連接柴油機凸輪軸與正時齒輪的42CrMo鋼板螺栓在試機過程中斷裂。對斷裂螺栓進行了宏觀檢驗、化學(xué)成分分析、硬度測定、金相檢驗和能譜分析。結(jié)果表明:螺栓的化學(xué)成分、顯組織和硬度均正常,但氧化物夾雜的含量較高,且 直徑達350μm,大大降低了螺栓的有效承載面積,導(dǎo)致其斷裂。
為調(diào)控離子滲氮滲層特性,獲得少脆性化合物層、厚韌性擴散層的滲氮層,提高離子滲氮滲層抗沖擊性和重載下的耐磨性,對42CrMo鋼板進行了添加量鈦的創(chuàng)新離子滲氮處理。利用光學(xué)顯鏡、SEM、XRD和顯硬度計對滲層的截面顯組織、表面形貌和成分、物相和截面硬度進行了測試和分析。結(jié)果表明:添加量鈦離子滲氮可顯著改善滲層特性,獲得少化合物層的高硬高韌滲氮層,同時顯著提高離子滲氮效率。
在540℃×4h工藝條件下,添加量鈦可使離子滲氮有效硬化層厚度顯著增加,由常規(guī)離子滲氮的225μm增加到380μm,即滲氮效率提高近70%;有效硬化層厚度提高的情況下,化合物層厚度反而減薄,由常規(guī)離子滲氮的19μm降低到10μm,即化合物層厚度降低了約50%;滲層中化合物層與有效硬化層之比值由常規(guī)離子滲氮的8.5%降低到2.6%。同時添加量鈦離子滲氮滲層中形成了高硬度強化相Ti N,使?jié)B層表面硬度由703HV0.05提高至895HV0.05。42crmo鋼板添加量鈦離子滲氮獲得了薄化合物層、高硬高韌、厚有效硬化層的優(yōu)良滲氮層特性,該滲層特性對改善離子滲氮零部件抗沖擊性和重載下的耐磨性具有重要研究和應(yīng)用價值。
針對淬火油污染嚴重、生產(chǎn)不因素等問題,介紹一種新型水基淬火介質(zhì),及替代傳統(tǒng)油淬的工藝。利用光學(xué)顯鏡、洛氏硬度計、 試驗機和沖擊試驗機等手段對不同規(guī)格的42CrMo鋼板在無機高分子水基淬火液中淬火再高溫回火后的組織及性能進行了研究,并分析了用無機高分子水溶性淬火介質(zhì)替代淬火油的可能性。結(jié)果表明,42CrMo鋼在淬火后的硬度值為55～56 HRC;回火后的硬度值為285 HBW;顯組織主要為粒狀索氏體。其抗拉強度、屈服強度、伸長率、斷面收縮率等力學(xué)性能均達到大型合金鋼鍛件的JB/T6396技術(shù)條件要求。因此,改進后的熱處理工藝可以更好地應(yīng)用于42CrMo鋼板的淬火,顯著提高了偏航齒圈綜合熱處理質(zhì)量。
42CrMo鋼板作為現(xiàn)代社會使用廣泛的材料之一,往往在服役環(huán)境中容易遭受腐蝕和磨損等破壞,使得其使用壽命大大降低。氣體滲氮（gas nitriding）是一種能夠顯著鋼鐵材料表面耐腐蝕性能和耐磨損性能的技術(shù)。但是其效率往往很低,也導(dǎo)致了其生產(chǎn)成本的增加。因此,越來越多的研究集中到了氣體滲氮效率上。鐵酸鑭是一種稀土鈣鈦礦氧化物,在催化領(lǐng)域的應(yīng)用前景也非常有潛力。本論文以42CrMo鋼為基體,在基體表面通過溶膠凝膠法預(yù)制備一層鐵酸鑭薄膜,這也是 次將鐵酸鑭引入到氣體滲氮中。并且研究了不同薄膜厚度、滲氮溫度以及不同混合氣體比例等參數(shù)的改變對滲層組織、結(jié)構(gòu)及性能的影響。
