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拉伸试验疲劳试验测试

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浏览:- 发布日期:2019-10-14 15:09:09【

拉伸强度是金属注射成型材料的主要力学性能。


鉴于MIM零件形(xing)状(zhuang)设计(ji)的特殊规则(近(jin)净成形(xing)),很明显,制造的拉伸试样不需要(yao)进行切削加工。


这(zhei)在(zai)节省费用与技术两(liang)方面都有明显(xian)好处(chu)。


因为MIM通常是一种最终形或近终形制造工(gong)艺,其(qi)技术的优势是试验试样(yang)(yang)的表面(mian)状态和MIM零件实际出来的表面(mian)状态一样(yang)(yang)。


这(zhei)(zhei)就(jiu)是为什(shen)么(me)MIM产业在初期阶段就(jiu)开发出(chu)(chu)了自己的(de)拉(la)伸试验试样的(de)几(ji)何形状。这(zhei)(zhei)些MIM试样,都是有(you)美国金属注射成型(xing)协会(hui)最早提出(chu)(chu)与设计的(de),并为ISO2740标(biao)准(关于此(ci)标(biao)准,见文(wen)末备注信息(xi),我们的(de)网站会(hui)上传此(ci)标(biao)准的(de)文(wen)档,请关注)所采用,规定为粉(fen)末冶金的(de)拉(la)伸试验试样。


欧洲的(de)MIM零件生产厂(chang)家发现,倘若模(mo)具充填(tian)不均匀,在为了(le)便于(yu)夹紧而在试验试样顶端开的(de)孔(kong)(kong)处(chu)会形成焊(han)接线或裂纹,这可能导致试验试样在标(biao)距长度(du)以外发生断(duan)裂。为了(le)避免发生这种状(zhuang)况,推荐增(zeng)加了(le)新(xin)的(de)试样,其形状(zhuang)和(he)MIM的(de)差(cha)不多,但(dan)是在顶端没有(you)孔(kong)(kong)。

欧洲(zhou)MIM产业(ye)致力于按照有限元分(fen)析(xi)(FEA)与其他(ta)设计软件提供给设计工程师以全面的材料(liao)性(xing)能数据。


这些特性(xing)的(de)测定,特别(bie)是疲劳性(xing)能的(de)测定,是非常昂(ang)贵而且(qie)费时间的(de)。


因此(ci),至今没有(you)几个数据可用,但是(shi),这也表明,热处理MIM钢(gang)件的疲(pi)劳性能(neng)潜力是(shi)很大的。


2004年,EPMA和MPIF与(yu)JPMA一(yi)起创办了(le)网站(zhan):http://www.pmdatabase.com,提供给乐(le)于了(le)解(jie)自己(ji)设计(ji)项目的粉末冶金材(cai)料性能的设计(ji)工程师以(yi)标准参考资料。这个数据库汇(hui)集了(le)2007年以(yi)后MIM材(cai)料性能,对于注(zhu)册者可免费试用。


高(gao)负(fu)载应(ying)用(yong)的(de)MIM材料


选择(ze)了两种钢(gang)(gang)作为可热处(chu)理(li)的(de)高强度材(cai)料的(de)代(dai)表(biao):沉淀硬化MIM-17-4PH不(bu)锈钢(gang)(gang)与低合金(jin)钢(gang)(gang)MIM-4340钢(gang)(gang)。后(hou)者(zhe)是常用的(de)淬火与回火热处(chu)理(li)的(de)代(dai)表(biao)。


已经证(zheng)明了用MIM工艺生产(chan)的这些(xie)钢的高强度潜力,并且,可将其结果作为开发高负(fu)载应用的基础。


1.热处(chu)理

为了在高强度与硬度和足(zu)够高的(de)韧性和延(yan)展性之间能达到(dao)平衡,选择了MIM-17-4PH与MIM-4340进行热处理。


MIM-17-4PH:固溶处(chu)理(li),1050℃。1H,在(zai)真空中;时效处(chu)理(li),480℃,4H,在(zai)空气中。


MIM-4340:正(zheng)火,870℃,20min,在(zai)真空中;油淬火、回火,425℃,2H,在(zai)空气中。


2.疲劳强度

为了(le)使数据(ju)具有(you)代表性(xing),研究了(le)由几(ji)个MIM零(ling)件制(zhi)造厂提供的实验(yan)试样。


在频率20Hz下,用户(hu)R=0负载(zai)模式(拉(la)(la)(la)-拉(la)(la)(la)实验(yan)),进行(xing)了轴向疲劳试验(yan)。按照ISO2740,采用成型状态下的拉(la)(la)(la)伸试样(即对试验(yan)试样标距长度的表面不(bu)进行(xing)切削加工、磨加工或(huo)抛光)。


在2x105周下(xia)测(ce)定了疲劳极(ji)限(xian)。


MIM-17-4PH得到的(de)(de)实验结果如下图(tu)所示。曲线表明一些(xie)生产厂(chang)家的(de)(de)试样的(de)(de)疲劳(lao)寿命比(bi)另一些(xie)厂(chang)家的(de)(de)长。预料通过使制造、表面质(zhi)量及热处(chu)理最(zui)佳(jia)化,可改进(jin)疲劳(lao)寿命。测定(ding)的(de)(de)疲劳(lao)强度(du)的(de)(de)下线为280MPa。

