基于深冷處理提供的溫度場和永磁體提供的勻強磁場,對42CrMo鋼板合金鋼進行磁場深冷處理,并與常規工藝和深冷處理工藝進行了對比分析。結果表明:磁冷工藝在深冷處理工藝的基礎上進一步提高了42CrMo鋼的耐磨性,磁冷工藝處理材料的耐磨性較常規工藝和深冷工藝分別提高約26. 7%和22. 2%。
這是由于深冷處理使得殘留奧氏體進一步轉化為馬氏體;深冷處理也使得過飽和馬氏體析出大量碳生成碳化物;深冷處理中磁場的存在對α-Fe晶格的作用使過飽和馬氏體析出碳的方向得到優化,回火屈氏體在磁場方向致密聚集,耐磨性提高。 基于有限元計算分析了直徑為Φ40 mm的42CrMo鋼圓棒試樣分別使用淬火油和PAG水基液淬火后試樣不同位置的組織、硬度以及淬火過程中的溫度變化,采用硬度檢測和顯組織分析對模擬結果進行了驗證。42crmo鋼板結果表明,當使用淬火油淬火時,試樣表面由奧氏體向馬氏體和貝氏體轉變,心部由奧氏體向貝氏體轉變;當使用PAG水基液淬火時,試樣表層幾乎轉變成馬氏體,心部轉變成馬氏體和貝氏體;試樣經淬火油和PAG水基液淬火后,表面硬度分別為58和55 HRC,均由表面至心部硬度逐漸降低,但使用PAG水基液淬火后試樣的心部硬度比用淬火油的高5 HRC,約為50 HRC。
目的提高42CrMo鋼板激光淬火后硬化層的深度和分布均勻性。方法利用COMSOL Multiphysics軟件對42CrMo鋼激光淬火過程中溫度場的演變進行分析,且考慮材料的熱物性參數隨溫度變化。通過設定激光工藝參數模擬試樣的溫度場分布,利用馬氏體轉變條件得到硬化層形貌尺寸。參照模擬結果,利用連續輸出的光纖耦合半導體激光器對42CrMo鋼進行激光淬火實驗,用熱電偶測溫儀對試樣測溫并與模擬的溫度歷史曲線進行對比,用光學顯鏡對試樣橫截面處硬化層形貌進行分析,將實驗所得硬化層形貌與模擬結果進行比較。并在相同的功率密度下,改變光斑的幾何尺寸進行模擬,分析并比較硬化層的幾何特征。結果實驗所測某點的溫度歷史曲線與模擬結果一致性較高,硬化層實際形貌與模擬結果基本吻合。
對磨煤機減速機齒輪進行失效分析,結果表明:齒輪齒根彎曲疲勞強度不足,輪齒斷裂屬于多次累積損傷產生的疲勞斷裂42crmo鋼板,而且齒輪內部不僅存在魏氏體組織,還存在較大的偏析區,因而在材料內部產生較大的組織應力,該組織應力與工作應力疊加,容易誘發裂紋的形成及擴展.分析結果還發現齒輪表面并沒有經過表面熱處理,表面硬度未達到設計要求.
利用激光熔覆技術在42CrMo鋼板表面制備了Stellite-6鈷基涂層,然后在不同的溫度下對涂層進行熱處理,探究了熱處理溫度對涂層顯組織、硬度、耐蝕性和摩擦學性能的影響。結果表明:熱處理能有效減小涂層內部的殘余應力,裂紋、孔洞等缺陷;在900℃下進行熱處理后,FCC結構的鈷演變為HCP結構的鈷,亞穩態M7C3型碳化物演變為穩態M23C6型碳化物;經過900℃×1 h的熱處理后,涂層的近表面硬度是未熱處理涂層的1.5倍,
約為1300 HV;未熱處理涂層的摩擦因數為0.42,磨損機理主要表現為塑性變形、犁溝及脆性剝落;熱處理后,涂層的摩擦因數降至0.29,磨損機理主要為磨粒磨損和黏著磨損;熱處理后生成的穩態M23C6型碳化物具有強化合金、涂層力學性能的作用;未熱處理涂層與熱處理涂層的自腐蝕電流密度均約為3.3×10-3 A·cm-2,自腐蝕電位均在-0.29 V左右,單個容抗弧特征近乎重合。熱處理過程中發生的再結晶和晶粒尺寸變化、馬氏體相變對鈷基涂層耐蝕性的影響不大。
制造水平的不斷,對復雜精密的機械裝備、零件的品質要求也越來越高,而塑性加工技術和熱處理技術作為材料成型及改善材料性能的關鍵手段,在制造加工工業中發揮著關鍵性作用。42crmo鋼板材料處理過程中,材料的終性能受多方面因素的影響,如塑性加工過程中的加載速度、幾何形狀、摩擦與接觸條件,熱處理過程中的溫度分布、組織分布和應力分布等,如果僅通過試驗來摸索設計工藝參數,費時費力,無法滿足實際生產需求。現階段,可以通過計算機進行塑性加工和熱處理過程的數值模擬,輔助工藝設計和工藝優化,縮短研發周期,提高產品質量,降低成本。因此,研究如何提高數值模擬的準確性具有十分重要的意義。
