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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、硬度試驗和金相檢驗。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。
針對具有不同淬硬層深度42CrMo鋼板軸承的許用接觸應(yīng)力大小不同的問題,采用線性回歸法建立 變形量與 接觸應(yīng)力之間的線性方程,計算許用接觸應(yīng)力。通過試驗分析了套圈淬硬層深度對軸承許用接觸應(yīng)力的影響。結(jié)果表明,當(dāng)淬硬層深度不大于6 mm時,許用接觸應(yīng)力隨淬硬層深度的增大而增大。
以常用齒輪鋼42CrMo鋼板為研究材料,采用不同空氣流量對其進(jìn)行離子氮氧共滲,并與傳統(tǒng)離子滲氮進(jìn)行對比。利用光學(xué)顯鏡、XRD和電化學(xué)工作站對滲層的顯組織、物相和耐蝕性進(jìn)行了測試和分析。研究結(jié)果表明,在550℃+4h相同溫度和時間條件下,離子氮氧共滲化合物層比傳統(tǒng)離子滲氮滲層厚度增加50%以上,氮化疏松層級別提高到1～2級;同時,離子氮氧共滲后滲層表層形成了一薄層Fe3O4,使耐蝕性得到顯著提高,0.3L/min為 空氣流量。該研究可為改進(jìn)42CrMo表面改性工藝方案提供參考。
本文通過對42CrMo鋼在N32+N15混合機(jī)油、快速淬火油和PAG水溶性淬火介質(zhì)中的淬火試驗,對其機(jī)械性能、環(huán)保等進(jìn)行分析對比。試驗結(jié)果表明,42CrMo鋼板在12%PAG水溶性淬火介質(zhì)中淬火優(yōu)于在油類冷卻劑中淬火,并且具有環(huán)保效果。
為了建立適用于冷塑性加工力學(xué)性能研究的材料本構(gòu)模型,提出了一種基于材料觀變形機(jī)制分析的本構(gòu)模型建立及其驗證方法。以高脆硬性的淬火態(tài)42CrMo鋼板為例,首先根據(jù)材料的化學(xué)成分和硬度,運(yùn)用數(shù)值計算方法獲取冷塑性變形流動應(yīng)力數(shù)據(jù),然后通過分析流動應(yīng)力數(shù)據(jù)特點(diǎn)建立了Z-A （Zerilli-Armstron）修正本構(gòu)方程, 結(jié)合硬度壓痕實驗結(jié)果和有限元仿真對本構(gòu)方程有效性進(jìn)行了驗證。結(jié)果表明,修正后的Z-A本構(gòu)模型擬合效果好,42crmo鋼板相關(guān)度較高;硬度壓痕實驗結(jié)果與仿真結(jié)果整體誤差較小,所建立的本構(gòu)方程能夠準(zhǔn)確描述材料的力學(xué)行為,可以用于淬火態(tài)42CrMo鋼冷塑性加工的力學(xué)特性研究中。
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。
42CrMo鋼板齒圈毛坯的淬火通常采用油淬或聚合物水溶液淬火來避免淬火的開裂,但油淬或聚合物水溶液淬火導(dǎo)致嚴(yán)重的環(huán)境污染。改用水淬不僅可滿足綠色環(huán)保的要求而且可降低成本,但極易產(chǎn)生開裂。針對上述問題,本研究基于溫度場、組織場和應(yīng)力場的有限元模擬,獲得優(yōu)化的水-空交替控時淬火冷卻（ATQ）工藝,成功應(yīng)用于大直徑（ф1970 mm）的42CrMo鋼齒圈毛坯的淬火冷卻。結(jié)果表明:采用ATQ工藝處理42CrMo鋼齒圈毛坯,不僅回火后的力學(xué)性能高于性能指標(biāo)要求,而且有效避免了淬火開裂。
對42CrMo鋼板軋制工藝參數(shù)進(jìn)行了的優(yōu)化,研究了不同加熱、軋制溫度的42CrMo鋼棒材組織及布氏硬度變化規(guī)律。結(jié)果表明,通過控制加熱、均熱段溫度和終軋溫度可有效控制熱軋態(tài)42CrMo鋼棒材組織及布氏硬度;42CrMo鋼棒材開裂原因主要是軋制后產(chǎn)生大量的貝氏體組織,且沿棒材橫斷面分布不均勻,由邊部到心部的貝氏體含量減小,布氏硬度則由大變小。熱軋鋼布氏硬度≤260HBW時可避免在棒材剪切下料過程開裂、掉塊現(xiàn)象。
利用高壓水射流噴丸技術(shù)（WSP）和真空脈沖等離子氮化技術(shù),研究了水射流噴丸預(yù)處理對42CrMo鋼等離子氮化后的滾動接觸疲勞性能的影響。采用OM、SEM、TEM、XRD應(yīng)力測定儀、表面粗糙度儀、顯硬度儀對等離子氮化和復(fù)合處理后試樣的滲層顯組織、結(jié)構(gòu)以及表面完整性進(jìn)行了表征,并對疲勞斷口形貌進(jìn)行了分析。42crmo鋼板結(jié)果表明:經(jīng)過WSP預(yù)處理后,42CrMo鋼獲得了更好的氮化效果,疲勞性能得到大幅。原因是經(jīng)WSP預(yù)處理后,試樣表面細(xì)小彌散的氮化物和表層晶粒的細(xì)化有利于抑制表面裂紋的萌生與擴(kuò)展,改變了疲勞裂紋的萌生機(jī)制,次表層硬度的提高以及更深的殘余壓應(yīng)力影響層推遲了次表層裂紋的萌生,更高的次表層殘余壓應(yīng)力抑制了次表層二次裂紋的萌生以及主裂紋的擴(kuò)展,延長了42CrMo鋼滲氮后的接觸疲勞壽命,使得失效機(jī)理更接近于赫茲理論。
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