浅谈EA4T轴钢的超声冲击强化

2018-12-28 10:23 | 作者:超超 |

轴是承受机车质量的关键部件。它在运行期间承受静态负载、动态负载并制动额外负载。失败的主要形式是疲劳损伤。近年来,随着铁路的高速重载,车轴的疲劳损伤越来越严重,对车辆的安全性能提出了严峻的挑战。疲劳损坏经常发生在表面或表面上,然后逐渐扩展到内部并最终导致整个部件失效,造成巨大的经济损失和安全隐患。因此,通过改变表面颗粒的结构、硬度或残余应力可以改善表面性能,从而减少或延迟轴的失效,这对于确保轨道运输的平稳通过是有利的。

目前,表面强化技术在实际生产中被广泛应用,以提高轴钢的表面性能。主要有喷丸强化、轧制强化和感应淬火。这些方法取得了很好的强化效果,但也存在一些局限性,如设备。大,低效,高污染,治疗效果尚未达到人们的期望。超声波冲击技术作为一种有效的表面处理方法,可以同时引起金属表面弹塑性变形,晶粒减少,硬度增加和变化。表面、的残余应力状态改善了金属的疲劳寿命和腐蚀性能;该超声波冲击装置体积小,重量轻,噪音小,污染少,成本低,能耗低;超声波冲击处理具有更快的速度和更深的加固层,可以引入。大的残余压应力不受工件形状的限制,也可以与其他设备结合形成生产线。因此,超声波冲击技术可应用于轴钢的表面强化,以提高其综合机械性能。本文主要研究超声波。冲击处理后EA4T轴钢的显微组织和硬度。

1试验材料和方法

测试采用欧洲标准EA4T车轴钢。需要对轴钢进行淬火和回火以获得均匀的回火索氏体结构,然后将超声波冲击强化工件切割成尺寸为15mm×10mm的圆柱形试样,进行研磨和抛光。最后,用4%硝酸溶液蚀刻。在VHX-1000超深度三维显微镜系统下观察微观结构。沿FM-2000维氏显微硬度计的横截面硬度测量样品。通过Leica DCM3D共聚焦显微镜测试样品的表面粗糙度。通过JEM-2100F场发射透射电子显微镜观察样品的表面层。工作电压为200kV,在离子稀释剂上变薄。

轴钢夹在车床主轴上,试样表面由超声冲击头加强。测试参数选择如下:冲击频率为20 kHz,工件旋转速度为820 r / min,冲击力为3次,功率分别选为120、150和180W。试验,其他工艺参数不变,观察强化试样的表面强化效果。2测试结果和分析

2.1表面粗糙度分析

在对样品进行超声波冲击处理后,表面发生了显着变化。

左侧是未处理工件的表面,右侧是强化工作台。

在表面上,您可以发现正确的部分具有更好的光泽,表面非常光滑。

不同功率下样品的表面粗糙度。粗糙度值是在样品的不同位置测量的平均值。 120、150、180W的三个幂的粗糙度值分别为3.87、0.71、0.58和0.51m。与未处理的样品相比,超声波冲击后样品的表面粗糙度显着降低,达到约6.5倍;随着冲击功率的增加,表面粗糙度逐渐减小。这是因为工具头。在高速冲击作用下,样品表面产生严重的塑性变形,峰谷之间的间隙越来越小,使样品的表面粗糙度降低。

2.2金相组织

纵向切割强化工件,在VHX-1000超深度三维显微系统下观察不同功率处理后样品的横截面金相组织。没有超声波冲击处理的样品是回火索氏体结构。细粒渗碳体分散在铁素体基体上,组织相对均匀。

在对在不同功率冲击下获得的样品的金相组织的横截面进行超声波冲击处理之后,在样品表面附近发生塑性变形,并且表面结构模糊。在金相显微镜下很难区分。显然精致;随着深度的增加,变形量逐渐减小,变形在同一方向上被分为过渡层、和矩阵,变形区与矩阵没有明显的边界。随着冲击力的增加,变形层的厚度增加,晶粒中的变形变得越来越严重,晶粒伸长率增加,并向芯部扩展;根据颗粒变形取向,可以粗略估计样品进行超声波冲击处理。 120、150、180W三次冲击后的变形层厚度分别为40、70和80m。随着冲击功率的增加,变形层的厚度单调增加,因为功率越高,每单位时间的输入测试。表面能量越多,变形越明显;当功率较小时,变形层的厚度迅速增加,变形层的厚度随着功率的增加而增加。添加逐渐减慢,由于样品表面连续增强,晶粒尺寸逐渐变小,晶界增大,阻力增加位错运动,样品继续塑性发生

