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    拉伸試驗疲勞試驗測試

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    瀏覽:- 發布日期:2020-10-14 15:09:09【

    拉伸強度是金屬注射成型材料的主要力學性能。


    鑒于MIM零件形狀設計的特殊規則(近凈成形),很明顯,制造的拉伸試樣不需要進行切削加工。


    這在節省費用與技術兩方面都有明顯好處。


    因為MIM通常是一種最終形或近終形制造工藝,其技術的優勢是試驗試樣的表面狀態和MIM零件實際出來的表面狀態一樣。


    這就是為什么MIM產業在初期階段就開發出了自己的拉伸試驗試樣的幾何形狀。這些MIM試樣,都是有美國金屬注射成型協會最早提出與設計的,并為ISO2740標準(關于此標準,見文末備注信息,我們的網站會上傳此標準的文檔,請關注)所采用,規定為粉末冶金的拉伸試驗試樣。


    歐洲的MIM零件生產廠家發現,倘若模具充填不均勻,在為了便于夾緊而在試驗試樣頂端開的孔處會形成焊接線或裂紋,這可能導致試驗試樣在標距長度以外發生斷裂。為了避免發生這種狀況,推薦增加了新的試樣,其形狀和MIM的差不多,但是在頂端沒有孔。

    歐洲MIM產業致力于按照有限元分析(FEA)與其他設計軟件提供給設計工程師以全面的材料性能數據。


    這些特性的測定,特別是疲勞性能的測定,是非常昂貴而且費時間的。


    因此,至今沒有幾個數據可用,但是,這也表明,熱處理MIM鋼件的疲勞性能潛力是很大的。


    2004年,EPMA和MPIF與JPMA一起創辦了網站:http://www.pmdatabase.com,提供給樂于了解自己設計項目的粉末冶金材料性能的設計工程師以標準參考資料。這個數據庫匯集了2007年以后MIM材料性能,對于注冊者可免費試用。


    高負載應用的MIM材料


    選擇了兩種鋼作為可熱處理的高強度材料的代表:沉淀硬化MIM-17-4PH不銹鋼與低合金鋼MIM-4340鋼。后者是常用的淬火與回火熱處理的代表。


    已經證明了用MIM工藝生產的這些鋼的高強度潛力,并且,可將其結果作為開發高負載應用的基礎。


    1.熱處理

    為了在高強度與硬度和足夠高的韌性和延展性之間能達到平衡,選擇了MIM-17-4PH與MIM-4340進行熱處理。


    MIM-17-4PH:固溶處理,1050℃。1H,在真空中;時效處理,480℃,4H,在空氣中。


    MIM-4340:正火,870℃,20min,在真空中;油淬火、回火,425℃,2H,在空氣中。


    2.疲勞強度

    為了使數據具有代表性,研究了由幾個MIM零件制造廠提供的實驗試樣。


    在頻率20Hz下,用戶R=0負載模式(拉-拉實驗),進行了軸向疲勞試驗。按照ISO2740,采用成型狀態下的拉伸試樣(即對試驗試樣標距長度的表面不進行切削加工、磨加工或拋光)。


    在2x105周下測定了疲勞極限。


    MIM-17-4PH得到的實驗結果如下圖所示。曲線表明一些生產廠家的試樣的疲勞壽命比另一些廠家的長。預料通過使制造、表面質量及熱處理最佳化,可改進疲勞壽命。測定的疲勞強度的下線為280MPa。

    MIM-17-4PH軸向疲勞試驗曲線(R=0)


    MIM-17-4PH軸向疲勞試驗曲線(R=0)

    (不同標記符號表示不同廠家)


    MIM-4340材料試樣的表面質量高,雖然總孔隙度為4%,但表面或表面下的空隙都很小。根據文獻報道,對于鍛壓的SAE4340材料,用同樣熱處理方法后用平面彎曲進行試驗,于106周下的疲勞強度約為660MPa。用MIM-4340材料的到的結果是,疲勞極限約為500MPa(如下圖)。

    MIM-4340軸向疲勞試驗曲線(R=0)


    MIM-4340軸向疲勞試驗曲線(R=0)


    這些結果都證明,倘若在MIM零件制造中特別小心的話,MIM材料的疲勞強度是可以達到期望值的。為了達到適當的疲勞性能,要特別注意模具處理,例如,模具的分型線(因為絕大多數失效都是沿著這條線發生的)與高得表面質量。


    焊接方法分熔焊、壓焊和釬焊三類,釬焊以其外形美觀、高效率和可實現異種金屬等特殊材料之間的連接等優勢,得到了廣泛的應用[6]。釬焊是采用熔點低于母材的釬料,在低于母材固相線、高于釬料液相線的操作溫度下,通過熔化的釬料將母材連接在一起的焊接技術[7]。相比熔化焊,釬焊接頭的強度較低,耐熱、耐腐蝕性能及疲勞性能較差,不適用于一般鋼結構和重載、動載機件的焊接[8]。萬能材料試驗機所用試樣尺寸較大,具有動態載荷大、加載精度低等問題。為此,微小型原位材料拉伸試驗機得到快速發展[9-12],其具有非常高的測量精度,不僅能夠實現低速率、低幅值施加載荷,還可借助顯微成像設備對試樣進行原位觀察,從而更加準 確地測試評價焊接件的疲勞性能與疲勞壽命。本研究開發了一種可用于疲勞試驗研究的原 位拉伸實驗臺,進而以典型釬焊結構件為示范開展 了拉壓疲勞試驗研究。另外,對比分析了焊接件試 樣在26 ℃、40 ℃和80 ℃環境中貯存后的拉壓疲勞 壽命,以及循環載荷對焊接件疲勞壽命的影響,最 終確定了焊接件疲勞試驗后斷口的顯微形貌與斷 裂特征。

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