Microscopium electronicum scanning adhibitum est ad fracturam lassitudinis observandam et mechanismum fracturae analysandum; simul, experimentum lassitudinis per rotationem flexionis in speciminibus decarburizatis ad diversas temperaturas peractum est ad vitam lassitudinis chalybis probati cum et sine decarburatione comparandam, et ad effectum decarburizationis in effectum lassitudinis chalybis probati analysandum. Resultata ostendunt, propter simul oxidationem et decarburizationem in processu calefactionis, interactionem inter duas, quae crassitudinem strati plene decarburizati cum incremento temperaturae auget et deinde decrescit, crassitudinem strati plene decarburizati valorem maximum 120 μm ad 750 ℃ attingentem, et crassitudinem strati plene decarburizati valorem minimum 20 μm ad 850 ℃ attingentem, limitem lassitudinis chalybis probati circiter 760 MPa esse, et fontem fissurarum lassitudinis in chalybe probato praecipue inclusiones non-metallicas Al2O3 esse. Modus decarburizationis vitam lassitudinis ferri probati magnopere minuit, quod proprietatem lassitudinis ferri probati afficit; quo crassior stratum decarburizationis, eo minor vita lassitudinis. Ut effectus strati decarburizationis in proprietatem lassitudinis ferri probati minuatur, temperatura optima curationis caloris ferri probati ad 850℃ constituenda est.
Instrumenta pars magni momenti autocineti suntOb operationem magna celeritate, pars superficiei dentatae inter se densa magnam firmitatem et resistentiam abrasionis habere debet, et radix dentis bonam resistentiam lassitudinis flexionis propter onus constantem repetitum habere debet, ne fissurae quae ad fracturam materiae ducunt. Investigationes ostendunt decarburizationem esse factorem magni momenti qui lassitudinem flexionis rotationis materiarum metallicarum afficit, et lassitudinem flexionis rotationis esse indicem magnum qualitatis producti, itaque necesse est mores decarburizationis et lassitudinis flexionis rotationis materiae probatae studere.
In hac dissertatione, furnus tractationis caloris in experimento decarburizationis superficiei chalybis dentati 20CrMnTi adhibito, diversas temperaturas calefactionis in profunditate strati decarburizationis chalybis examinati legis mutantis analyzat; machina examinationis lassitudinis trabis simplicis QBWP-6000J adhibita in experimento lassitudinis flexionis rotatoriae chalybis examinati, determinationem efficaciae lassitudinis chalybis examinati, et simul ad effectum decarburizationis in efficaciam lassitudinis chalybis examinati analysandum pro actuali productione, ad processum productionis emendandum, qualitatem productorum augendam, et referentiam rationabilem praebendam. Efficacia lassitudinis chalybis examinati machina examinationis lassitudinis flexionis rotatoriae determinatur.
1. Materiae et methodi probationis
Materia probationis ad chalybem dentatum 20CrMnTi praebendum, cuius compositionis chemica principalis in Tabula 1 demonstratur. Examen decarburizationis: materia probationis in specimen cylindricum Ф8 mm × 12 mm tractatur, superficies nitida sine maculis esse debet. Fornax tractationis caloris ad 675 ℃, 700 ℃, 725 ℃, 750 ℃, 800 ℃, 850 ℃, 900 ℃, 950 ℃, 1000 ℃ calefacta est, in specimen immissa et per horam manet, deinde aere ad temperaturam ambientem refrigerata est. Post tractationem caloris, specimen per fixationem, trituram, et polituram cum solutione alcoholis acidi nitrici 4% erosionis peractum, microscopio metallurgico adhibito, stratum decarburizationis chalybis probationis observatur, et profunditatem strati decarburizationis ad varias temperaturas metitur. Examen lassitudinis flexionis rotationis: materia examinata secundum requisita processus duorum gregum speciminum lassitudinis flexionis rotationis adhibitum est. Primus grex experimentum decarburizationis non peragit, secundus grex experimentum decarburizationis ad diversas temperaturas perficit. Machina examinationis lassitudinis flexionis rotationis adhibita, duo greges chalybis examinati ad experimentum lassitudinis flexionis rotationis adhibiti, limes lassitudinis duorum gregum chalybis examinati determinatus, vita lassitudinis duorum gregum chalybis examinati comparata, microscopio electronico perlustrante observatione fracturae lassitudinis adhibita, causae fracturae speciminis analysatae, et effectus decarburizationis in proprietates lassitudinis chalybis examinati exploratus.
