 Izgled loma slomljenog valjka
1.2 Inspekcija sastava i opažanje mikrostrukture
Sastav oštećenog valjka testiran je pomoću Spark Direct Reading spektrometra (OCLF QSN 750) i u usporedbi s GB/T 18254-2002 "Standard visokog karbonskog kroma čelika" Standard. Rezultati su prikazani u tablici 1., iz rezultata inspekcije sastava u tablici 1, vidi se da čelik s valjkama G20CR2ni4a ispunjava zahtjeve GB/T 18254-2002, što ukazuje na to da neuspjeh loma valjka nije problem sa sirovinama. Stoga su uzorci uzeti iz unutarnje rupe i vanjske površine blizu površine loma frakturiranog valjka za analizu mikrostrukture, a rezultati su prikazani na slici 3 (a) i (b). Da bi se bolje uspoređivala i promatrala, uzorci su uzeta iz istog položaja na valjcima koji nisu bili slomljeni za analizu, kao što je prikazano na slici 4 (a ~ d).
Sl.3 Mikrostruktura slomljenog valjka na unutarnjem zidu (A) i vanjskoj površini (B)
Uspoređujući sliku 3 i sliku 4, vidi se da se mikrostruktura valjka s lomljenim ležajem potpuno razlikuje od one u valjku bez loma. Postoji sloj nenormalne strukture na površini unutarnje rupe frakturiranog valjka, kao što je prikazano na slici 3 (a) A, ovaj sloj strukture u potpunosti nije struktura dobivena nakon karburizacije i gašenja. Matrica je sloj sive crne strukture, s nekim bijelim česticama raspoređenim na njoj. Postoje i neke rupe u sivoj strukturi. Ispod ovog sloja strukture uglavnom je miješana struktura acikularnog martenzita i ravnih rezanci martenzita, a postoji određena količina zaostalog austenita, kao što je prikazano u točki B. Središnja struktura je ravni rezanci martenzit+zadržani austenit, vidi točku C.
Na slici 3 (b) može se zaključiti da mikrostruktura vanjske površine lomljenog valjka nije normalna struktura nakon karburizacije i gašenja. Na njegovoj površini postoji veliki broj grube igle poput martenzita i zaostalih austenitnih područja. Iako na vanjskoj površini valjka s golim okom nije primijećeno fenomen ljuštenja, u mikrostrukturi na vanjskoj površini valjka primijećene su pukotine, a neke pukotine ispružene duž granica zrna. Može se zaključiti da, čak i ako se valjak ne pokvari, njegova vanjska površina i dalje će doživjeti piling.
U istim materijalima i uvjetima procesa, površina normalne unutarnje rupe valjka je normalna struktura nakon karburizacije. Struktura površine unutarnje rupe prikazana je na slici 4 (a), koja je miješana struktura finih ravnih rezanci martenzita+karbida+zadržanog austenita (mala količina bainitne konstrukcije). Ne postoji crna siva struktura slična unutarnjoj površini slomljenog valjka. Središnja struktura je ravni rezanci martenzit+donji bainit+zadržani austenit, kao što je prikazano na slici 4 (b). Površinska struktura normalnog izbora valjka prikazana je na slici 4 (c), koja je fino ravna rezanci martenzit+donji bainit+zadržani austenit. U sredini je i niži bainit+ravni rezanci martenzita, kao što je prikazano na slici 4 (d). Stoga se proces toplinske obrade normalnih valjka može razlikovati od onog oštećenih valjaka, a iz perspektive analize mikrostrukture, normalni valjci trebali bi imati podvrgnuti izotermalnom liječenju u gašenju. Prema metalografskoj analizi, može se izvući sljedeći zaključak: crna siva struktura u lomljenom valjku ključni je uzrok stvaranja višestrukih izvora umora u unutarnjoj rupi, što dovodi do loma umora. Stoga je potrebna strukturna analiza ovog sloja strukture.
