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对于大倾覆力矩、重载疲劳和高冲击高磨损的轴承材料,通常采用感应淬火进行表面强化,但存在软带和变形大等问题。而使用激光淬火硬化层深度在1 mm以内,42crmo钢板且横截面硬化层为"月牙形",试样表面各点硬化层分布不均,较浅处易提前发生损坏。
为解决以上问题,利用COMSOL软件模拟激光深层淬火过程温度场时空分布,与常规激光淬火不同,激光深层淬火采用了宽光斑、低速扫描,且辅助用于提高吸光率的涂料,在软件中设定不同激光功率、扫描速度和光斑尺寸,分析得到不同工艺参数下的温度场分布、硬化层形貌和特征尺寸,并在模拟指导下进行实验得到深层硬化层,并探究光斑尺寸对硬化层深度、宽度、均匀性的影响。模拟结果表明,选择适当的激光功率密度和扫描速度进行激光淬火温度场的模拟,可以得到3.6 mm深的硬化层。以此进行光纤耦合半导体激光器淬火实验,实验所得有效硬化层深度为3.7 mm,硬化层平均硬度为774 HV0.3。42crmo钢板将实验所得硬化层形貌和模拟结果进行对比,平均误差为6.5%。模拟结果还表明,在激光功率、光斑面积和扫描速度不变时,改变光斑的宽度,硬化层的宽度与光斑的宽度成正比例,硬化层的深度随光斑宽度增加先增加后减小。随着光斑宽度增加,硬化层分布更加均匀。
利用金相显镜、洛氏硬度计和扫描电镜,对经过预备热处理（退火、淬火、调质）+亚温淬火+高温回火处理（又称临界区淬火+回火）后的42CrMo钢的组织、冲击性能以及断口形貌进行了观察和分析。结果表明,预备热处理为退火处理时,亚温处理后残留的铁素体粗大不均;且在回火索氏体之间分布不均匀;预备热处理为淬火处理和调质处理时,残留的铁素体形态细小,且与回火索氏体均匀分布。采用不同预备热处理时,亚温处理后的硬度差别很小。亚温处理后42CrMo钢的冲击性能均高于常规调质处理后的冲击性能;预备热处理为调质处理时,亚温处理后的冲击功 ,从其断口形貌中可以看出,其起裂区和裂纹纤维扩展区所占比例较退火处理和淬火处理时要大。因此,调质处理更适合作为42CrMo钢的预备处理。
通过激光冲击强化对42CrMo钢板中碳合金钢进行了表面强化处理。采用显组织观察、硬度测试、摩擦磨损实验研究了不同脉冲能量的激光冲击强化处理对42CrMo钢组织和性能的影响。结果表明:未经激光冲击强化的42CrMo钢组织中铁素体均匀连续,珠光体片层间铁素体较为明显。随着激光冲击强化输出能量的增加,组织中铁素体越来越分散,珠光体片层组织越来越不明显,激光冲击强化后42CrMo钢中有大量位错、亚晶出现。在32～36 J的脉冲能量范围内,激光冲击强化的该钢的表面硬度和耐磨性显著提高,并在表面形成了厚度0.75 mm的硬化层。激光冲击强化冲击能量越高,42CrMo钢硬度越高,耐磨性越好。
目的探究二次喷丸工艺参数对42CrMo钢零件表面完整性的影响规律。方法建立三维随机喷丸有限元模型,并通过实验验证有限元模型预测残余应力的准确性。将一次喷丸后零件的表面形貌和应力应变结果作为初始状态导入到二次喷丸模型中,构建出二次喷丸预测模型。分析二次喷丸参数对42CrMo钢零件表面残余应力场、表面粗糙度以及等效塑性形变场的影响情况。
结果二次喷丸后,42CrMo钢板零件近表层（0～100μm）的残余压应力值均比初始状态有所增加。增加二次喷丸覆盖率对表面残余应力的提升作用最为明显, 可比初始状态提高63.3%,而增加二次喷丸直径对残余应力的改善效果42crmo钢板不明显。过度增加二次喷丸速度会导致表面粗糙度明显增加,提高二次喷丸覆盖率可显著降低表面粗糙度,覆盖率为300%时,粗糙度比初始状态减小了14.4%。表层PEEQ值随着二次喷丸速度、弹丸直径和覆盖率的增加而增加,但当二次喷丸速度、弹丸直径和覆盖率增加到一定程度后,表层PEEQ值会趋于饱和。
