Para estudiar el rendimiento, las reglas de los cambios de tamaño a bajas temperaturas, los cambios de microestructura y el agrietamiento de las capas superficiales del material del cuerpo de la válvula AISI 304 y la superficie de sellado que recubre las aleaciones duras Ni40 y Ni60 a bajas temperaturas, se llevaron a cabo las siguientes pruebas afuera:
- La prueba de gradiente de dureza desde el metal base hasta la capa superficial antes y después del tratamiento criogénico
- Pruebas de impacto y tracción AISI 304 a temperatura ambiente y bajas temperaturas
- Pruebas de impacto de metal base más capas de superficie con ranuras en diferentes posiciones a temperatura ambiente y bajas temperaturas
- El análisis metalográfico del metal base y las capas de superficie antes y después del tratamiento criogénico.
- El análisis del microscopio electrónico de barrido del metal base y las capas de superficie antes y después del tratamiento criogénico
- El análisis de fase XRD del metal base y las capas de superficie antes y después del tratamiento criogénico
El índice de rendimiento más importante de los materiales en servicio a bajas temperaturas es la tenacidad al impacto a baja temperatura. Es muy necesario determinar la tenacidad al impacto de las aleaciones duras de recargue superficial AISI 304 y AISI 304 a diferentes temperaturas a través de pruebas de impacto a temperatura ambiente y bajas temperaturas. Procese AISI 304 en una muestra de impacto estándar con una sección cuadrada de 55 mm de longitud y 10 mm x 10 mm de sección transversal, y una ranura en forma de V en el centro de la longitud de la muestra. El AISI 304 con superficie de aleación dura de Ni40 y Ni60 en la superficie se procesó en muestras de impacto de acuerdo con la Figura 1. El grosor de la capa de superficie y el metal base era de 5 mm cada uno. Se crea una ranura en forma de V en el lado del metal base y la superficie, el lado superpuesto de la capa de superficie y el material base para la muestra de prueba con superficie de aleación dura Ni40. La ranura en forma de V se crea en el lateral del material base de la muestra con una superficie de aleación dura de Ni60. La ranura en forma de V tiene un ángulo de 45°. Su profundidad es de 2 mm y su radio de curvatura inferior es de 0,25 mm. Las pruebas de impacto de ranura en forma de V de Charpy se llevan a cabo para cada muestra a temperaturas ambiente de -60 ℃, -100 ℃, -140 ℃ y -196 ℃. El equipo utilizado para la prueba de impacto a baja temperatura se muestra en la Figura 1.
Figura 1 El diagrama esquemático de muestras de impacto de metal base más capas de superficie
Coloque la muestra de impacto en la caja de baja temperatura provista con el probador de impacto de baja temperatura y sople nitrógeno líquido. La temperatura de la muestra sigue descendiendo. Después de enfriar a la temperatura especificada, manténgalo a esta temperatura durante 20 minutos. Luego, a través del dispositivo de empuje automático, la muestra de impacto se empuja desde la caja de baja temperatura a la mesa de muestras y se realiza la prueba de impacto.
Figura 2 Equipo de estiramiento a baja temperatura: (A) Dispositivos de refrigeración con nitrógeno líquido (B) Cámaras ambientales (C) Sistemas de control de temperatura
Para estudiar los cambios en la plasticidad y resistencia del AISI 304 a temperatura ambiente y bajas temperaturas, se midió el límite elástico, el alargamiento de la resistencia a la tracción después de la fractura y la reducción del área del AISI 304 a temperatura ambiente y bajas temperaturas mediante ensayos de tracción a temperatura ambiente. y -196℃. Las muestras y los métodos de prueba de la prueba de tracción a temperatura ambiente se llevan a cabo completamente de acuerdo con los métodos de prueba de tracción para materiales metálicos a temperatura ambiente en GB228-2002. El tamaño de la muestra es una muestra corta estándar de φ5 mm. Las muestras y los métodos de prueba de la prueba de tracción a baja temperatura se realizan de acuerdo con las pruebas de tracción a baja temperatura de materiales metálicos GB/T13239-2006, y el tamaño de la muestra también es una muestra corta estándar de φ5 mm. El equipo de prueba de tracción a baja temperatura se muestra en la Figura 2. (A) es el dispositivo de enfriamiento de nitrógeno líquido correspondiente. (B) es la estructura interna de la cámara ambiental de baja temperatura, y la muestra de tracción está en la cámara ambiental; el alambre de hierro es el termopar. (C) El lado izquierdo es la apariencia de la cámara ambiental y el lado derecho es el controlador de temperatura (que muestra una temperatura de -81 ℃). El tubo blanco en la parte posterior de la cámara ambiental es el tubo de suministro de nitrógeno líquido. Ha sido helado, por lo que es blanco. Durante la prueba, la muestra se sujeta en la máquina de prueba de tracción a baja temperatura y se vierte nitrógeno líquido en la cámara de baja temperatura. Manténgalo durante 20 minutos para realizar la prueba de tracción después de alcanzar la temperatura establecida.
