scio

Abstraktaĵo: Responde al la problemo de subnorma sorbado de fraka energio en gisitaj ŝtalpartoj el 30CrNiMo post malvarmigo kaj revenigo, la kaŭzoj de la subnorma sorbado de fraka energio estis analizitaj per metodoj kiel frakturanalizo, metalografia ekzameno, malmolecotestado kaj kemia konsistanalizo. La rezultoj indikis, ke la fraktursurfaco de la gisitaj ŝtalpartoj el 30CrNiMo estis intergrajna. Metalografia ekzameno rivelis, ke la grajnoj en la malvarmigita stato estis neegalaj, kun la ĉeesto de miksitaj grajnoj. Nb akumuliĝis ĉe la originalaj aŭstenitaj grajnlimoj por formi NbC, kiu ne nur reduktis la aktivecon de la grajnlimoj kaj malhelpis la migradon de la grajnlimoj, sed ankaŭ formis multajn duafazajn partiklojn, kiuj fiksis la grajnlimojn kaj firmigis la heredon de la grajnlimoj. Fine, tio kondukis al la krudiĝo de aŭstenitaj grajnoj, pliiĝo de la duktila-fragila transira temperaturo de la ŝtalo, kaj la formado de fragilaj transgrajnaj frakturoj kaj malalta fraka efikeco kiam la ŝtalo estis frapita je ĉambra temperaturo.

Ŝlosilvortoj: 30CrNiMo-ŝtalo; sorbado de frapa energio; intergrajna frakturo; NbC; apartigo de grenlimoj. 30CrNiMo-ŝtalo estas vaste uzata en minmaŝinaro pro sia alta hardiĝemo, bonegaj ampleksaj mekanikaj ecoj, kaj bonaj malvarmaj kaj varmaj laboraj ecoj. La produktada procezo de 30CrNiMo-gisŝtalaj partoj inkluzivas fandadon, normaligon (890℃×1h, aera malvarmigo), malvarmigon kaj revenigon (880℃ dum 1h, akva malvarmigo, 600℃ revenigo dum 2h). Dum funkciaj testoj, la sorbado de frapa energio estis subnorma (ĉiuj testvaloroj estis malpli ol 10J, multe sub la malsupra limo de la postulata valoro de 34J). La frapaj specimenoj estis prenitaj el unu-gisitaj testblokoj, kaj la specimeniglokoj estas montritaj en Figuro 1. Ĉi tiu artikolo determinis la kialojn de la subnorma sorbado de frapa energio de la gisŝtalaj partoj per laboratoriaj testoj kaj analizoj uzante skanan elektronan mikroskopion kaj optikan mikroskopion.

 

Fig.1 Specimenloko de la trafspecimenoj

 

 

1 Fizika kaj kemia inspektado

1.1 Mikroskopa morfologio de la fraktursurfaco

La fraktursurfaco de la frakturprovaĵoj estis observita per skana elektrona mikroskopo ZEISS EVO15. La morfologio de la fraktursurfaco estas montrita en Figuro 2. Kiel videblas el Figuro 2, la makroskopa morfologio de la fraktursurfaco estis nenormala, kun multaj malgrandaj ebenoj sur la fraktursurfaco, kiu estis klara intergrajna frakturo. Sub la skana elektrona mikroskopo, multaj strioj estis distribuitaj sur la malgrandaj ebenoj de la fraktursurfaco. Kiam plue pligrandigite, la strioj montris fendajn kaj kvazaŭfendajn trajtojn; la randoj ambaŭflanke havis kavetajn morfologiojn.

Fig.2 SEM-frakturmorfologioj de la normigita testita ŝtalo (a) makroskopa; (b) intergrajna frakturo; (c) ĵus fandita kristala mikrostrukturo; (d) kavetomorfologio (d) kavetomorfologio

 

1.2 Skanado de surfaco de energiospektro kaj analizo de konsisto

La energi-spektra analizilo X-Max50 estis uzata por fari mikro-arean konsistanalizon sur la striareo de la malgranda ebeno de la fraktursurfaco. La rezultoj estas montritaj en Figuro 3. Kiel videblas el Figuro 3, la rezultoj de la surfaca skanado de la fraktursurfaco montras, ke la distribuo de Nb estas malebena kaj ekzistas apartiga fenomeno. La rezultoj de la kvanta analizo montras, ke la Nb-enhavo ĉe la striareo estas 1.74%, kaj la Nb-enhavo inter la strioj estas tro malalta por esti detektita. La Nb-enhavo ĉe la striareo estas pli alta ol tiu en la ne-stria areo ĉirkaŭ ĝi.