Tabula 1 Compositio chemica (fractio massae) chalybis probati (wd%)
Effectus temperaturae calefactionis in decarburationem
Morphologia ordinationis decarburizationis sub variis temperaturis calefactionis in Figura 1 ostenditur. Ut ex figura videri potest, cum temperatura ad 675°C est, stratum decarburizationis in superficie exempli non apparet; cum temperatura ad 700°C ascendit, stratum decarburizationis in superficie exempli apparere incipit, cum tenue stratum decarburizationis ferriteae appareat; cum temperatura ad 725°C ascendit, crassitudo strati decarburizationis in superficie exempli significanter augetur; ad 750°C crassitudo strati decarburizationis maximum valorem attingit, quo tempore granum ferriteae clarius et crassius est; cum temperatura ad 800°C ascendit, crassitudo strati decarburizationis significanter decrescere coepit, eius crassitudo ad dimidiam partem valoris 750°C cecidit; cum temperatura ad 850°C ascendere pergit et crassitudo decarburizationis in Figura 1 ostenditur. Ad 800°C, plena crassitudo strati decarburizationis significanter decrescere coepit, eius crassitudo ad 750°C dimidia cecidit; Cum temperatura ad 850°C et supra pergat ascendere, crassitudo strati decarburizationis plenae chalybis probati pergit decrescere, dimidia crassitudine strati decarburizationis paulatim crescere coepit, donec morphologia strati decarburizationis plenae tota evanescat, dimidiaque morphologia strati decarburizationis paulatim evanescat. Videtur crassitudinem strati decarburizationis plenae cum temperatura crescente primum augeri, deinde diminui. Huius phaenomeni causa est quod specimen in processu calefactionis simul oxidationem et decarburizationem patitur; solum cum celeritas decarburizationis celerior est quam celeritas oxidationis, phaenomenon decarburizationis apparebit. Initio calefactionis, crassitudo strati decarburizationis plenae paulatim crescit cum temperatura crescente, donec crassitudo strati decarburizationis plenae valorem maximum attingat. Hoc tempore, cum temperatura pergat elevari, celeritas oxidationis speciminis celerior est quam celeritas decarburizationis, quod incrementum strati decarburizationis plenae inhibet, quod deorsum inclinat. Patere potest, intra intervallum 675 ～950 ℃, crassitudinem strati plene decarburati ad 750 ℃ maximum esse, et crassitudinem strati plene decarburati ad 850 ℃ minimum esse; ergo temperatura calefactionis chalybis probati 850 ℃ esse commendatur.
Fig. 1 Histomorphologia strati decarburati chalybis probati, ad varias temperaturas calefactionis per horam unam retenti.
Crassitudo strati plene decarburati comparata cum strato semi-decarburato, gravius negative proprietates materiae afficit, proprietates mechanicas materiae magnopere minuens, ut puta firmitatem, duritiam, resistentiam attritionis et limitem lassitudinis minuens, et cetera, et etiam sensibilitatem ad fissuras augendam, qualitatem soldadurae afficiens, et cetera. Ergo, crassitudinem strati plene decarburati moderari magni momenti est ad efficaciam producti emendandam. Figura 2 curvam variationis crassitudinis strati plene decarburati cum temperatura ostendit, quae variationem crassitudinis strati plene decarburati clarius demonstrat. Ex figura videri potest crassitudinem strati plene decarburati tantum circiter 34μm esse ad 700℃; temperatura ad 725℃ ascendente, crassitudo strati plene decarburati significanter ad 86 μm augetur, quod plus quam bis crassitudinis strati plene decarburati ad 700℃ est; Cum temperatura ad 750°C elevatur, crassitudo strati plene decarburati... Cum temperatura ad 750°C ascendit, crassitudo strati plene decarburati maximum valorem 120 μm attingit; dum temperatura pergit crescere, crassitudo strati plene decarburati acriter decrescere incipit, ad 70 μm ad 800°C, deinde ad minimum valorem circiter 20 μm ad 850°C.
Fig. 2 Crassitudo strati plene decarburati ad temperaturas diversas
Effectus decarburizationis in effectum lassitudinis in flexione rotatoria.
Ad effectum decarburizationis in proprietates lassitudinis chalybis elastici investigandum, duo greges probationum lassitudinis flexionis rotatoriae peracti sunt. Primus grex probationem lassitudinis directe sine decarburizatione fecit, secundus grex probationem lassitudinis post decarburizationem ad eundem gradum tensionis (810 MPa) fecit, et processus decarburizationis ad 700-850 ℃ per 1 horam habitus est. Primus grex speciminum in Tabula 2 ostenditur, quae vita lassitudinis chalybis elastici ostendit.
