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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(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(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。利用光學顯鏡、XRD和電化學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行為,可以用于淬火態(tài)42CrMo鋼冷塑性加工的力學特性研究中。
本試驗在一定切削條件下對42CrMo鋼板進行干切削,研究刀具累計加工1 035 s過程中前后刀面的磨損形貌。試驗結(jié)果表明:累計加工時間T從0增加到1 035 s的過程中,刀具前刀面參與切削的區(qū)域亮度增加,磨損區(qū)域增大;當加工時間T為1 035 s時,刀具前刀面磨損明顯,出現(xiàn)顏色較深面磨損區(qū)域、亮度較高的部分刀具涂層材料磨損區(qū)域、磨粒磨損明顯的磨損區(qū)域。加工時間T從0增加到435 s的過程中,刀具后刀面出現(xiàn)明顯的磨損帶,涂層材料磨損帶逐漸增大。加工時間T從435 s增加到1 035 s的過程中,磨損帶緩慢增大,出現(xiàn)基體磨損現(xiàn)象,隨著磨損時間延長,基體磨損逐漸增大。當加工時間T從48 s增加到1 035 s,已加工表面粗糙度Ra由3.46μm逐漸增大到3.91μm。
在42CrMo鋼板常規(guī)處理的基礎(chǔ)上增加了冷處理,研究淺冷處理和深冷處理對42CrMo鋼硬度和耐磨性的影響。結(jié)果表明,經(jīng)淺冷處理和深冷處理后,42CrMo鋼中殘留奧氏體向馬氏體發(fā)生轉(zhuǎn)變,且碳化物析出增多,致使鋼的硬度和耐磨性均有,且深冷處理后硬度和耐磨性幅度高于淺冷處理。
利用JMat-Pro軟件模擬了42CrMo鋼的連續(xù)冷卻轉(zhuǎn)變曲線,并采用DIL805L相變42crmo鋼板淬火膨脹儀實測了鋼的各相變點,對不同冷卻速度下的組織轉(zhuǎn)變和貝氏體含量進行了分析,并繪制其CCT曲線。結(jié)果表明:42CrMo鋼Ac1=743℃,Ac3=792℃。冷速小于0.5℃/s時,組織為先共析鐵素體與珠光體混合組織;冷速0.5～10℃/s之間,存在一定量的貝氏體,隨冷速加快,貝氏體量先增后降,馬氏體含量逐漸增多,使得硬度呈現(xiàn)較大增幅。冷速大于10℃/s,組織為基體馬氏體+少量貝氏體的混合組織。