Fig. 3 EDS-analizo ĉe malgranda ebena frakturo de la malvarmigita kaj hardita testita ŝtalo (a) rezultoj de surfaca skanado ĉe la franĝo; (b) rezultoj de kvantaj analizoj ĉe la franĝo kaj inter la franĝoj. (b) Rezultoj de kvantaj analizoj ĉe la franĝo kaj inter la strioj

 

1.3 Mikrostrukturo

Specimenoj estis prenitaj el la sama aro de ĵus fanditaj, normaligitaj, malvarmigitaj kaj harditaj specimenoj ĉe la sama loko. Ili estis gratitaj per 4%-a nitrata acida alkohola solvaĵo kaj poste ekzamenitaj sub ZEISS Imager.M2m optika mikroskopo. La rezultoj estas montritaj en Figuro 4. La ĵus fandita mikrostrukturo konsistas el intergrajnaj strioj kaj blokoj de ferito, kun acikula ferito kaj perlito ene de la grajnoj. La normigita mikrostrukturo estas ferito + perlito + grajneca bainito. La malvarmigita mikrostrukturo estas martensito + grajneca bainito. La hardita mikrostrukturo estas hardita sorbito.

Fig. 4 Mikrostrukturo de la testita ŝtalo sub malsamaj varmotraktadaj statoj (a) kiel fandita; (b) normaligita; (c) malvarmigita; (d) hardita (b) normaligita; (c) malvarmigita; (d) hardita

Grengrandeca inspektado estis farita sur la ĵus-gisitaj kaj malvarmigitaj mikrostrukturoj, kaj la rezultoj estas montritaj en Figuro 5. La grengrandeco de la ĵus-gisita mikrostrukturo estas malsupera al la grado 00 specifita en GB/T 6394-2017 "Metodo por Determini Mezan Grengrandecon de Metaloj", kaj la grengrandeco estas relative proksima al la grandeco de la malgrandaj ebenoj sur la fraktursurfaco. La grengrandeco de la malvarmigita mikrostrukturo estas ekstreme malebena, montrante duoblan grengrandecan karakterizaĵon.

 

1.4 Inspektado de kemia konsisto

Specimenoj estis prenitaj el la specimenoj de la fraktesto kaj la kemia konsisto estis inspektita per plasma emisia spektrometro 5110VDV kaj infraruĝa karbono-sulfura analizilo DK 606. La rezultoj estas montritaj en Tabelo 1. El Tabelo 1 videblas, ke la kemia konsisto de la fraktesto konformas al la postuloj de ŝtalo ZG30CrNiMo en JB/T 5000.6-2007 "Ĝeneralaj Teknikaj Kondiĉoj por Pezaj Maŝinoj - Parto 6: Gisitaj Ŝtalaj Partoj".

 

1.5 Malmoleca inspektado

La mikromalmoleco-testilo FM-310 estis uzata por testi la malmolecon de la fenda morfologia areo kaj la kaveta morfologia areo sur la fraktursurfaco de la fraktaj testaj specimenoj. La testa forto estis 0.98N, kaj la tentempo de la testa forto estis 10 sekundoj. Kvin testpunktoj estis elektitaj en ĉiu areo. La averaĝa malmoleco de la fenda morfologia areo estis 334HV0.1, kaj la averaĝa malmoleco de la kaveta morfologia areo estis 328HV0.1. Neniu signifa diferenco en malmoleco estis observita inter la du areoj.

