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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。
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)壓縮實驗和金相觀察.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、摩擦磨損試驗機(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。
通過顯組織觀察和力學(xué)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(xué)性能的變化。通過三維原子探針（3DAP）技術(shù)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(jié)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(qiáng)度和規(guī)定塑性延伸強(qiáng)度降低,-40℃低溫沖擊性能升高。在500℃回火可達(dá)到12.9級螺栓力學(xué)指標(biāo)（Rm≥1200 MPa,KV2≥27 J）,力學(xué)性能 ,且滿足低溫環(huán)境下螺栓用鋼的使用要求。3DAP結(jié)果表明,鋼中的合金元素通過固溶強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化提高了鋼的性能。
針對42CrMo鋼板合結(jié)鋼軋材超聲波探傷合格率低的問題,利用掃描電鏡等設(shè)備對探傷不合樣品進(jìn)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(nèi)生夾雜和生產(chǎn)過程接觸的原輔料的分析比對,認(rèn)為大尺寸夾雜物主要由于外來夾雜進(jìn)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(jié)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(zhì)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(zhì)合金鉆頭鉆削42CrMo鋼的鉆削性能進(jìn)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(jié)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(jié)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42CrMo鋼板首先鍛造后淬火,再分別進(jìn)行常規(guī)熱處理、淺冷處理和深冷處理,之后進(jìn)行中溫回火,然后測試試樣的硬度和沖擊韌性,并采用掃描電子顯鏡觀察沖擊試樣的斷口形貌和試樣的觀組織,探索淺冷處理和深冷處理對42CrMo硬度和沖擊韌性及觀組織的影響。結(jié)果表明,相比于常規(guī)熱處理,42CrMo經(jīng)淺冷處理和深冷處理后硬度略下降,沖擊韌性有所,并且試樣經(jīng)深冷處理后的沖擊韌性程度高于淺冷處理的沖擊韌性。沖擊試樣斷口呈準(zhǔn)解理斷裂,屬于脆性斷裂。觀組織分析表明,淺冷處理和深冷處理均能促進(jìn)試樣組織中細(xì)小碳化物彌散分布析出。
利用光學(xué)顯鏡、掃描電鏡和電子探針對熱處理后開裂的42CrMo鋼板制大型風(fēng)電主軸進(jìn)行觀組織形貌及區(qū)成分分析。結(jié)果表明,主軸裂紋附近存在大量的硫化物及氮化物夾雜,且夾雜物與基體存在明顯的間隙面,易以界面脫粘開裂機(jī)制產(chǎn)生裂紋,同時夾雜處的區(qū)成分偏析及裂紋附近的縮松缺陷共同作用終導(dǎo)致主軸開裂。
用光學(xué)顯鏡、42crmo鋼板掃描電鏡、透射電鏡和顯硬度研究了回火溫度和時間對42CrMo鋼顯組織和硬度的影響,并推導(dǎo)獲得了回火后屈服強(qiáng)度的計算模型。結(jié)果表明:隨著回火溫度的升高和時間的延長,馬氏體的板條界面逐漸模糊或消失,板條寬度增加,位錯密度顯著減少,析出相由針狀的過渡性碳化物逐漸向球形的穩(wěn)定滲碳體轉(zhuǎn)變,顯組織從回火馬氏體演變?yōu)樘蓟飶浬⒎植嫉幕鼗鹎象w（400℃）和索氏體（600℃）,同時硬度不斷降低,且在前2 h回火內(nèi)降低顯著,而后趨于穩(wěn)定。由于擴(kuò)散控制的回火組織演變類同于單一相變過程,基于JMAK方程建立的強(qiáng)度計算模型,可以較好地預(yù)測42CrMo鋼在200～600℃回火時的屈服強(qiáng)度變化。
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