2.Pruebas de microdureza
Utilice el probador de dureza Vickers MVC-1000B para medir el gradiente de dureza de AISI 304 más Ni40 y AISI 304 más Ni60 desde el material base hasta la capa de superficie antes y después del tratamiento criogénico, y resuma el impacto del tratamiento criogénico en la dureza de el material. La carga de trabajo del probador de dureza Vickers MVC-1000B es 1000g y su tiempo de carga es de 15 segundos. Primero, realice la prueba de dureza en cada muestra a temperatura ambiente y luego realice tratamientos criogénicos. Las temperaturas de tratamiento criogénico son -60°C, -100°C, -140°C y -196°C, y el tiempo de tratamiento criogénico es de 2 horas. Después del tratamiento criogénico, se realizó la prueba de dureza en cada muestra. Se compararon los cambios de dureza antes y después del tratamiento criogénico.
3.La influencia de las bajas temperaturas en la forma y el tamaño del material
Figura 1 El diagrama esquemático de muestras de impacto de metal base más capas de superficie
Coloque la muestra de impacto en la caja de baja temperatura provista con el probador de impacto de baja temperatura y sople nitrógeno líquido. La temperatura de la muestra sigue descendiendo. Después de enfriar a la temperatura especificada, manténgalo a esta temperatura durante 20 minutos. Luego, a través del dispositivo de empuje automático, la muestra de impacto se empuja desde la caja de baja temperatura a la mesa de muestras y se realiza la prueba de impacto.
Figura 2 Equipo de estiramiento a baja temperatura: (A) Dispositivos de refrigeración con nitrógeno líquido (B) Cámaras ambientales (C) Sistemas de control de temperatura
Para estudiar los cambios en la plasticidad y resistencia del AISI 304 a temperatura ambiente y bajas temperaturas, se midió el límite elástico, el alargamiento de la resistencia a la tracción después de la fractura y la reducción del área del AISI 304 a temperatura ambiente y bajas temperaturas mediante ensayos de tracción a temperatura ambiente. y -196℃. Las muestras y los métodos de prueba de la prueba de tracción a temperatura ambiente se llevan a cabo completamente de acuerdo con los métodos de prueba de tracción para materiales metálicos a temperatura ambiente en GB228-2002. El tamaño de la muestra es una muestra corta estándar de φ5 mm. Las muestras y los métodos de prueba de la prueba de tracción a baja temperatura se realizan de acuerdo con las pruebas de tracción a baja temperatura de materiales metálicos GB/T13239-2006, y el tamaño de la muestra también es una muestra corta estándar de φ5 mm. El equipo de prueba de tracción a baja temperatura se muestra en la Figura 2. (A) es el dispositivo de enfriamiento de nitrógeno líquido correspondiente. (B) es la estructura interna de la cámara ambiental de baja temperatura, y la muestra de tracción está en la cámara ambiental; el alambre de hierro es el termopar. (C) El lado izquierdo es la apariencia de la cámara ambiental y el lado derecho es el controlador de temperatura (que muestra una temperatura de -81 ℃). El tubo blanco en la parte posterior de la cámara ambiental es el tubo de suministro de nitrógeno líquido. Ha sido helado, por lo que es blanco. Durante la prueba, la muestra se sujeta en la máquina de prueba de tracción a baja temperatura y se vierte nitrógeno líquido en la cámara de baja temperatura. Manténgalo durante 20 minutos para realizar la prueba de tracción después de alcanzar la temperatura establecida.
2.Pruebas de microdureza
Utilice el probador de dureza Vickers MVC-1000B para medir el gradiente de dureza de AISI 304 más Ni40 y AISI 304 más Ni60 desde el material base hasta la capa de superficie antes y después del tratamiento criogénico, y resuma el impacto del tratamiento criogénico en la dureza de el material. La carga de trabajo del probador de dureza Vickers MVC-1000B es 1000g y su tiempo de carga es de 15 segundos. Primero, realice la prueba de dureza en cada muestra a temperatura ambiente y luego realice tratamientos criogénicos. Las temperaturas de tratamiento criogénico son -60°C, -100°C, -140°C y -196°C, y el tiempo de tratamiento criogénico es de 2 horas. Después del tratamiento criogénico, se realizó la prueba de dureza en cada muestra. Se compararon los cambios de dureza antes y después del tratamiento criogénico.
