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,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

為了提高汽車傳動件常用材料42CrMo鋼板的耐腐蝕性能,對42CrMo鋼進行錳系磷化處理,并考察了表面調整和磷化液溫度對磷化膜耐腐蝕性能的影響。

   結果表明,表面調整后形成的磷化膜結晶細致均勻,晶粒大小較均一,較未表面調整直接形成的磷化膜的耐腐蝕性能有一定的提高;磷化液溫度對磷化膜的觀形貌、成分和耐腐蝕性能有較大影響,隨著磷化液溫度從78℃升高到94℃,晶粒先細化后粗化,磷化膜致密性先變好后變差;磷化膜中Mn元素質量分數(shù)先升高后降低,Fe元素質量分數(shù)先降低后升高,而P和O元素質量分數(shù)變化不大;磷化膜的腐蝕電位先正移后負移,腐蝕電流密度先降低后升高;表面調整后在86℃下形成的磷化膜具有良好的耐腐蝕性能,其腐蝕電位和腐蝕電流密度分別為-527.46 mV、1.997×10-5A/cm2,對42CrMo鋼的保護效率為73.2%,能有效提高42CrMo鋼板的耐腐蝕性能。 

   42CrMo鋼板經(jīng)過調質處理（淬火+回火）可以獲得良好的強度和韌性,因此被作為制造大規(guī)格螺栓等零部件的常用材料。由于此類零部件應用環(huán)境的影響,對于其制造材料不僅要求具備良好的強度、韌性、延展性等綜合性能,還要求高的低溫沖擊性能,特別是大規(guī)格的螺栓（42mm≤Φ≤64mm）,其截面尺寸的增加導致淬火后材料心部除馬氏體組織產(chǎn)生外,作為不完全淬火組織的貝氏體組織比例增加,難以實現(xiàn)截面性能的均勻性和保證心部的低溫沖擊性能。因此為保證大規(guī)格螺栓的服役性能,要求材料要具有良好的淬透性,即淬火后心部馬氏體組織達到90%以上。雖然通過控制生產(chǎn)工藝可以改善材料的淬透性,但是影響材料淬透性的根本原因是材料的化學成分。本文針對大規(guī)格螺栓鋼淬透性問題,在42CrMo鋼基礎成分上配合添加元素Al、B、Ti,同時控制鋼的N含量,研究了Al添加對42CrMo鋼淬透性和淬火組織以及性能的影響,并與含B鋼進行對比,揭示Al對不同尺寸42CrMo鋼淬透性的影響規(guī)律。

  具體研究內容如下:在42crmo鋼板基礎成分中配合添加Al-Ti和Al-B元素,通過末端淬火實驗和截面硬度實驗對比分析設計鋼與42CrMo鋼淬透性的差異,并通過金相顯鏡OM、掃描電鏡SEM觀察不同部位淬火后組織形貌以及回火后觀組織和斷口形貌,通過常規(guī)力學性能檢測其常溫拉伸和低溫沖擊性能,

42crmo鋼板具體的研究結果如下:（1）采用電脈沖處理地實現(xiàn)了鋼材的晶粒細化,明確了脈沖電流誘導晶粒細化的具體機理。瞬時的高能量輸入顯著降低了奧氏體相變能障,極大地提高了奧氏體的形核率,短時間的作用以及隨后快速的水冷處理抑制了奧氏體晶粒的長大。電脈沖處理后,淬火態(tài)42CrMo鋼的晶粒細化了56.3%,固溶態(tài)T250鋼的晶粒尺寸下降了74.6%。

    （2）揭示出電脈沖處理提高鋼材中殘余奧氏體穩(wěn)定性的具體機制:i)若處理前鋼材中的合金元素是不均勻分布的,則電脈沖處理的瞬時性也就決定了處理后的元素無法充分均勻化,奧氏體穩(wěn)定化元素濃度高的區(qū)域將為殘余奧氏體的形成提供足夠的化學驅動力;ii)晶粒的細化以及電脈沖處理過程中界面處大量晶體缺陷的形成,使馬氏體與奧氏體的界面能得到提高,這將使馬氏體的生長提前停滯,同時馬氏體轉變起始溫度也會顯著下降;iii)奧氏體向馬氏體轉變是一個體積膨脹的過程,電脈沖處理過程中存在的熱壓應力可有效地抑制馬氏體轉變。

（3）脈沖電流特定的物理場分布及物理效應可明顯改變亞結構及第二相的形態(tài)和分布。受熱壓應力的影響,原本在高層錯能鋼材中難以形成的堆垛層錯在電脈沖處理中得以形成,而堆垛層錯的形成又為回火態(tài)42CrMo鋼板中超細珠光體類組織的形成奠定了基礎;合金元素貧瘠區(qū)與富集區(qū)之間的應力可促進孿晶或殘余奧氏體的形成;電子風強烈沖擊界面形成大量的晶體缺陷,可使第二相主動地浸潤晶界,而若使界面處的缺陷得到回復,第二相則被動浸潤其他界面;多個物理場的重疊可使亞結構的分布具有方向性,如42CrMo鋼中沿電流方向分布的位錯、T250鋼中沿電流方向分布的Ni3（Ti,Al）團簇;電遷移效應可促進位錯形成具有小角度取向差的亞晶界。

（4）研究發(fā)現(xiàn)脈沖電流對優(yōu)滑移系上原子或位錯運動的促進42crmo鋼板,可使沿電流方向的特定取向強度增強,形成了沿電流方向（ED）的織構。如固溶態(tài)T250鋼中{112}//ED織構、TS+EPA態(tài)T250鋼中殘余奧氏體{111}//ED及EPS+EPA態(tài)T250鋼中小角度{110}//ED織構的形成。