Почему ваш гаечный ключ внезапно сломался? | MachineMFG

Почему ваш гаечный ключ внезапно сломался?

0
(0)

Динамометрический ключ в основном используется для закручивания болтов, и его крутящий момент обычно составляет 20%~90% от крутящего момента закручивания, который плавно регулируется.

При использовании сначала установите заданный крутящий момент, а затем потяните за рукоятку.

Когда крутящий момент достигнет заданного значения, гайковерт начнет слегка вибрировать и издавать отчетливый звук "дребезжания".

После того как динамометрический ключ использовался в течение 3 месяцев, сломался соединительный стержень между головкой и рукояткой.

Чтобы выяснить причину разрушения, исследователи провели ряд физико-химических проверок и анализов, а также усовершенствовали процесс термообработки, чтобы предотвратить повторение подобных проблем.

1. Физико-химический контроль

1.1 Макронаблюдения

Динамометрический ключ длиной 1180 мм с крутящим моментом 1200 Н - м.

Перелом произошел в месте соединения головки и рукоятки, как показано на рис. 1a).

Поскольку он расположен близко к головке гаечного ключа, напряжение здесь велико.

Рис. 1b) - это установленный внутри гайковерта соединительный стержень, который в основном используется для соединения головки и рукоятки, диаметром 16 мм и длиной 350 мм.

На рис. 1c) показана макроморфология поверхности излома динамометрического ключа, которая разделена на три области:

Зона I - зона источника трещин, расположенная на краю трещины и занимающая 1%~2% площади трещины;

Зона II - это зона усталостного расширения, которая имеет форму ярко-белого полумесяца с явными усталостными полосами и составляет 8%~10% от площади разрушения;

Зона III представляет собой переходную зону разрушения серого цвета с явными краями разрыва, составляющую около 90% площади разрушения.

Видно, что при разрушении шатуна на него действует большая сила, что относится к высоконапряженному малому циклу. усталостное разрушение.

Рис. 1 Место излома гаечного ключа, шатун и макроморфология излома

1.2 Анализ химического состава

Шатун изготовлен из 40Cr легированная сталь. Цилиндрический образец размером ϕ16 мм×12 мм берется вблизи поверхности разрушения.

После плоской шлифовки на шлифовальном станке и полировки на полировальной машине химический состав шатуна анализируется с помощью спектрометра прямого считывания.

Установлено, что его химический состав соответствует техническим требованиям 40Cr легированная сталь в разделе "Легированные конструкционные стали" (GB/T 3077-2015).

1.3 Испытание механических свойств

Твердость шатуна после закалка и отпуск термическая обработка 22~26HRC.

От шатуна отрезается участок образца размером ϕ10 мм×5 мм.

Растяжимость измерялась на универсальной машине для испытания материалов, а твердость - на твердомере Роквелла. Результаты приведены в таблице 1.

Прочность на разрыв, предел текучести, и удлинение шатуна не соответствуют техническим требованиям.

Таблица 1 Результаты испытаний механических свойств шатуна

Индекс производительностиПрочность на разрыв/МПаПредел текучести/МПаУдлинение после разрушения/%Харднесс/КПЧ
Стандартное значение≥960≥780≥1122~26
Измеренные значения8707247.524

1.4 Наблюдение микроструктуры

Вырежьте образец в районе излома шатуна, прокорродируйте его этанолом с азотной кислотой и рассмотрите под микроскопом.

Из рис. 2 видно, что темно-серая структура представляет собой закаленный сорбит, преобразованный из мартенсита после высокотемпературного отпуска, а ретикулярный феррит и ацикулярный феррит распределены параллельно на границе зерен родительского сплава. аустенит.

Сайт видманштаттен структура распределяется в зерне в форме перевернутого треугольника.

Феррит в структуре widmanstatten осаждается вдоль привычной плоскости родительского слоя аустенит, а индекс кристаллической плоскости привычной плоскости составляет {11 1} γ.

В условиях закалочного охлаждения, когда температура опускается до линии Ac3, для поддержания стабильности структуры излишки феррита "выгружаются" из твердого раствора в окружающее пространство, образуя сетеобразный феррит, что является типичной особенностью высокотемпературного превращения.

Чем медленнее скорость охлаждения, тем легче формируются сетевые ферриты и структуры Видманштаттена.

Шатун подвергается высокотемпературной трансформации в процессе охлаждения, что указывает на неразумный процесс его термообработки.

Рис. 2 Микроструктура излома шатуна

1.5 Анализ изломов

На рис. 3а) показана микроскопическая морфология начальной области излома.

Начальная область расположена на краю трещины. Вблизи источника трещины видны концентрические кольцевые линии бейнита.

Это типичный признак усталостного роста, указывающий на то, что форма разрушения относится к усталостному растрескиванию. Анализ энергетического спектра проводится на коробке из рис. 3а), как показано на рис. 3д).

Дифракционные пики Fe, Cr, Mn и O относительно очевидны, что указывает на то, что источник трещин не вызван включениями.

На рис. 3b) показана микроскопическая морфология зоны расширения, усталостная полосатость узкая, что свидетельствует о небольшом напряжении при расширении.

На рис. 3c) показана микроморфология переходной зоны разрушения с множеством овальных ямок, указывающих на то, что шатун был окончательно разрушен при растяжении.

