42crmo鋼板先進(jìn)高強(qiáng)度鋼憑借其優(yōu)異的力學(xué)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(lǐng)域有著十分廣闊的應(yīng)用前景?？v觀 代到第三代先進(jìn)高強(qiáng)鋼的發(fā)展歷程,以“復(fù)相、多尺度”為基礎(chǔ)的調(diào)控理論研制具有“亞穩(wěn)相、超細(xì)晶基體”等特點的超級鋼逐漸受到青睞?，F(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(lǐng)域的研究熱點。
高能瞬時電脈沖處理,自電致塑性效應(yīng)被發(fā)現(xiàn)以來,就備受材料研究人員的關(guān)注。42crmo鋼板近些年來,伴隨著對非平衡固態(tài)相變機(jī)理、多物理場作用下觀結(jié)構(gòu)的演變規(guī)律以及相應(yīng)伴生現(xiàn)象的深入研究,電致強(qiáng)化這一概念也逐漸受到重視,電脈沖處理在鋼鐵材料的強(qiáng)韌化等方面也實現(xiàn)了一定程度的工程化應(yīng)用。此外,基于電子風(fēng)沖擊、電遷移效應(yīng)對快速相變以及再結(jié)晶的影響,采用脈沖電流對鋼材進(jìn)行細(xì)化及強(qiáng)韌化處理完全符合第三代先進(jìn)高強(qiáng)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(xì)化以及強(qiáng)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(jié)構(gòu)演化及強(qiáng)韌化機(jī)理,對進(jìn)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(qiáng)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(qiáng)化類型完全不同的鋼材（42CrMo鋼板及T250鋼）進(jìn)行了增強(qiáng)、增韌處理。同時,結(jié)合相應(yīng)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(jié)構(gòu)的影響、定量地分析了脈沖電流作用下鋼材的強(qiáng)韌化機(jī)理、歸納概括了不同處理方式對鋼材具體作用機(jī)制的差異。
42CrMo鋼板齒圈毛坯的淬火通常采用油淬或聚合物水溶液淬火來避免淬火的開裂,但油淬或聚合物水溶液淬火導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境污染。改用水淬不僅可滿足綠色環(huán)保的要求而且可降低成本,但極易產(chǎn)生開裂。針對上述問題,本研究基于溫度場、組織場和應(yīng)力場的有限元模擬,獲得優(yōu)化的水-空交替控時淬火冷卻（ATQ）工藝,成功應(yīng)用于大直徑（ф1970 mm）的42CrMo鋼齒圈毛坯的淬火冷卻。結(jié)果表明:采用ATQ工藝處理42CrMo鋼齒圈毛坯,不僅回火后的力學(xué)性能高于性能指標(biāo)要求,而且有效避免了淬火開裂。
對42CrMo鋼板軋制工藝參數(shù)進(jìn)行了的優(yōu)化,研究了不同加熱、軋制溫度的42CrMo鋼棒材組織及布氏硬度變化規(guī)律。結(jié)果表明,通過控制加熱、均熱段溫度和終軋溫度可有效控制熱軋態(tài)42CrMo鋼棒材組織及布氏硬度;42CrMo鋼棒材開裂原因主要是軋制后產(chǎn)生大量的貝氏體組織,且沿棒材橫斷面分布不均勻,由邊部到心部的貝氏體含量減小,布氏硬度則由大變小。熱軋鋼布氏硬度≤260HBW時可避免在棒材剪切下料過程開裂、掉塊現(xiàn)象。
利用高壓水射流噴丸技術(shù)（WSP）和真空脈沖等離子氮化技術(shù),研究了水射流噴丸預(yù)處理對42CrMo鋼等離子氮化后的滾動接觸疲勞性能的影響。采用OM、SEM、TEM、XRD應(yīng)力測定儀、表面粗糙度儀、顯硬度儀對等離子氮化和復(fù)合處理后試樣的滲層顯組織、結(jié)構(gòu)以及表面完整性進(jìn)行了表征,并對疲勞斷口形貌進(jìn)行了分析。42crmo鋼板結(jié)果表明:經(jīng)過WSP預(yù)處理后,42CrMo鋼獲得了更好的氮化效果,疲勞性能得到大幅。原因是經(jīng)WSP預(yù)處理后,試樣表面細(xì)小彌散的氮化物和表層晶粒的細(xì)化有利于抑制表面裂紋的萌生與擴(kuò)展,改變了疲勞裂紋的萌生機(jī)制,次表層硬度的提高以及更深的殘余壓應(yīng)力影響層推遲了次表層裂紋的萌生,更高的次表層殘余壓應(yīng)力抑制了次表層二次裂紋的萌生以及主裂紋的擴(kuò)展,延長了42CrMo鋼滲氮后的接觸疲勞壽命,使得失效機(jī)理更接近于赫茲理論。
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42crmo鋼板電脈沖處理有促進(jìn)鋼材中復(fù)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(tuán)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(qiáng)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(qiáng)韌化機(jī)制,結(jié)果表明:i)采用脈沖電流進(jìn)行淬火或固溶處理可提高晶界強(qiáng)化以及位錯強(qiáng)化的強(qiáng)度貢獻(xiàn),而若進(jìn)行回火或時效處理則可更顯著地提高析出強(qiáng)化對強(qiáng)度的貢獻(xiàn);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(fù)相組織在性能上的耦合及變形上的協(xié)調(diào),鋼材的強(qiáng)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(xué)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(qiáng)、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(xué)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(xué)性能的先進(jìn)高強(qiáng)鋼提供了充足的實驗依據(jù)和技術(shù)參考。
