42CrMo屬于中碳低合金結(jié)構(gòu)鋼,經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后具有較高的疲勞極限、良好的低溫沖擊韌性,多用于制造斷面尺寸較大的重要零件,如汽車部件、高鐵支座、連桿、齒輪轉(zhuǎn)動件等部件,高鐵轉(zhuǎn)動件受使用環(huán)境的影響,對材料的低溫沖擊性能提出高的要求。資料顯示,鋼錠中元素偏析在鍛造過程中拉長,沿軋制方向形成纖維組織。在隨后淬火冷卻過
利用掃描電鏡、電子背散射衍射技術(shù)等手段研究了42CrMo鋼板折彎模具的激光表面淬火特性。研究結(jié)果表明,激光掃描速度、功率、工件厚度等對淬硬層深度及硬度有顯著影響。在激光功率2200 W、掃描速度1800 mm/min、光斑2 mm、輔助水冷、一道次掃描條件下,折彎模具刀刃硬度和淬硬層厚度分別達到734 HV0.2和1.05 mm,且刀刃兩側(cè)的硬度分布均勻。42crmo鋼板激光淬硬層組織為細小的馬氏體,尤其靠近基體處。
經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理的42CrMo鋼花鍵軸在使用過程中斷裂。對斷裂的花鍵軸進行了宏觀斷口分析、化學成分檢測、硬度試驗和金相檢驗。結(jié)果表明:花鍵軸的化學成分符合要求,近表面與內(nèi)側(cè)的硬度差較大,特別是存在嚴重的帶狀偏析和鐵素體、貝氏體等異常組織。據(jù)此斷定,花鍵軸在使用中斷裂主要是偏析及不良組織引起的。根據(jù)花鍵軸斷裂的原因,提出了改進建議。
利用金相顯觀察及力學性能分析,研究調(diào)質(zhì)處理、正火+調(diào)質(zhì)熱處理對42CrMo曲軸鋼組織與性能的影響。42crmo熱軋鋼板結(jié)果表明,經(jīng)過860℃淬火+580℃回火處理后,曲軸鋼基體組織為回火索氏體,但軸頸心部區(qū)域白色鐵素體數(shù)量較多且晶粒粗大、分布不均。其力學性能為抗拉強度997～1 211 MPa,屈服強度990～1 204 MPa,伸長率11%～13%,斷面收縮率40%～48%,沖擊功72～90 J。而在調(diào)質(zhì)熱處理前增加一次（880℃空冷）正火預處理后,42CrMo曲軸鋼的顯組織更趨均勻化,其力學性能為抗拉強度1 100～1 220 MPa,屈服強度1 107～1 188 MPa,伸長率13%～15%,斷面收縮率50%～56%,沖擊功83-91 J。因此,880℃空冷正火預處理+860℃淬火與580℃高溫回火是42CrMo曲軸鋼優(yōu)化的熱處理工藝。
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用價值。
42crmo鋼板電脈沖處理有促進鋼材中復相組織形成的趨勢。對于傳統(tǒng)調(diào)質(zhì)態(tài)的42CrMo鋼,其組織僅包含索氏體,而受板條/孿晶馬氏體短時間處理回火抗性的差異以及殘余奧氏體穩(wěn)定性提高的影響,電脈沖處理后的42CrMo鋼板中包含回火馬氏體、索氏體及殘余奧氏體這三種組織
;對于傳統(tǒng)時效態(tài)T250鋼,其內(nèi)部只存在η-Ni3（Ti,Mo）相,而受電流對非均勻形核的影響,電脈沖處理后的T250鋼中包含Ni3（Ti,Al）團簇、Ni2.67Ti1.33相以及大尺度NiTi金屬間化合物這三種析出物。（6）通過電脈沖處理,成功地在短時間內(nèi),同時且大幅了42CrMo鋼板與T250鋼的強度與塑性,定量分析了高能脈沖電流作用下不同類型鋼材的強韌化機制,結(jié)果表明:i)采用脈沖電流進行淬火或固溶處理可提高晶界強化以及位錯強化的強度貢獻,而若進行回火或時效處理則可更顯著地提高析出強化對強度的貢獻;ii)電脈沖處理能增大必要幾何位錯的滑移距離,提高有利晶體取向的含量以及高施密特因子的比例,使鋼材具有更大的塑性變形量;iii)利用電脈沖處理形成的復相組織在性能上的耦合及變形上的協(xié)調(diào),鋼材的強韌性也能得到有效改善。綜上所述,經(jīng)電脈沖處理后具有 性能的42CrMo鋼板與T250鋼的綜合力學性能分別比傳統(tǒng)處理態(tài)的鋼材提高了22.82%和117.26%,增強、增韌效果十分明顯。
同時,也揭示出電脈沖處理過程中42crmo鋼板異于常態(tài)處理的組織、亞結(jié)構(gòu)變化及力學行為,為豐富極端非平衡相變理論、更地開發(fā)具有更高力學性能的先進高強鋼提供了充足的實驗依據(jù)和技術(shù)參考。
