為研究42CrMo鋼板的沖擊動態(tài)力學(xué)性能及本構(gòu)模型,進(jìn)行了沖擊動態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)和金相觀察.材料表現(xiàn)出強(qiáng)烈的應(yīng)變率依賴性,同時還得到不同應(yīng)變率下力學(xué)性能差異的主要原因在于沖擊動態(tài)載荷下的絕熱剪切行為.采用熱理論,分別考慮熱應(yīng)力和非熱應(yīng)力來解釋變形機(jī)理,得到了應(yīng)變率效應(yīng)的描述.基于此,本文提出含高應(yīng)變率效應(yīng)的動態(tài)本構(gòu)模型,通過絕熱剪切準(zhǔn)則來確定失穩(wěn)的起始點(diǎn),并與模型進(jìn)行耦合.該模型能很好地描述42Cr Mo鋼的準(zhǔn)靜態(tài)和沖擊動態(tài)力學(xué)行為,特別是應(yīng)變硬化效應(yīng)和應(yīng)變率效應(yīng).
42CrMo鋼因具有良好的淬透性、強(qiáng)度以及韌性,被廣泛應(yīng)用于拉矯輥制造中,但是這種材料的耐蝕性、耐磨損性及耐疲勞性還不夠理想,限制了拉矯輥連續(xù)工作能力。為進(jìn)一步提高拉矯輥基材強(qiáng)度和耐磨損性能,利用激光熔凝技術(shù)對調(diào)質(zhì)后42CrMo鋼進(jìn)行了激光強(qiáng)化工藝研究。采用光學(xué)顯鏡、金相顯鏡、顯硬度計(jì)、摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)等儀器對42CrMo鋼激光熔凝后的顯組織、42crmo鋼板相結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度及摩擦磨損性能進(jìn)行了分析,研究了激光功率、掃描速度對熔凝層性能的影響規(guī)律。結(jié)果表明:工藝參數(shù)對熔凝區(qū)力學(xué)性能影響較大,激光功率顯著影響熔凝層的深度,掃描速度影響表面成形質(zhì)量;調(diào)質(zhì)后42CrMo鋼板基體組織主要為回火馬氏體+殘余奧氏體,經(jīng)過激光熔凝后,基體組織發(fā)生轉(zhuǎn)變,馬氏體含量顯著提高。
采用硬度測試、顯組織觀察、脆性等級和疏松等級評價等方法研究了滲氮溫度對42CrMo鋼板零件滲氮后氧化滲層性能的影響。結(jié)果表明:在滲氮后氧化處理過程中,滲層的表面硬度隨著滲氮溫度的升高出現(xiàn)先增后降的趨勢;滲層深度和疏松等級隨滲氮溫度的升高而增加,但脆性等級變化不大。當(dāng)滲氮溫度為560℃時,42CrMo鋼零件可獲得表面硬度≥600 HV、滲層（白亮層）深度≥15μm、1級脆性等級、2級疏松等級的滲層。
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(dá)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(xì)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(jìn)行了宏觀斷口分析、化學(xué)成分檢測、硬度試驗(yàn)和金相檢驗(yàn)。結(jié)果表明:花鍵軸的化學(xué)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(yán)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(jìn)建議。
利用金相顯觀察及力學(xué)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(xué)性能為抗拉強(qiáng)度997～1 211 MPa,屈服強(qiáng)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(yù)處理后,42CrMo曲軸鋼的顯組織更趨均勻化,其力學(xué)性能為抗拉強(qiáng)度1 100～1 220 MPa,屈服強(qiáng)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(yù)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。
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(diǎn)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(diǎn)。
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(shí)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(diǎn)。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(shí)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(shí)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。
連接柴油機(jī)凸輪軸與正時齒輪的42CrMo鋼板螺栓在試機(jī)過程中斷裂。對斷裂螺栓進(jìn)行了宏觀檢驗(yàn)、化學(xué)成分分析、硬度測定、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(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)用價值。
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