MIM-17-4PH轴向疲劳试验曲线(R=0)


MIM-17-4PH轴(zhou)向疲(pi)劳试(shi)验(yan)曲线(R=0)

(不(bu)(bu)同标(biao)记符号表(biao)示不(bu)(bu)同厂家)


MIM-4340材(cai)(cai)料试(shi)样的表面(mian)(mian)(mian)质量高,虽然(ran)总孔隙(xi)度(du)为(wei)4%,但表面(mian)(mian)(mian)或表面(mian)(mian)(mian)下(xia)的空隙(xi)都很小。根据(ju)文献报道,对于锻压的SAE4340材(cai)(cai)料,用同样热处(chu)理方法(fa)后用平面(mian)(mian)(mian)弯曲进(jin)行试(shi)验,于106周下(xia)的疲劳强度(du)约为(wei)660MPa。用MIM-4340材(cai)(cai)料的到的结果是,疲劳极限约为(wei)500MPa(如(ru)下(xia)图)。

MIM-4340轴向疲劳试验曲线(R=0)


MIM-4340轴(zhou)向疲劳试验曲线(R=0)


这些结果都证(zheng)明,倘若在MIM零(ling)件制造中特(te)别小心(xin)的(de)话,MIM材(cai)料的(de)疲(pi)劳强(qiang)度(du)是(shi)可以达到(dao)期望值(zhi)的(de)。为了(le)达到(dao)适当的(de)疲(pi)劳性(xing)能,要特(te)别注意模(mo)具(ju)处理(li),例(li)如,模(mo)具(ju)的(de)分型线(因为绝大多(duo)数(shu)失效都是(shi)沿着这条线发生的(de))与高得表(biao)面质量。


焊(han)接(jie)(jie)方法(fa)分熔焊(han)、压焊(han)和钎(qian)焊(han)三类,钎(qian)焊(han)以其外(wai)形美观、高效率(lv)和可实现异种金属等(deng)特(te)殊(shu)材料(liao)之间的连接(jie)(jie)等(deng)优势,得到了广泛的(de)(de)(de)应用(yong)[6]。钎(qian)(qian)(qian)焊(han)(han)是采用(yong)熔(rong)(rong)点低(di)于母材(cai)(cai)的(de)(de)(de)钎(qian)(qian)(qian)料(liao),在(zai)低(di)于母材(cai)(cai)固相(xiang)线(xian)(xian)、高于钎(qian)(qian)(qian)料(liao)液(ye)相(xiang)线(xian)(xian)的(de)(de)(de)操作温度(du)下,通过熔(rong)(rong)化(hua)的(de)(de)(de)钎(qian)(qian)(qian)料(liao)将母材(cai)(cai)连接(jie)(jie)(jie)在(zai)一(yi)(yi)起(qi)的(de)(de)(de)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)技术[7]。相(xiang)比(bi)熔(rong)(rong)化(hua)焊(han)(han),钎(qian)(qian)(qian)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)头的(de)(de)(de)强度(du)较低(di),耐热、耐腐蚀性能及疲劳性能较差,不适用(yong)于一(yi)(yi)般钢结构和重载(zai)、动(dong)载(zai)机(ji)件的(de)(de)(de)焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)[8]。万能材(cai)(cai)料(liao)试(shi)(shi)验(yan)机(ji)所(suo)用(yong)试(shi)(shi)样尺寸较大,具有动(dong)态(tai)载(zai)荷(he)大、加载(zai)精度(du)低(di)等问题。为此,微小型原位(wei)材(cai)(cai)料(liao)拉(la)伸试(shi)(shi)验(yan)机(ji)得到快速(su)发展[9-12],其具有非常高的(de)(de)(de)测量(liang)精度(du),不仅(jin)能够(gou)实(shi)现低(di)速(su)率、低(di)幅值施加载(zai)荷(he),还可借助(zhu)显微成像设备对试(shi)(shi)样进(jin)行原位(wei)观察,从而(er)(er)更加准 确地测试(shi)(shi)评价焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)件的(de)(de)(de)疲劳性能与疲劳寿命。本研(yan)究(jiu)开发了一(yi)(yi)种可用(yong)于疲劳试(shi)(shi)验(yan)研(yan)究(jiu)的(de)(de)(de)原 位(wei)拉(la)伸实(shi)验(yan)台,进(jin)而(er)(er)以典型钎(qian)(qian)(qian)焊(han)(han)结构件为示范开展 了拉(la)压疲劳试(shi)(shi)验(yan)研(yan)究(jiu)。另(ling)外,对比(bi)分析了焊(han)(han)接(jie)(jie)(jie)件试(shi)(shi) 样在(zai)26 ℃、40 ℃和80 ℃环境中贮存后的拉压疲(pi)(pi)劳(lao) 寿命,以及循环载荷(he)对(dui)焊接(jie)件疲(pi)(pi)劳(lao)寿命的影响,最(zui) 终确定了焊接(jie)件疲(pi)(pi)劳(lao)试(shi)验后断(duan)(duan)口的显微形貌与断(duan)(duan) 裂特(te)征。

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