通過光學(xué)顯鏡（OM）和掃描電鏡（SEM）觀察樣品表面和橫截面結(jié)構(gòu)和形貌;通過X射線衍射儀（XRD）和能譜儀（EDS）表征滲氮層物相和化學(xué)成分組成;通過顯硬度計表征滲氮層顯力學(xué)性能和有效硬化層厚度;利用削盤式摩擦磨損儀和電化學(xué)工作站分別表征樣品耐磨損性能和耐腐蝕性能;后續(xù)利用超景深顯鏡觀察樣品摩擦磨損和電化學(xué)腐蝕形貌;通過X射線光譜（XPS）和透射電鏡（TEM）研究樣品表面化學(xué)和成鍵狀態(tài)及區(qū)形貌,討論了鐵酸鑭在氣體滲氮過程中催滲機理。42crmo鋼板結(jié)果表明,在樣品表面預(yù)制備一層鐵酸鑭薄膜后,可以有效地促進化合物層和有效硬化層增厚。霧化沉積鐵酸鑭薄膜樣品在550℃下氣體滲氮4h后,具有厚的化合物層和有效硬化層,厚度分別為15.29μm和305.8μm;此外,表面氮含量增加也使得表面硬度有了顯著,表面硬度 值為910.5HV0
針對具有不同淬硬層深度42CrMo鋼板軸承的許用接觸應(yīng)力大小不同的問題,采用線性回歸法建立 變形量與 接觸應(yīng)力之間的線性方程,計算許用接觸應(yīng)力。通過試驗分析了套圈淬硬層深度對軸承許用接觸應(yīng)力的影響。結(jié)果表明,當淬硬層深度不大于6 mm時,許用接觸應(yīng)力隨淬硬層深度的增大而增大。
以常用齒輪鋼42CrMo鋼板為研究材料,采用不同空氣流量對其進行離子氮氧共滲,并與傳統(tǒng)離子滲氮進行對比。利用光學(xué)顯鏡、XRD和電化學(xué)工作站對滲層的顯組織、物相和耐蝕性進行了測試和分析。研究結(jié)果表明,在550℃+4h相同溫度和時間條件下,離子氮氧共滲化合物層比傳統(tǒng)離子滲氮滲層厚度增加50%以上,氮化疏松層級別提高到1～2級;同時,離子氮氧共滲后滲層表層形成了一薄層Fe3O4,使耐蝕性得到顯著提高,0.3L/min為 空氣流量。該研究可為改進42CrMo表面改性工藝方案提供參考。
本文通過對42CrMo鋼在N32+N15混合機油、快速淬火油和PAG水溶性淬火介質(zhì)中的淬火試驗,對其機械性能、環(huán)保等進行分析對比。試驗結(jié)果表明,42CrMo鋼板在12%PAG水溶性淬火介質(zhì)中淬火優(yōu)于在油類冷卻劑中淬火,并且具有環(huán)保效果。
為了建立適用于冷塑性加工力學(xué)性能研究的材料本構(gòu)模型,提出了一種基于材料觀變形機制分析的本構(gòu)模型建立及其驗證方法。以高脆硬性的淬火態(tài)42CrMo鋼板為例,首先根據(jù)材料的化學(xué)成分和硬度,運用數(shù)值計算方法獲取冷塑性變形流動應(yīng)力數(shù)據(jù),然后通過分析流動應(yīng)力數(shù)據(jù)特點建立了Z-A （Zerilli-Armstron）修正本構(gòu)方程, 結(jié)合硬度壓痕實驗結(jié)果和有限元仿真對本構(gòu)方程有效性進行了驗證。結(jié)果表明,修正后的Z-A本構(gòu)模型擬合效果好,42crmo鋼板相關(guān)度較高;硬度壓痕實驗結(jié)果與仿真結(jié)果整體誤差較小,所建立的本構(gòu)方程能夠準確描述材料的力學(xué)行為,可以用于淬火態(tài)42CrMo鋼冷塑性加工的力學(xué)特性研究中。
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