2.3 TEM分析

EA4T轴钢样品表面层在180W功率作用下的TEM暗场图像及相应的选区电子衍射图。超声波冲击处理后,样品最外层转变为晶粒尺寸为40~50nm的均匀等轴纳米晶,选区电子衍射图表明纳米晶是随机分布的。2.4显微硬度

在不同功率下试样横截面的显微硬度沿厚度方向变化。 EA4T车轴钢基体的硬度约为310HV。经超声波冲击处理后,试样硬化,表面硬度显着增加,达到343、378和390HV。与基板相比,它分别增加了11%、22%和25%。当表面深度增加时,样品的硬度逐渐降低,最后硬度逐渐变得稳定,样品的硬度逐渐变化。随着冲击功率的增加,样品的表面硬度不断增加,硬化层的厚度不断增加。在一定的深度范围内,样品的硬度随着超声冲击功率的增加而增加。

浅谈EA4T轴钢的超声冲击强化

从样品显微硬度的变化可以看出,样品表面可以分为三个区域,即硬度快速下降区、,缓慢下降区和硬度稳定区,以及三个区域用金相组织观察了严重的变形层。、过渡层对应于矩阵。在三次幂的作用下,硬化层的厚度分别为40×10 77670和80μm,这与通过样品的微观结构测量的变形层厚度的变化一致。

2.5表面硬度改善机制

在材料的内部,变形通常分为位错滑移和机械孪晶。哪种变形方法主要取决于材料的堆垛层错能,因此存在不同堆垛层错材料的变形模式和变形结构。一定的差异。在本实验中,EA4T车轴钢属于中高位错位金属,塑性变形模式主要通过位错运动。在工具头的重复动作下,试样表面首先产生大量的位错,并穿过滑动件。、累积、相互作用、猝灭和重排形成位错壁和位错纠缠,这些位错壁和位错纠缠将原始晶粒分成较小的位错细胞;随着应变的增加,位错密度增加。为了降低系统的能量,高位错位将在位错壁附近淬火和重排,位错纠缠,使位错壁和位错纠缠发展成亚晶界。亚晶界的形成降低了位错密度,导致晶粒尺寸显着减小。随着应变进一步增加,碎片化的亚晶界或晶粒的进一步碎裂将继续使用相同的机制。正是这种碎片以较小的规模发生。晶界两侧的取向差异增大,晶粒取向趋于随机分布。同时,在运动过程中位错加剧,一方面位错增加。另一方面,线的长度产生障碍,例如固定的切向、位错纠缠,这将增加位错运动的阻力并增加变形阻力。为了使金属进一步塑性变形,必须增加外力。它增加了金属的强度。另外,在一定的深度范围内,材料的硬度是梯度,即,随着表面的深度增加,晶粒变薄并且表面的硬度逐渐降低。有传统金属材料的经验。该公式反映了材料硬度和晶粒尺寸的变化,这是Hall-Petch经验公式:Hv = H0 + Kd-1/2(1)其中:HV是硬度; d是粒径; H0,K是常数对于普通多晶材料K是正值。从Hall-Petch经验公式可知,材料的硬度随着晶粒尺寸的减小而增加。

3个结论

(1)轴钢经超声波冲击处理后,表面发生严重的塑性变形,晶粒细化,显微硬度梯度变大。随着表面深度的增加,变形逐渐减小,分为严重的变形层、过渡层和基体,变形区与基体没有明显的边界;

(2)随着超声冲击功率的增加,变形层的厚度增加,表面粗糙度降低,表面硬度增加。与未经超声波冲击处理的样品相比,样品表面在180W的功率作用下。硬度提高25%,表面粗糙度降低6.5倍,变形层厚度约为80μm,样品最外层转变为均匀的等轴纳米晶,粒径为40-50纳米;



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