Sl.4 Mikrostruktura normalnog valjka na unutarnjem zidu i vanjskoj površini (a) unutarnji zid; (b) jezgra u unutarnjem zidu; (c) vanjska površina; (d) Vanjska podzemlja
1.3 XRD analiza i određivanje zaostalog austenita
Metalografska analiza pokazuje da na unutarnjoj površini lomljenog valjka postoji nenormalna struktura. Struktura ovog sloja analizirana je pomoću difraktometra Philips X'Pert Pro Super, a rezultati su prikazani na slici 5.
Na slici 5, može se vidjeti da su glavne faze na unutarnjoj površini lomljenog valjka željezo, željezni kromim i oksili od nikla željeza, što ukazuje da je nenormalna struktura podvrgnuta jakim oksidacijama valjka tijekom karburizacije ili gašenja. Zbog procesa mljevenja na vanjskoj površini, nije primijećen oksid, dok površina unutarnje rupe nije prerađena za zadržavanje oksida. Uz to, performanse umota u kontaktu čelika ležaja vrlo su osjetljive na male nedostatke u čeliku, a oksid je najprirodniji. Može se vidjeti da je prisutnost ovog oksida ključni faktor u stvaranju pukotina zamora.
Sl.5 Uzorak difrakcije rendgenskih zraka prelomljenog valjka u unutarnjoj površini zida
Na slici 3 (b) jasno se vidi da postoji velika količina zaostalog austenita na vanjskoj površini oštećenog valjka. Preostali sadržaj austenita u valjku određen je XRD -om, a rezultati su prikazani na slici 6.
Na slici 6. može se vidjeti da prelomljeni valjak ima značajnu količinu zaostalog austenita. Slika 6 (a) pokazuje da je izmjerena količina zaostalog austenita na vanjskoj površini 8 57% i Slika 6 (b) pokazuju da je količina zaostalog austenita izmjerena na površini brušenja paralelne osi (metalografska površina za brušenje uzorka) 19 97%. Prisutnost velike količine zaostalog austenita može smanjiti mehanička svojstva kao što je tvrdoća valjka, što ga čini sklonijim neuspjehu pod naponom visokog naprezanja. Pored toga, razlika u količini zaostalog austenita između površinskog sloja valjka i površine metalografske mljevenja ukazuje na neravnu mikrostrukturu i prisutnost strukturnih oštećenja.
Sl.6 Uzorci difrakcije rendgenskih zraka zadržanog austenita u prelomljenom valjku (a) vanjskoj površini valjka; (b) Unutarnja zidna površina valjka
2. Rasprava i analiza
Makro analiza pokazuje da zatajenje valjka pripada neuspjehu umora. Proces uništenja: Prvo, na koraku na jednoj strani unutarnje rupe generiraju se višestruki izvori pukotina u umoru, a izvor umora je mjesto s najvišim aksijalnim opterećenjem. Nakon stvaranja izvora umora, prvo se radijalno proširuje duž valjka. Nakon što se pukotina proteže do vanjske površine, formira se višestruko kroz pukotine, koje se brzo šire duž aksijalnog smjera i na kraju uzrokuju lomljenje valjka. Zbog činjenice da se nekoliko izvora umora nalazi na istoj strani koraka, nemoguće je da metalurške nedostatke, inkluzije ili drugi čimbenici utječu na njih. To je zato što je vjerojatnost metalurških oštećenja poput uključivanja koja se pojavljuju na istom koraku u osnovi nula. Stoga postoje dva najvjerojatnija razloga za lom: jedan je da je ležaj podvrgnut nepotrebnim vanjskim silama tijekom uporabe (preopterećenje, koncentracija stresa, pretjerani zaostali stres itd.); Drugi razlog je taj što unutarnja struktura valjka nije ispunila standardne zahtjeve. Nakon analize, to je glavni razlog.
