40CrNiMoA钢不同微观组织与S-N曲线关系研究
弘超对于各类合金结构用钢、碳素钢技术处理很良好的售后服务，特别注重技术的处理，在这里跟各位用户朋友分享关于合金结构用钢的技术方面的问题，对于40CrNiMoA合金结构用钢，用超声疲劳实验方法测定了40CrNiMoA钢不同微观组织在105-108周次范围内的疲劳寿命(S-N)曲线，研究了在超声振动周围下，微观组织对高周及超高周疲劳性能的影响。用JXA-840A型扫描电子显徽镜对不同微观组织、不同循环周围的超声疲劳试样断口进行分析，观察断口宏观和微观形貌，确定超声疲劳裂纹产生的位置，研究超声疲劳裂纹萌生及裂纹扩展行为。此外，应用线性回归方法检测了40CrNiMoA合金钢不同微观组织在10P1012周次范周内的疲劳寿命。
合金结构用钢的设计，在40CrNIMoA微观结构设计上，主要是针对超声焊接合金钢工具头，使用材料为40crNiMaA,工具头工作频率为20kHz。工具头工作时，有的刚产生振动就断裂、有的使用寿命极短，不到l小时筑不能实现超声搬动而不得不报废，经过专业的分析结果表明，失效工具头内部组织中存在着裂纹。裂纹的产生有的是由于较粗大的马氏体组织引起的，如图4.1.1(a)和(b)有的是由于夹杂物引起的，如图4.1.2(a)和(b)。
在超声焊接中，工具头在共振频率下做纵向固有振动，承受高频率变载荷。当振动能量通过连续介质传播时，遇到裂纹会产生反射和衍射，导致裂纹两唇面的碰撞效应减小，能量衰减剧增、从而无法实现超声能量的传递。夹杂物的存在不但降低材料的性能，而且对超声能量的传播起到很大的耗散衰减作用，当工具钢头受高频振动的纵向拉压应力作用时，夹杂物处作为材料的薄弱环节，必然成为裂纹源，首先萌生裂纹，然后在交变循环应力作用下，不断地向前扩展，达到临界裂纹长度。裂纹尖端应力强度因子超过材料的断裂门槛值，裂纹便失稳扩展，材料发生断裂。由于声能在连续介质中传播，当到达显微裂纹处时，这些多而细小的微裂纹会对声能产生强烈的反射和衍射作用，并且在应力作用下会不断扩展，积累到一定程度，细小的微裂纹逐渐汇合，形成宏观裂纹。此外，工件在超声振动状态下，裂纹扩展速率非常快。因此一旦工具头内部出现微裂纹，便很快失稳扩展导致工具头失效。
超声焊接工具头之所以使用寿命短，主要是由于内部存在较多的夹杂物以及微观组织不够理想造成的。由于工具头在焊接过程中，承受的振幅最大，要延长其使用寿命，必须尽量减少微裂纹的产生和降低裂纹扩展速率，队提高其超声疲劳性能，因此，对于超声焊接工具头材料必须严格控制钢中夹杂物．在钢内夹杂物不超标的情况下，提高工具头使用寿命的重点就在于：在超声振动条件下，具有怎样的微观组织其超声疲劳性能最佳。
为了进行对比研究，论文制定了4种热处理工艺方案，目的是研究不同的微观组织以及晶粒大小对超声疲劳性能的影响．热处理工艺制度如下：
工艺1：900℃淬火-200℃回火。
工艺2：840℃淬火- 640℃回火一840℃淬火一200℃回火。
工艺3：840'C淬火一640℃回火一840℃淬火一440℃回火。
工艺4：840℃淬火--640℃回火一840℃淬火-640℃回火。
在以上热处理工艺中，每组工艺试样均为15个，且淬火前所有试样的原始组织，状态均相同。试样的加热均是在箱式炉中进行，为防止工件表面氧化，在表面涂上防氧化保护层，其牌号为3160。由于疲劳试样截面尺寸相差较大，为了减少淬火后残余应力及开裂倾向，均采用分级淬火，淬火介质为混合熔融硝盐，硝盐的组成为比例30%，KN03+70% KCL。
40cINiMoA合金钢的临界点A向为785℃，正常加热温度范围为830—850℃，所以工艺1的淬火加热温度明显高于正常淬火加热温度，因而必将带来较粗大的奥氏体晶粒，淬火后马氏体也必然粗大，工艺2为正常淬火加热温度且采用循环加热淬火，此工艺可获得细小的奥氏体晶粒，因为钢经过多次相变重结晶可使晶粒不断细化。通过工艺l与工艺2。可以研究晶粒尺寸对超声疲劳寿命的影响，回火温度不同，因而最终的组织不同，但三种工艺奥氏体晶粒尺寸基本相同，所以通过工艺2、3、4．可以研究不同的微观组织对超声疲劳性能的影响。
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资料来源：弘超模具科技有限公司结构钢事业部（技术部）【 浏览次数:83 】 【 加入时间:2012-10-25 17:00:51 】 【 关闭本页 】
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