 

2 Analizo kaj diskuto

La rezultoj pri kemiaj elementoj montras, ke la kemia konsisto de la gisŝtala parto plenumas la postulojn de ZG30CrNiMo-ŝtalo laŭ JB/T 5000.6-2007. La rezultoj de la malmolecotesto ekskludas la eblecon de neegala materiala malmoleco, kiu kaŭzas fiaskon de la energia sorbado de la frapo. La mikroskopa morfologio de la fraktursurfaco montras, ke la frakturtesta specimeno havas intergrajnan frakturon. La grandeco de la malgrandaj ebenoj sur la intergrajna fraktursurfaco estas relative proksima al la originala aŭstenita grenograndeco de la fandita stato, indikante, ke ekzistas fenomeno de heredo de la grenolimoj dum la varmotraktado de la gisŝtala parto. Ĝenerale parolante, la mova forto por migrado de la grenolimoj estas inverse proporcia al la kurbeca radiuso de la grenolimo. Ju pli granda la originala greno, des pli rekta la grenolimo, kaj la kurbeca radiuso estas preskaŭ senfina, des malpli probable estas, ke ĝi migros dum posta varmigo, kaj des pli probable estas, ke la originala grenolimo restos sendifekta. La rezultoj de la energia spektra inspektado montras, ke la Nb-enhavo ĉe la strioj estas pli alta ol tiu en la ĉirkaŭaj ne-striaj areoj, indikante, ke ekzistas Nb-apartigo en la ŝtalo. Nb estas forta karbid-formiga elemento kaj ekzistas plejparte en la formo de NbC-karbidoj en ŝtalo. Kiam estas precipitaĵoj ĉe la grenlimoj en ŝtalo, ili malfacile estas tute solvitaj je la ĝenerala varmotraktada temperaturo kaj tial ne povas esti eliminitaj [1]. La metalografiaj inspektaj rezultoj montras, ke ferito + perlito kaj grajnecaj bainitaj mikrostrukturoj formiĝis dum normaliga traktado. Por 30CrNiMo-ŝtalo, laŭ koncerna esplorado [2], pro la ĉeesto de altaj Cr, Ni, Mo kaj aliaj alojelementoj, ne-ekvilibra transformo povas okazi eĉ je relative malrapida malvarmiĝa rapideco. Post kiam bainito aŭ martensito formiĝas, laŭ la mikrostruktura hereda fenomeno de ŝtalo [3], posta normaligo aŭ malvarmigo kaj revenigo eble ne povos elimini ĉi tiun mikrostrukturon, rezultante en miksitaj grajnoj aŭ krudaj grajnoj en la varmotraktitaj specimenoj. Ĉar Nb havas la efikon pliigi hardeblecon kaj inhibicii la formadon de perlito, ĝi indikas, ke la apartigo de alojelementoj en la ŝtalo ne estis eliminita per normaligo, kaj la neegalaj grajnoj en la posta malvarmigita stato kaj la apero de miksitaj grajnoj ankaŭ indikas la ekziston de apartigo de alojelementoj. La apartigo de alojelementoj ĉe la grenlimoj povas ŝanĝi la migradajn karakterizaĵojn de la grenlimoj. Unuflanke, la apartigitaj alojelementoj ĉe la grenlimoj povas redukti la aktivecon de la grenlimoj kaj malhelpi ilian migradon. Aliflanke, ili povas formi pli da duafazaj partikloj por fiksi la grenlimojn kaj firmigi la heredon de la grenlimoj [4].

 

3 Konkludoj kaj sugestoj

1) Per la detekto kaj analizo de la fraktursurfaco de gisitaj ŝtalpartoj el 30CrNiMo, oni trovis, ke la neekvilibra transforma mikrostrukturo kaj grenlima heredo kaŭzita de alojelementa apartigo estas la rektaj kialoj de la malsukceso de frapenergia sorbado de la specimenoj. 2) Responde al la apero de neekvilibraj transformaj strukturoj kiel bainito en la specimenoj post normaligo, la normaliga procezo estis adaptita al izoterma kalcinado por malhelpi neekvilibran transformon, kio povas redukti la gradon de grenlima heredo kaj efike plibonigi la frapan rendimenton de la specimenoj.