Prema standardnim zahtjevima, normalna struktura površine valjka treba biti skrivena igle martenzita+fini karbid+mala količina zadržanog austenita, a središte bi trebalo biti ravni rezanci martenzit. Metalografska analiza pokazuje da mikrostruktura unutarnje rupe površine lomljenog ležaja nije takve vrste, a na unutarnjoj površini postoji sloj crne sive boje, što je glavni razlog višestrukih izvora umora ležaja. Prema XRD analizi, mikrostruktura crno sivog sloja sastoji se od oksida željeza, željeznog kroma i nikla željeza. Ovaj oksidni sloj ne može izdržati opterećenja umora u uvjetima servisa ležaja. Stoga, kada je valjak podvrgnut izmjeničnim opterećenjima, izvor umora nastaje na mjestu maksimalnog naprezanja (koraka), nakon čega slijedi širenje i lom. Ovaj sloj oksida trebao je biti generiran tijekom procesa gašenja ili karburizacije. Vanjska površina valjka također bi trebala proći oksidaciju, ali nakon mljevenja, pod metalografskim mikroskopom nije primijećen oksidni sloj, a unutarnja rupa nije prerađena za zadržavanje oksidnog sloja.
Na vanjskoj površini valjka postoji veliki broj grubih martenzita i zaostalog austenita. XRD analiza pokazuje da količina zaostalog austenita doseže oko 20%, a pronađene su mikropele, što ukazuje na to da će se, čak i ako valjak ne lomi, površinski piling definitivno pojaviti nakon nastavljene uporabe tijekom određenog vremenskog razdoblja. Stvaranje grubih martenzita može biti posljedica pregrijavanja tijekom grijanja i gašenja, kao i pomiješanih kristalnih pojava uzrokovanih segregacijom sastava sirovine i zavoja strukture. Osim toga, postoje dva problema s obradom valjaka: 1) Površina unutarnje rupe valjka podvrgnuta je izmjeničnom zateznom naponu. Da bi se izbjeglo oštećenje umora, unutarnja rupa trebala bi imati malu hrapavost. Crtež zahtijeva hrapavost unutarnje rupe od 1 6. Hrabrost unutarnje površine oštećenog valjka značajno je previsoka. 2) Oblik koraka na oba kraja lomljenog valjka je različit, a izvor umora pojavljuje se na dubini koraka od 5 mm. Stoga, oblik koraka valjka također može imati određeni utjecaj na lom. Da bi se razjasnio ovo pitanje, potrebni su precizni mehanički proračuni.
3. Zaključak i prijedlozi
Prijelom ležajnih valjaka pripada lomu umora, što je uzrokovano jakom oksidacijom na površini tijekom karburizacije ili naknadnog postupka gašenja. Sloj oksida ne može podnijeti izmjenično opterećenje u servisnim uvjetima ležaja, tvoreći izvor umora u sloju unutarnjeg rupa oksida. Na vanjskoj površini postoji velika količina grubog martenzita i oko 20% zaostalog austenita, što je nenormalna struktura, a na vanjskoj površini pronađene su i mikropukotine. Na temelju gore navedenih rezultata analize predloženi su sljedeći prijedlozi za poboljšanje: 1) strogo kontroliranje temperature karbiniziranja i gašenja grijanja, posebno druge temperature zagrijavanja; Ispitivanje temperature ujednačenosti peći i prevencija oksidacije tijekom gašenja. Za gašenje opreme nakon dubokog karburizacije, JB/T {8929-1999 "Duboko karburiziranje" standarda ima stroge propise: temperaturna ujednačenost opreme za gašenje je manja od 10 stupnjeva; Mora se osigurati kontrolirana zaštitna atmosfera. 2) Provjerite jesu li bilo koje neprimjerene tvari pomiješane u karburizirajući medij kako bi se spriječila oksidacija tijekom procesa karbiniziranja. 3) Hladni tretman ležajeva može se uzeti u obzir kako bi se poboljšala hrapavost obrade unutarnjih rupa valjka i poboljšala oblik koraka. Nakon usvajanja gore navedenih prijedloga, valjci se nisu slomili tijekom upotrebe.
2025. svibnja4.Tjedan preporuka WBM proizvoda:
Rezač:
WBM proizvodi konusne kolutne matrice s visokom učinkovitošću i automatizacijom. Valjci se formiraju na jednom automatskom preša za hladno glavu i hrani se, režu i udaraju u matricu na pet koraka.
Možemo proizvesti različite vrste i veličine konusnih koluta s osiguranjem kvalitete, uključivati: kombinirani udarac, vanjski čahure, oštricu, kombinirani udarac, cilindar za dovod, kombinirane matrice, dvostruki sloj rukava, umetnite.