3.La influencia de las bajas temperaturas en la forma y el tamaño del material
- Procese AISI 304 en una muestra de φ10 x 22 mm. Mida su diámetro y longitud a temperatura ambiente y a una temperatura de -196 °C, y calcule la tasa de cambio de tamaño de AISI 304 en la dirección de la longitud y la dirección del diámetro a una temperatura de -196 °C.
- Procese AISI 304 en una muestra de simulación de disco de unválvulacon φ50 x 20 mm. La superficie es rectificada y lisa, y el acabado alcanza ∇10. Después de dos horas de tratamientos criogénicos a una temperatura de -196°C, la irregularidad de la superficie se mide con un micrómetro a temperatura ambiente. Una vez completada la medición, muela la superficie para que la suavidad alcance ∇10. Luego, mida la irregularidad de la superficie después de que la muestra se someta al tratamiento criogénico a una temperatura de -196 °C durante dos horas.
4.Observación de microestructuras
Para estudiar el efecto del tratamiento criogénico en la microestructura del material, se utilizaron el microscopio metalúrgico Nikon-MA100 y el microscopio electrónico de barrido ZEISS EVO 18 para observar AISI 304 y la capa de superficie Ni40 y Ni60 antes y después del tratamiento criogénico y MVC -Se utilizaron probadores de dureza Vickers 1000B para dejar la muesca en la muestra como una marca. Se compararon las fotos metalográficas y las fotos escaneadas cerca de la muesca antes y después del tratamiento criogénico. Los procesos de preparación de muestras fueron los siguientes:
Para estudiar el efecto del tratamiento criogénico en la microestructura del material, se utilizaron el microscopio metalúrgico Nikon-MA100 y el microscopio electrónico de barrido ZEISS EVO 18 para observar AISI 304 y la capa de superficie Ni40 y Ni60 antes y después del tratamiento criogénico y MVC -Se utilizaron probadores de dureza Vickers 1000B para dejar la muesca en la muestra como una marca. Se compararon las fotos metalográficas y las fotos escaneadas cerca de la muesca antes y después del tratamiento criogénico. Los procesos de preparación de muestras fueron los siguientes:
- Uso del corte con electrodos de alambre para cortar muestras
Corte muestras del área media de la capa de superficie de acuerdo con el diagrama esquemático que se muestra en la Figura 3; evitó cortar muestras en los puntos inicial y final del arco. El tamaño de la muestra fue de 15 x 15 x 15 mm, y la sección transversal de la muestra se muestra en la Figura 4.
- Pulido la muestra con papel de lija 200 a 1500#.
- Pulió la muestra con el agente de pulido.
- Reactivos químicos usados para corroer la muestra; el agente corrosivo seleccionado para AISI 304 fue HCI: HNO3=3:1; Ni40 y Ni60 sufrieron corrosión electrolítica. La solución de pulido fue ácido oxálico de 10g más 100mLH2O; el voltaje era de 6V; el tiempo fue de 10 segundos.
5.Análisis de fase XRD
Para estudiar más a fondo la influencia del tratamiento criogénico en el análisis de fase de los carburos cementados AISI 304, Ni40 y Ni60 antes y después del tratamiento criogénico, se realizó el análisis de fase antes y después del tratamiento criogénico utilizando un Shimadzu XRD-6000. difractómetro de rayos X. Se compararon los cambios de fase del material antes y después del tratamiento criogénico. Los procesos de preparación de muestras fueron los siguientes:
Para estudiar más a fondo la influencia del tratamiento criogénico en el análisis de fase de los carburos cementados AISI 304, Ni40 y Ni60 antes y después del tratamiento criogénico, se realizó el análisis de fase antes y después del tratamiento criogénico utilizando un Shimadzu XRD-6000. difractómetro de rayos X. Se compararon los cambios de fase del material antes y después del tratamiento criogénico. Los procesos de preparación de muestras fueron los siguientes:
- Se usó un corte de electrodos de alambre para cortar la muestra con un tamaño de 10 x 4 x 4 mm en el material base y la capa de superficie, respectivamente.
- Pulió la muestra con papel de lija de 200 a 600# para suavizar la superficie.
- Limpieza ultrasónica realizada.
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