Рис. 3 Микроморфология в различных положениях поверхности излома шатуна и Спектр EDS Площадь коробки на рис. 3a

2 Анализ и обсуждение

Анализ поверхности излома шатуна показывает, что поверхность излома принадлежит поверхность усталостного разрушениябез включений на поверхности излома и без царапин на поверхности, но предел прочности, предел текучести и удлинение не соответствуют техническим требованиям.

Из наблюдения за микроструктурой видно, что микроструктура на изломе представляет собой сетчатый феррит и видманштаттен, что свидетельствует о высокой температуре во время процесс закалки и отпускаАустенит в шатуне обладает высокой стабильностью, что приводит к образованию видманштаттена.

Во-вторых, время пребывания деталей от печи для термообработки до закалочная среда длинная, что приводит к осаждению феррита на границе зерен и образованию сети, которая снижает прочность и энергию взаимодействия границ зерен, тем самым увеличивая хрупкость материала.

Под действием внешней силы трещина зарождается и распространяется к границе зерен, где твердость феррита низкая, и граница зерен становится каналом распространения трещины.

Поэтому необходимо улучшить процесс термообработки шатуна.

3. Совершенствование процесса термообработки

Меры по улучшению процесса термообработки шатунов следующие:

(1) Температура закалки снижена с 880 ℃ до 830 ℃.

Более низкая температура закалки может увеличить неоднородность состава микрозоны аустенита, снизить термическую стабильность аустенита, уменьшить вероятность высокотемпературного превращения аустенита в ациклический феррит и способствовать раннему превращению аустенита в микрозоне;

(2) Сокращение времени выдержки позволяет избежать роста зерна аустенита и поверхности обезуглероживание при высокой температуре;

(3) В оригинальном процессе термообработки после того, как шатун нагревается в компактном ряду в печи на тележке, его необходимо закалить после загрузки в корзину.

Время передачи данных составляет около 180 с.

После улучшения шатун рассыпается и нагревается в печи с сетчатой лентой, которая может быстро попасть в закалочную среду.

Время переноса составляет около 8 с. Сокращение времени переноса может препятствовать осаждению сетчатого феррита, способствовать быстрому вхождению аустенитной структуры в зону низкотемпературного превращения и, таким образом, вызвать низкотемпературное мартенситное превращение;

(4) Шатун тонкий и длинный, напряжение после закалки относительно равномерное, и в нем нелегко образовать трещину.

В качестве исходной среды для закаливания используется обычная тушильное маслоСкорость охлаждения масла низкая в диапазоне 550~650 ℃, а средняя скорость охлаждения составляет всего 60~100 ℃/с.

Температурный диапазон находится на "носу" непрерывного преобразования Кривая C, который требует быстрого охлаждения.

После использования раствора полиалкиленгликоля (PAG) с массовой долей 12% скорость охлаждения ускоряется. 

Преобразование температуры среды в этом температурном диапазоне может быть уменьшено, так что более идеальная низкотемпературная структура мартенсита и можно получить большую глубину упрочненного слоя.

Таблица 2 Сравнение параметров процесса термообработки до и после улучшения

Параметры процессатемпература закалки/℃Время выдержки/минВремя передачи/сТемпература закалки/℃Закалочная среда
Оригинальный процесс88060180560обычное масло для тушения
Улучшение процесса830501056012% раствор PAG

Усовершенствованный процесс был использован для термообработки шатуна, после чего были проведены испытания его механических свойств.

Предел прочности на разрыв составил 1054 МПа, предел текучести - 880 МПа, удлинение - 12%, твердость - 23HRC, что соответствует техническим требованиям.

Микроструктура после термообработки показана на рис. 4.

В нем нет сетчатого феррита, структуры Видманштаттена или массивного феррита, а структура однородна и стабильна.

После улучшенной термической обработки шатун прослужил 18 месяцев без разрушения.

Рис. 4 Микроструктура шатуна после улучшенной термической обработки

4. Заключение

(1) Твердость шатуна соответствует требованиям, а предел прочности, предел текучести и удлинение не соответствуют техническим требованиям;

Микроструктура представляет собой закаленный сорбит+ретикулированный феррит+видманштаттен.

Трещина относится к усталостному разрушению. Трещина исходит от внешней поверхности шатуна, в месте образования трещины нет включений.

(2) Причиной разрушения шатуна является неквалифицированный процесс термообработки шатуна, что приводит к его низким механическим свойствам.

Процесс термообработки улучшается за счет снижения температуры закалки, сокращения времени выдержки и времени переноса, а также увеличения скорости охлаждения при закалке.

(3) После улучшенной термической обработки механические свойства и микроструктура шатуна соответствуют техническим требованиям, и шатун не сломался после 18 месяцев эксплуатации.

Насколько публикация полезна?

Нажмите на звезду, чтобы оценить!

Средняя оценка 0 / 5. Количество оценок: 0

Оценок пока нет. Поставьте оценку первым.

Так как вы нашли эту публикацию полезной...

Подписывайтесь на нас в соцсетях!

Сожалеем, что вы поставили низкую оценку!

Позвольте нам стать лучше!

Расскажите, как нам стать лучше?

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Прокрутить вверх