Vita lassitudinis primi gregis speciminum in Tabula II ostenditur. Ut ex Tabula II videri potest, sine decarburatione, chalybs probatus tantum 107 cyclis ad 810 MPa subiectus est, et nulla fractura accidit; cum gradus tensionis 830 MPa excessisset, quaedam specimina frangi coeperunt; cum gradus tensionis 850 MPa excessisset, omnia specimina lassitudinis fracta sunt.
Tabula 2 Vita lassitudinis sub variis gradibus tensionis (sine decarburatione)
Ad limes lassitudinis determinandum, methodus gregalis adhibita est ad limitem lassitudinis chalybis probati determinandum, et post analysin statisticam datorum, limes lassitudinis chalybis probati est circiter 760 MPa; ad vitam lassitudinis chalybis probati sub variis tensionibus describendam, curva SN delineata est, ut in Figura 3 demonstratur. Ut ex Figura 3 videri potest, diversi gradus tensionis diversis vitae lassitudinis respondent; cum vita lassitudinis 7 est, numero cyclorum 107 respondet, quod significat specimen sub his condicionibus per statum transire, valor tensionis correspondens proxime aestimari potest ut valor roboris lassitudinis, id est 760 MPa. Videtur curvam S-N magni momenti esse ad vitam lassitudinis materiae determinandam, valorem referentialem magni momenti habens.
Figura 3 Curva SN probationis experimentalis lassitudinis flexionis rotatoriae chalybis
Vita lassitudinis secundi gregis speciminum in Tabula 3 monstratur. Ut ex Tabula 3 videri potest, postquam chalybs probatus variis temperaturis decarburizatus est, numerus cyclorum manifeste reducitur, et plus quam 107 est, et omnia specimina lassitudinis fracta sunt, vita lassitudinis magnopere redacta. Cum supradicta crassitudine strati decarburati cum curva mutationis temperaturae coniuncta, crassitudo strati decarburati 750℃ maxima est, quae infimo valori vitae lassitudinis respondet. Crassitudo strati decarburati 850℃ minima est, quae valore vitae lassitudinis relative alto respondet. Videtur decarburizationis modum actionis lassitudinis materiae magnopere reducere, et quo crassius stratum decarburatum, eo minorem vitam lassitudinis.
Tabula 3 Vita lassitudinis ad varias temperaturas decarburizationis (560 MPa)
Morphologia fracturae lassitudinis speciminis microscopio electronico perlustrativo observata est, ut in Figura 4 demonstratur. In Figura 4(a) pro area fontis fracturae, arcus lassitudinis manifestus videri potest, secundum arcum lassitudinis ad fontem lassitudinis inveniendum, fons fracturae pro inclusionibus non-metallicis "oculi piscis" videri potest, inclusiones in concentratione tensionis facile efficientes, fissuras lassitudinis efficientes; in Figura 4(b) pro morphologia areae extensionis fracturae, striae lassitudinis manifestae videri possunt, distributio fluvialis similis, ad fracturam quasi-dissociativam pertinet, cum fissurae expandantur, tandem ad fracturam ducunt. Figura 4(b) morphologiam areae expansionis fracturae ostendit, striae lassitudinis manifestae in forma distributionis fluvialis similis videri possunt, quae ad fracturam quasi-dissociativam pertinet, et cum expansione continua fissurarum, tandem ad fracturam ducunt.
Analysis fracturae lassitudinis
Fig. 4. Morphologia SEM superficiei fracturae lassitudinis chalybis experimentalis.
Ad genus inclusionum in Figura 4 determinandum, analysis compositionis spectri energiae peracta est, et eventus in Figura 5 monstrantur. Patet inclusiones non metallicas praesertim inclusiones Al2O3 esse, quod indicat inclusiones esse fontem principalem fissurarum ab inclusionum fissuris causatarum.
Figura 5 Spectroscopia Energiae Inclusionum Non-Metallicarum
Conclude
(1) Temperatura calefactionis ad 850°C posita crassitudinem strati decarburati ad minimum redigetur, quo effectus in effectum lassitudinis minuatur.
(2) Limites lassitudinis flexionis rotatoriae chalybis probati est 760 MPa.
(3) Fissurae chalybis probatae in inclusionibus non metallicis, praesertim mixtura Al₂O₃.
(4) Decarburatio vitam lassitudinis chalybis probati graviter minuit; quo crassior stratum decarburationis, eo brevior vita lassitudinis.
Tempus publicationis: XXI Iunii MMXXIV
