Wpływ wybranych wariantów obróbki cieplnej na strukturę i właściwości stali stosowanej na elementy sprężyste

• Autorzy: Drozd K. , Weroński A.

Warianty tytułu

EN

Influence of heat treatment processes upon structure and properties of spring steel elements

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Łączniki sprężyste są elementami szeroko stosowanymi w pojazdach i maszynach do akumulacji energii. W szczególności są wykorzystywane jako resory, sprężyny, wałki skrętne i inne. Pomimo stosowania od wielu lat, problemy ich trwałości wynikające z różnej budowy strukturalnej nie są do końca rozpoznane, szczególnie w zakresie wytrzymałości zmęczeniowej. W dalszym ciągu występuje wiele zagadnień, trudnych do rozwiązania, które wpływają na proces optymalizacji konstrukcji [1, 2]. W pracy przedstawiono analizę wpływu obróbki cieplnej na strukturę warstw wierzchnich i właściwości zmęczeniowe na zginanie 3 serii próbek wykonanych ze stali 50HS używanej do wytwarzania piór resorowych. Zaobserwowano podobnej wartości naprężenia odpowiadające granicy zmęczenia (1000 - 1030 MPa) dla próbek o porównywalnej twardości (400 - 420 HB). W miarę zwiększania obciążenia próbki z serii 3, a szczególnie z serii 2, charakteryzowały się mniejszą trwałością zmęczeniową w porównaniu z serią 1. Graniczna liczba cykli zmęczeniowych o dużej wartości ok. 8x10 5 spowodowana była małym (2 x 20 mm) przekrojem poprzecznym badanych próbek. Zaobserwowano różnice mikrotwardości w warstwie wierzchniej o głębokości do 0,6 mm spowodowane odwęglającym oddziaływaniem środowiska pieca przez różny czas.

EN

The most widely used elements for accumulation of displacement energy are spring elements. There are not known problems of influences of different structures on springs' element durability (especially fatigue resistance), however it was used for many years [1, 2]. This is a study of heat treatment depending on surface layers microstructure and bending fatigue properties of 3 series samples of high strength steel 50 HS used for leaf springs. The fatigue test results indicated that the fatigue limits were nearly the same (1000 - 1030 MPa) when hardness of samples was comparable (400 - 420 HB). However under higher fatigue stress samples of series 3, and especially series 2, shows shorter fatigue life in comparison with series 1. Limit fatigue life was long (8x10 5 cycles) because of small cross section (2 x 20 mm) of samples used to investigation. The microhardness of 0.6 mm depth surface layer were different because of influence of decarburization during heat treatment in environment of furnace.

Słowa kluczowe

PL

elementy sprężyste; obróbka cieplna; stal; stale sprężynowe; badania zmęczeniowe; badania właściwości sprężystych

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Inżynieria Materiałowa
• Rocznik: 2005
• Tom: Vol. 26, nr 2
• Strony: 84--87
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Drozd K.

• Katedra Inżynierii Materiałowej, Politechnika Lubelska

autor

Weroński A.

• Katedra Inżynierii Materiałowej, Politechnika Lubelska

Bibliografia

• [1] McCaflin D., Fatemi A.: Torsional deformation and fatigue of hardened steel including mean stress and stress gradient effects. International Journal of Fatigue vol. 26 (2004) 773-784
• [2] Schultz B. A., Moran A. L.: Fatigue failure of an F/A-18 fin retainer spring. Engineering Failure Analysis vol 8 (2001) 167-172
• [3] Meissner M., Wanke K.: Handbuch Federn, Berechnung und Gestaltung im Maschinen- und Geratebau. VEB Yerlag Technik, Berlin 1993
• [4] Steinhilper W., Roper R.: Maschinen und Konstruktionselemente III. Springer Verlag, Berlin 1996
• [5] Lee C. S., Lee K. A., Li D. M., Yoo S. J., Nam W. J.: Microstructural influence on fatigue properties of a high-strength spring steel. Materials Science & Engineering vol. A241 (1998) 607-612
• [6] Yang S. H., Kou S. Q., Deng C. P.: Research and Application of Precision Roll-forging Taper-leaf Spring of Vehicle. Journal Of Materials Processing Technology vol. 65 (1997) 268-271
• [7] Drozd K., Weroński A.: Zmiany struktury i właściwości warstwy wierzchniej stali resorowej w wyniku wielokrotnego grzania w procesach technologicznych. Inżynieria Powierzchni l (2002) 22-30
• [8] Mukhopadhyay N. K., Das S. K., Ravikumar B., Ranganath V. R., Chowdhury S. G.: Premature Failure of a Leaf Spring due to Improper Materials Processing. Engineering Failure Analysis vol. 4 (1997) 161-170
• [9] Weroński A., Hejwowski T.: Thermal Fatigue of Metals, Marcel Dekker Inc., New York 1992
• [10] Drozd K., Weroński A.: Technologia kształtowania odporności stali resorowej na obciążenia dynamiczne przy niskich temperaturach. Inżynieria Materiałowa 6 (2003) 295^298
• [11] Bergengren Y., Larsson M., Melander A.: The influence of machining defects and inclusions on the fatigue properties of a hardened spring steel. Fatigue and Fracture of Engineering Materials and Structures vol. 18 (1995) 1071-1087
• [12] Bertrand C., Molinero J., Landda S., Elvira R., Wild M., Batmold G., Yalentin P.. Schiffer H.: Metallurgy of plastic inclusions to improve fatigue life of engineering steels. Ironmaking and Steelmaking vol. 30 (2003) 165-169
• [13] Nam W. J., Lee C. S., Bań D. Y.: Effects of alloy additions and tempering temperature on the sag resistance of Si—Cr spring steels. Materials Science and Engineering vol. A289 (2000) 8-17
• [14] Pustaić D., Cajner F.: Influence of two different heat treatment procedures on mechanical and fracture properties of 65Si7 steel. Inżynieria Materiałowa - 5 (2001) 733-736
• [15] Burakowski T., Wierzchoń T.: Inżynieria powierzchni metali: podstawy. urządzenia, technologie. Wyd. WNT, Warszawa 1995
• [16] Niezgodziński M. E., Niezgodziński T.: Wzory, wykresy i tablice wytrzymałościowe. WNT, Warszawa 1999
• [17] Shin J-C, Lee S., Ryu J. H.: Correlation of microstructure and fatigue properties of two high-strength spring steels. International Journal of Fatigue vol. 21 (1999) 571-579
• [18] Nishijima S., Kanazawa K.: Stepwise S-N curve and fish-eye failure in gigacycle fatigue. Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Strucrures vol. 22 (1999) 601-607
• [19] Maciejny A.: Kruchość metali. Wyd. Śląsk, Katowice 1973
• [20] Kocańda S., Szala J.: Podstawy obliczeń zmęczeniowych. Wyd. PWN, Warszawa 1997
• [21] Suresh S.: Fatigue of materials. Cambridge University Press, Cambridge 1991
• [22] Beretta S., Murakami Y.: Statistical analysis of defects for fatigue strength prediction and quality control of materials. Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures vol. 21 (1998) 1049-1065
• [23] Okrajni J. (red.): Laboratorium mechaniki materiałów. Wyd. Politechniki Śląskiej, Gliwice 2003