為了提高刀具用42CrMo鋼板的耐磨性能,采用電弧離子鍍技術(shù)在其表面沉積制備TiAlSiN涂層,并測試分析了勵磁電壓對其組織結(jié)構(gòu)及摩擦學性能的影響。研究結(jié)果表明:提高電壓后涂層表面粗糙度也隨之增大,制得厚度更大的TiAlSiN涂層,從初的2.16μm持續(xù)增大到4.85μm,表面粗糙度增大。隨電壓升高,涂層沿垂直基體表面的方向生長,獲得了更明顯的柱狀晶,空隙數(shù)量也進一步增加,降低了涂層的組織致密度。隨著電壓的上升,等離子體離化率也明顯,制備得到了硬度更高的涂層,涂層的厚度也明顯增大。電壓增加過程中,TiAlSiN涂層的摩擦系數(shù)和磨損率表現(xiàn)出先下降再升高的變化規(guī)律,當電壓達到30 V電壓時獲得了 磨損率。涂層存在磨粒磨損現(xiàn)象,可以觀察到部分涂層發(fā)生了剝落。30 V電壓時涂層表面變得更加平整,形成了更加致密的組織,耐磨性顯著提高。
針對石油平臺35CrMo鋼大齒輪、42CrMo鋼板小齒輪的齒面缺陷修復任務,對齒輪材質(zhì)、零件現(xiàn)狀開展了工藝修復研究。通過對CO2氣體保護焊、氬弧焊、光纖激光焊三種焊接工藝進行分析比較,發(fā)現(xiàn)光纖激光焊修復齒輪缺陷優(yōu)勢明顯。經(jīng)過齒輪實際修復后的檢測與試驗,取得了比較好的效果。
通過顯組織觀察和力學性能檢測,分析了42crmo鋼板在不同回火溫度下觀組織形貌和力學性能的變化。通過三維原子探針（3DAP）技術(shù)分析500℃回火溫度下42CrMo鋼中元素分布情況,研究了Cr、Mn、Mo等合金元素對鋼性能的影響。結(jié)果表明,42CrMo鋼水淬后在450℃回火時顯組織為回火屈氏體,在500～650℃區(qū)間回火時顯組織均為回火索氏體,隨著回火溫度的增加,顆粒狀碳化物增多;抗拉強度和規(guī)定塑性延伸強度降低,-40℃低溫沖擊性能升高。在500℃回火可達到12.9級螺栓力學指標（Rm≥1200 MPa,KV2≥27 J）,力學性能 ,且滿足低溫環(huán)境下螺栓用鋼的使用要求。3DAP結(jié)果表明,鋼中的合金元素通過固溶強化和沉淀強化提高了鋼的性能。
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基于深冷處理提供的溫度場和永磁體提供的勻強磁場,對42CrMo鋼板合金鋼進行磁場深冷處理,并與常規(guī)工藝和深冷處理工藝進行了對比分析。結(jié)果表明:磁冷工藝在深冷處理工藝的基礎(chǔ)上進一步提高了42CrMo鋼的耐磨性,磁冷工藝處理材料的耐磨性較常規(guī)工藝和深冷工藝分別提高約26. 7%和22. 2%。
這是由于深冷處理使得殘留奧氏體進一步轉(zhuǎn)化為馬氏體;深冷處理也使得過飽和馬氏體析出大量碳生成碳化物;深冷處理中磁場的存在對α-Fe晶格的作用使過飽和馬氏體析出碳的方向得到優(yōu)化,回火屈氏體在磁場方向致密聚集,耐磨性提高。 基于有限元計算分析了直徑為Φ40 mm的42CrMo鋼圓棒試樣分別使用淬火油和PAG水基液淬火后試樣不同位置的組織、硬度以及淬火過程中的溫度變化,采用硬度檢測和顯組織分析對模擬結(jié)果進行了驗證。42crmo鋼板結(jié)果表明,當使用淬火油淬火時,試樣表面由奧氏體向馬氏體和貝氏體轉(zhuǎn)變,心部由奧氏體向貝氏體轉(zhuǎn)變;當使用PAG水基液淬火時,試樣表層幾乎轉(zhuǎn)變成馬氏體,心部轉(zhuǎn)變成馬氏體和貝氏體;試樣經(jīng)淬火油和PAG水基液淬火后,表面硬度分別為58和55 HRC,均由表面至心部硬度逐漸降低,但使用PAG水基液淬火后試樣的心部硬度比用淬火油的高5 HRC,約為50 HRC。
目的提高42CrMo鋼板激光淬火后硬化層的深度和分布均勻性。方法利用COMSOL Multiphysics軟件對42CrMo鋼激光淬火過程中溫度場的演變進行分析,且考慮材料的熱物性參數(shù)隨溫度變化。通過設(shè)定激光工藝參數(shù)模擬試樣的溫度場分布,利用馬氏體轉(zhuǎn)變條件得到硬化層形貌尺寸。參照模擬結(jié)果,利用連續(xù)輸出的光纖耦合半導體激光器對42CrMo鋼進行激光淬火實驗,用熱電偶測溫儀對試樣測溫并與模擬的溫度歷史曲線進行對比,用光學顯鏡對試樣橫截面處硬化層形貌進行分析,將實驗所得硬化層形貌與模擬結(jié)果進行比較。并在相同的功率密度下,改變光斑的幾何尺寸進行模擬,分析并比較硬化層的幾何特征。結(jié)果實驗所測某點的溫度歷史曲線與模擬結(jié)果一致性較高,硬化層實際形貌與模擬結(jié)果基本吻合。
