連接柴油機(jī)凸輪軸與正時(shí)齒輪的42CrMo鋼板螺栓在試機(jī)過(guò)程中斷裂。對(duì)斷裂螺栓進(jìn)行了宏觀檢驗(yàn)、化學(xué)成分分析、硬度測(cè)定、金相檢驗(yàn)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(dá)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(kuò)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(duì)42CrMo鋼板進(jìn)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(jì)對(duì)滲層的截面顯組織、表面形貌和成分、物相和截面硬度進(jìn)行了測(cè)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(shí)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(shí)添加量鈦離子滲氮滲層中形成了高硬度強(qiáng)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(duì)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(jià)值。
針對(duì)淬火油污染嚴(yán)重、生產(chǎn)不因素等問(wèn)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(jì)、 試驗(yàn)機(jī)和沖擊試驗(yàn)機(jī)等手段對(duì)不同規(guī)格的42CrMo鋼板在無(wú)機(jī)高分子水基淬火液中淬火再高溫回火后的組織及性能進(jìn)行了研究,并分析了用無(wú)機(jī)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(qiáng)度、屈服強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率、斷面收縮率等力學(xué)性能均達(dá)到大型合金鋼鍛件的JB/T6396技術(shù)條件要求。因此,改進(jìn)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(huì)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(lái)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(guò)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(duì)滲層組織、結(jié)構(gòu)及性能的影響。
通過(guò)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(guò)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(guò)顯硬度計(jì)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(guò)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(guò)程中催滲機(jī)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(jìn)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(duì)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(wèn)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(jì)算許用接觸應(yīng)力。通過(guò)試驗(yàn)分析了套圈淬硬層深度對(duì)軸承許用接觸應(yīng)力的影響。結(jié)果表明,當(dāng)淬硬層深度不大于6 mm時(shí),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(duì)其進(jìn)行離子氮氧共滲,并與傳統(tǒng)離子滲氮進(jìn)行對(duì)比。利用光學(xué)顯鏡、XRD和電化學(xué)工作站對(duì)滲層的顯組織、物相和耐蝕性進(jìn)行了測(cè)試和分析。研究結(jié)果表明,在550℃+4h相同溫度和時(shí)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(jí)別提高到1～2級(jí);同時(shí),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(jìn)42CrMo表面改性工藝方案提供參考。
本文通過(guò)對(duì)42CrMo鋼在N32+N15混合機(jī)油、快速淬火油和PAG水溶性淬火介質(zhì)中的淬火試驗(yàn),對(duì)其機(jī)械性能、環(huán)保等進(jìn)行分析對(duì)比。試驗(yàn)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(jī)制分析的本構(gòu)模型建立及其驗(yàn)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(yùn)用數(shù)值計(jì)算方法獲取冷塑性變形流動(dòng)應(yīng)力數(shù)據(jù),然后通過(guò)分析流動(dòng)應(yīng)力數(shù)據(jù)特點(diǎn)建立了Z-A （Zerilli-Armstron）修正本構(gòu)方程, 結(jié)合硬度壓痕實(shí)驗(yàn)結(jié)果和有限元仿真對(duì)本構(gòu)方程有效性進(jìn)行了驗(yàn)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(shí)驗(yàn)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(zhǔn)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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