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。
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用同軸送粉的方式在42CrMo表面激光熔覆Fe-WC合金粉末,通過掃描電鏡、光學(xué)顯鏡、能譜儀觀察分析熔覆層的顯組織特征、WC陶瓷顆粒對熔覆層組織性能的影響、WC陶瓷顆粒分布特征及WC周圍塊狀共晶物的組成成分;用顯硬度計(jì)、摩擦磨損試驗(yàn)儀、高精度電子天平測量基體與熔覆層的性能及質(zhì)量損失,分析了引起性能曲線變化的原因。結(jié)果表明,熔覆層底部到頂部的組織變化為平面晶、晶界明顯的胞狀晶、交錯生長的柱狀樹枝晶、42cr鋼板排列緊密的胞狀晶、方向均一的柱狀樹枝晶; WC陶瓷顆粒具有細(xì)化枝晶、阻斷枝晶生長,增強(qiáng)熔覆層性能的能力; WC陶瓷顆粒在熔覆層中聚集分布,形成較寬的陶瓷帶; WC陶瓷顆粒周圍的塊狀共晶物是由WC部分分解得到的,其組成元素包括C、W、Fe、P、Cr。熔覆層平均硬度達(dá)到850 HV0.3,是基體平均硬度的3.4倍。摩擦因數(shù)為0.275左右,比基體小0.525?；w的質(zhì)量損失是熔覆層的11倍多。說明Fe-WC合金熔覆層能夠有效基體的硬度及其抗磨損能力。
在42CrMo鋼板的基礎(chǔ)成分上增加Al、Ti元素,通過末端淬火試驗(yàn)和截面硬度試驗(yàn)對比分析Al對42CrMo鋼淬透性的影響差異,通過常規(guī)力學(xué)性能檢測對比其與42CrMo鋼的力學(xué)性能差異。結(jié)果表明Al、Ti元素添加可進(jìn)一步提高淬透性,并且使鋼的強(qiáng)度達(dá)到1200 MPa級,-40℃下KV2≥27 J,滿足低溫環(huán)境下螺栓用鋼的使用要求。采用化學(xué)相分析方法,對鋼中析出相進(jìn)行了定性、定量分析,結(jié)果表明Ti在鋼中添加發(fā)揮明顯固氮作用,提高了Al元素的固溶量,利用熱膨脹法對比測定試驗(yàn)鋼的等溫轉(zhuǎn)變曲線,證明了增加Al含量,降低了奧氏體臨界轉(zhuǎn)變溫度,使C曲線右移,明顯改善了鋼的淬透性。
通過宏觀及觀分析手段對42CrMo鋼板閥體內(nèi)孔表面裂紋開裂原因進(jìn)行分析。42crmo鋼板結(jié)果表明:鑄造缺陷、非金屬夾雜物含量較多、調(diào)質(zhì)處理溫度過高、保溫時間較長,以致形成粗大珠光體和大量的魏氏組織是造成鍛件開裂的主要原因,應(yīng)力過大導(dǎo)致了鍛件的開裂。
對于大傾覆力矩、重載疲勞和高沖擊高磨損的軸承材料,通常采用感應(yīng)淬火進(jìn)行表面強(qiáng)化,但存在軟帶和變形大等問題。而使用激光淬火硬化層深度在1 mm以內(nèi),42crmo鋼板且橫截面硬化層為"月牙形",試樣表面各點(diǎn)硬化層分布不均,較淺處易提前發(fā)生損壞。
為解決以上問題,利用COMSOL軟件模擬激光深層淬火過程溫度場時空分布,與常規(guī)激光淬火不同,激光深層淬火采用了寬光斑、低速掃描,且輔助用于提高吸光率的涂料,在軟件中設(shè)定不同激光功率、掃描速度和光斑尺寸,分析得到不同工藝參數(shù)下的溫度場分布、硬化層形貌和特征尺寸,并在模擬指導(dǎo)下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)得到深層硬化層,并探究光斑尺寸對硬化層深度、寬度、均勻性的影響。模擬結(jié)果表明,選擇適當(dāng)?shù)募す夤β拭芏群蛼呙杷俣冗M(jìn)行激光淬火溫度場的模擬,可以得到3.6 mm深的硬化層。以此進(jìn)行光纖耦合半導(dǎo)體激光器淬火實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)所得有效硬化層深度為3.7 mm,硬化層平均硬度為774 HV0.3。42crmo鋼板將實(shí)驗(yàn)所得硬化層形貌和模擬結(jié)果進(jìn)行對比,平均誤差為6.5%。模擬結(jié)果還表明,在激光功率、光斑面積和掃描速度不變時,改變光斑的寬度,硬化層的寬度與光斑的寬度成正比例,硬化層的深度隨光斑寬度增加先增加后減小。隨著光斑寬度增加,硬化層分布更加均勻。
利用金相顯鏡、洛氏硬度計(jì)和掃描電鏡,對經(jīng)過預(yù)備熱處理（退火、淬火、調(diào)質(zhì)）+亞溫淬火+高溫回火處理（又稱臨界區(qū)淬火+回火）后的42CrMo鋼的組織、沖擊性能以及斷口形貌進(jìn)行了觀察和分析。結(jié)果表明,預(yù)備熱處理為退火處理時,亞溫處理后殘留的鐵素體粗大不均;且在回火索氏體之間分布不均勻;預(yù)備熱處理為淬火處理和調(diào)質(zhì)處理時,殘留的鐵素體形態(tài)細(xì)小,且與回火索氏體均勻分布。采用不同預(yù)備熱處理時,亞溫處理后的硬度差別很小。亞溫處理后42CrMo鋼的沖擊性能均高于常規(guī)調(diào)質(zhì)處理后的沖擊性能;預(yù)備熱處理為調(diào)質(zhì)處理時,亞溫處理后的沖擊功 ,從其斷口形貌中可以看出,其起裂區(qū)和裂紋纖維擴(kuò)展區(qū)所占比例較退火處理和淬火處理時要大。因此,調(diào)質(zhì)處理更適合作為42CrMo鋼的預(yù)備處理。
