42crmo鋼板先進高強度鋼憑借其優(yōu)異的力學性能、良好的成型性能以及較低的制造成本,在汽車制造、軍工以及航天等領域有著十分廣闊的應用前景?？v觀 代到第三代先進高強鋼的發(fā)展歷程,以“復相、多尺度”為基礎的調(diào)控理論研制具有“亞穩(wěn)相、超細晶基體”等特點的超級鋼逐漸受到青睞。現(xiàn)今,在輕量化和智能制造等一些列工業(yè)背景下,如何更快速且低能耗地開發(fā)更輕質(zhì)、高性能的鋼材也成為了材料加工領域的研究熱點。

  高能瞬時電脈沖處理,自電致塑性效應被發(fā)現(xiàn)以來,就備受材料研究人員的關注。42crmo鋼板近些年來,伴隨著對非平衡固態(tài)相變機理、多物理場作用下觀結構的演變規(guī)律以及相應伴生現(xiàn)象的深入研究,電致強化這一概念也逐漸受到重視,電脈沖處理在鋼鐵材料的強韌化等方面也實現(xiàn)了一定程度的工程化應用。此外,基于電子風沖擊、電遷移效應對快速相變以及再結晶的影響,采用脈沖電流對鋼材進行細化及強韌化處理完全符合第三代先進高強鋼的開發(fā)宗旨和組織性能要求特點。但以往的工作多集中在對電脈沖處理誘發(fā)的組織細化以及強塑性同時等方面的淺層研究,而缺乏對位錯組態(tài)、界面遷移、晶體取向以及析出行為等方向的實質(zhì)性深入探索。因此,研究脈沖電流作用下鋼材的亞結構演化及強韌化機理,對進一步豐富和完善鋼的非平衡相變理論以及開發(fā)新型的強韌化工藝有著重要的實際意義。

   本文采用高能瞬時電脈沖處理對兩種強化類型完全不同的鋼材（42CrMo鋼板及T250鋼）進行了增強、增韌處理。同時,結合相應的傳統(tǒng)熱處理,規(guī)律性地研究了脈沖電流對不同鋼材顯組織及亞結構的影響、定量地分析了脈沖電流作用下鋼材的強韌化機理、歸納概括了不同處理方式對鋼材具體作用機制的差異。

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、斷面收縮率等力學性能均達到大型合金鋼鍛件的JB/T6396技術條件要求。因此,改進后的熱處理工藝可以更好地應用于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。但是其效率往往很低,也導致了其生產(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,在催化領域的應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、結構及性能的影響。

   通過光學顯鏡（OM）和掃描電鏡（SEM）觀察樣品表面和橫截面結構和形貌;通過X射線衍射儀（XRD）和能譜儀（EDS）表征滲氮層物相和化學成分組成;通過顯硬度計表征滲氮層顯力學性能和有效硬化層厚度;利用削盤式摩擦磨損儀和電化學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鋼板結果表明,在樣品表面預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

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。