42crmo鋼板先進高強度鋼憑借其優(yōu)異的力學性能、良好的成型性能以及較低的制造成本,在汽車制造、軍工以及航天等領域有著十分廣闊的應用前景?？v觀 代到第三代先進高強鋼的發(fā)展歷程,以“復相、多尺度”為基礎的調控理論研制具有“亞穩(wěn)相、超細晶基體”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、高性能的鋼材也成為了材料加工領域的研究熱點。

  高能瞬時電脈沖處理,自電致塑性效應被發(fā)現(xiàn)以來,就備受材料研究人員的關注。42crmo鋼板近些年來,伴隨著對非平衡固態(tài)相變機理、多物理場作用下觀結構的演變規(guī)律以及相應伴生現(xiàn)象的深入研究,電致強化這一概念也逐漸受到重視,電脈沖處理在鋼鐵材料的強韌化等方面也實現(xiàn)了一定程度的工程化應用。此外,基于電子風沖擊、電遷移效應對快速相變以及再結晶的影響,采用脈沖電流對鋼材進行細化及強韌化處理完全符合第三代先進高強鋼的開發(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)的組織細化以及強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性深入探索。因此,研究脈沖電流作用下鋼材的亞結構演化及強韌化機理,對進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化類型完全不同的鋼材（42CrMo鋼板及T250鋼）進行了增強、增韌處理。同時,結合相應的傳統(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構的影響、定量地分析了脈沖電流作用下鋼材的強韌化機理、歸納概括了不同處理方式對鋼材具體作用機制的差異。

通過顯組織觀察和力學性能檢測,分析了42CrMo鋼在不同回火溫度下觀組織形貌和力學性能的變化。通過三維原子探針（3DAP）技術分析500℃回火溫度下42CrMo鋼中元素分布情況,研究了Cr、Mn、Mo等合金元素對鋼性能的影響。結果表明,42CrMo鋼水淬后在450℃回火時顯組織為回火屈氏體,在500～650℃區(qū)間回火時顯組織均為回火索氏體,隨著回火溫度的增加,顆粒狀碳化物增多;抗拉強度和規(guī)定塑性延伸強度降低,-40℃低溫沖擊性能升高。在500℃回火可達到12.9級螺栓力學指標（Rm≥1200 MPa,KV2≥27 J）,力學性能 ,且滿足低溫環(huán)境下螺栓用鋼的使用要求。3DAP結果表明,鋼中的合金元素通過固溶強化和沉淀強化提高了鋼的性能。 

  針對42CrMo鋼板合結鋼軋材超聲波探傷合格率低的問題,利用掃描電鏡等設備對探傷不合樣品進行分析,發(fā)現(xiàn)探傷不合樣品中有直徑為100μm左右的球形夾雜物或者尺寸為1 000μm左右的長條形夾雜物。通過鋼液內生夾雜和生產過程接觸的原輔料的分析比對,認為大尺寸夾雜物主要由于外來夾雜進入鋼液中,終造成軋材探傷合格率低。通過增加硅鈣線用量、鋼包澆鑄后期不下渣、浸入式水口侵蝕速率小于1.5 mm/h、結晶器液位波動不大于±3 mm和恒定拉速澆鑄等控制方式,減少了鋼中外來大尺寸夾雜,提高了鋼液潔凈度,使探傷合格率提高到97.5%以上。 

  刃口鈍化及涂層工藝是刀具切削性能及加工質量的重要刀具后處理方法。42crmo鋼板本文對鈍化未涂層、鈍化且涂層以及無鈍化涂層的硬質合金鉆頭鉆削42CrMo鋼的鉆削性能進行對比研究,并分析了鈍化且涂層鉆頭刃口的K因子及平均圓度隨加工孔數(shù)變化情況。結果表明:刀具鈍化與涂層后處理工藝對刀具壽命及其失效形式有決定性影響。在實驗參數(shù)下,未后處理鉆頭加工孔數(shù)僅10孔就發(fā)生崩刃失效;鈍化未涂層鉆頭的壽命是鈍化涂層鉆頭的10倍,主要失效形式為粘結磨損與磨粒磨損;鈍化且涂層鉆頭壽命為無鈍化涂層的150倍,主要失效形式為磨粒磨損。鈍化且涂層鉆頭刃口在加工過程中的存在:"涂層破損—基體磨損—新刃口形成—刃口崩刃—刃口再形成"的變化趨勢。 

對于大傾覆力矩、重載疲勞和高沖擊高磨損的軸承材料,通常采用感應淬火進行表面強化,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,42crmo鋼板且橫截面硬化層為"月牙形",試樣表面各點硬化層分布不均,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,并在模擬指導下進行實驗得到深層硬化層,并探究光斑尺寸對硬化層深度、寬度、均勻性的影響。模擬結果表明,選擇適當?shù)募す夤β拭芏群蛼呙杷俣冗M行激光淬火溫度場的模擬,可以得到3.6 mm深的硬化層。以此進行光纖耦合半導體激光器淬火實驗,實驗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鋼板將實驗所得硬化層形貌和模擬結果進行對比,平均誤差為6.5%。模擬結果還表明,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、洛氏硬度計和掃描電鏡,對經過預備熱處理（退火、淬火、調質）+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行了觀察和分析。結果表明,預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;預備熱處理為淬火處理和調質處理時,殘留的鐵素體形態(tài)細小,且與回火索氏體均勻分布。采用不同預備熱處理時,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)調質處理后的沖擊性能;預備熱處理為調質處理時,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)和裂紋纖維擴展區(qū)所占比例較退火處理和淬火處理時要大。因此,調質處理更適合作為42CrMo鋼的預備處理。