本试验在一定切削条件下对42CrMo钢板进行干切削,研究刀具累计加工1 035 s过程中前后刀面的磨损形貌。试验结果表明:累计加工时间T从0增加到1 035 s的过程中,刀具前刀面参与切削的区域亮度增加,磨损区域增大;当加工时间T为1 035 s时,刀具前刀面磨损明显,出现颜色较深面磨损区域、亮度较高的部分刀具涂层材料磨损区域、磨粒磨损明显的磨损区域。加工时间T从0增加到435 s的过程中,刀具后刀面出现明显的磨损带,涂层材料磨损带逐渐增大。加工时间T从435 s增加到1 035 s的过程中,磨损带缓慢增大,出现基体磨损现象,随着磨损时间延长,基体磨损逐渐增大。当加工时间T从48 s增加到1 035 s,已加工表面粗糙度Ra由3.46μm逐渐增大到3.91μm。
针对模铸锻材42crmo钢板表面出现裂纹缺陷,通过对锻材表面裂纹进行试验分析,结果表明,裂纹表面有平面等轴晶粒的多边形轮廓形态,具有锻造开裂后又发生高温再结晶的形貌特征,进而推断出锻材上的裂纹形成于高温锻造变形过程中。
在42CrMo钢常规处理的基础上增加了冷处理,研究浅冷处理和深冷处理对42CrMo钢硬度和耐磨性的影响。结果表明,经浅冷处理和深冷处理后,42CrMo钢板中残留奥氏体向马氏体发生转变,且碳化物析出增多,致使钢的硬度和耐磨性均有提升,且深冷处理后硬度和耐磨性提升幅度高于浅冷处理。
为研究42Cr Mo钢板的冲击动态力学性能及本构模型,进行了冲击动态压缩实验和金相观察.材料表现出强烈的应变率依赖性,同时还得到不同应变率下力学性能差异的主要原因在于冲击动态载荷下的绝热剪切行为.采用热激活理论,42crmog分别考虑热应力和非热应力来解释变形机理,得到了应变率效应的描述.基于此,本文提出含高应变率效应的动态本构模型,通过绝热剪切准则来确定失稳的起始点,并与模型进行耦合.该模型能很好地描述42Cr Mo钢的准静态和冲击动态力学行为,特别是应变硬化效应和应变率效应.
42crmo钢板电脉冲处理有促进钢材中复相组织形成的趋势。对于传统调质态的42CrMo钢,其组织仅包含索氏体,而受板条/孪晶马氏体短时间处理回火抗性的差异以及残余奥氏体稳定性提高的影响,电脉冲处理后的42CrMo钢板中包含回火马氏体、索氏体及残余奥氏体这三种组织
;对于传统时效态T250钢,其内部只存在η-Ni3（Ti,Mo）相,而受电流对非均匀形核的影响,电脉冲处理后的T250钢中包含Ni3（Ti,Al）团簇、Ni2.67Ti1.33相以及大尺度NiTi金属间化合物这三种析出物。（6）通过电脉冲处理,成功地在短时间内,同时且大幅提升了42CrMo钢板与T250钢的强度与塑性,定量分析了高能脉冲电流作用下不同类型钢材的强韧化机制,结果表明:i)采用脉冲电流进行淬火或固溶处理可提高晶界强化以及位错强化的强度贡献,而若进行回火或时效处理则可更显著地提高析出强化对强度的贡献;ii)电脉冲处理能增大必要几何位错的滑移距离,提高有利晶体取向的含量以及高施密特因子的比例,使钢材具有更大的塑性变形量;iii)利用电脉冲处理形成的复相组织在性能上的耦合及变形上的协调,钢材的强韧性也能得到有效改善。综上所述,经电脉冲处理后具有 性能的42CrMo钢板与T250钢的综合力学性能分别比传统处理态的钢材提高了22.82%和117.26%,增强、增韧效果十分明显。
同时,也揭示出电脉冲处理过程中42crmo钢板异于常态处理的组织、亚结构变化及力学行为,为丰富极端非平衡相变理论、更高效地开发具有更高力学性能的先进高强钢提供了充足的实验依据和技术参考。
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