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42crmo鋼板具體的研究結果如下:（1）采用電脈沖處理地實現了鋼材的晶粒細化,明確了脈沖電流誘導晶粒細化的具體機理。瞬時的高能量輸入顯著降低了奧氏體相變能障,極大地提高了奧氏體的形核率,短時間的作用以及隨后快速的水冷處理抑制了奧氏體晶粒的長大。電脈沖處理后,淬火態42CrMo鋼的晶粒細化了56.3%,固溶態T250鋼的晶粒尺寸下降了74.6%。
（2）揭示出電脈沖處理提高鋼材中殘余奧氏體穩定性的具體機制:i)若處理前鋼材中的合金元素是不均勻分布的,則電脈沖處理的瞬時性也就決定了處理后的元素無法充分均勻化,奧氏體穩定化元素濃度高的區域將為殘余奧氏體的形成提供足夠的化學驅動力;ii)晶粒的細化以及電脈沖處理過程中界面處大量晶體缺陷的形成,使馬氏體與奧氏體的界面能得到提高,這將使馬氏體的生長提前停滯,同時馬氏體轉變起始溫度也會顯著下降;iii)奧氏體向馬氏體轉變是一個體積膨脹的過程,電脈沖處理過程中存在的熱壓應力可有效地抑制馬氏體轉變。
（3）脈沖電流特定的物理場分布及物理效應可明顯改變亞結構及第二相的形態和分布。受熱壓應力的影響,原本在高層錯能鋼材中難以形成的堆垛層錯在電脈沖處理中得以形成,而堆垛層錯的形成又為回火態42CrMo鋼板中超細珠光體類組織的形成奠定了基礎;合金元素貧瘠區與富集區之間的應力可促進孿晶或殘余奧氏體的形成;電子風強烈沖擊界面形成大量的晶體缺陷,可使第二相主動地浸潤晶界,而若使界面處的缺陷得到回復,第二相則被動浸潤其他界面;多個物理場的重疊可使亞結構的分布具有方向性,如42CrMo鋼中沿電流方向分布的位錯、T250鋼中沿電流方向分布的Ni3（Ti,Al）團簇;電遷移效應可促進位錯形成具有小角度取向差的亞晶界。
（4）研究發現脈沖電流對優滑移系上原子或位錯運動的促進42crmo鋼板,可使沿電流方向的特定取向強度增強,形成了沿電流方向（ED）的織構。如固溶態T250鋼中{112}//ED織構、TS+EPA態T250鋼中殘余奧氏體{111}//ED及EPS+EPA態T250鋼中小角度{110}//ED織構的形成。
42CrMo鋼板因具有良好的淬透性、強度以及韌性,被廣泛應用于拉矯輥制造中,但是這種材料的耐蝕性、耐磨損性及耐疲勞性還不夠理想,限制了拉矯輥連續工作能力。為進一步提高拉矯輥基材強度和耐磨損性能,利用激光熔凝技術對調質后42CrMo鋼進行了激光強化工藝研究。采用光學顯鏡、金相顯鏡、顯硬度計、摩擦磨損試驗機等儀器對42CrMo鋼激光熔凝后的顯組織、相結構、強度及摩擦磨損性能進行了分析,研究了激光功率、掃描速度對熔凝層性能的影響規律。結果表明:工藝參數對熔凝區力學性能影響較大,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量;調質后42CrMo鋼基體組織主要為回火馬氏體+殘余奧氏體,經過激光熔凝后,基體組織發生轉變,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。
為了提高刀具用42CrMo鋼的耐磨性能,采用電弧離子鍍技術在其表面沉積制備TiAlSiN涂層,并測試分析了勵磁電壓對其組織結構及摩擦學性能的影響。研究結果表明:提高電壓后涂層表面粗糙度也隨之增大,制得厚度更大的TiAlSiN涂層,從初的2.16μm持續增大到4.85μm,表面粗糙度增大。隨電壓升高,涂層沿垂直基體表面的方向生長,獲得了更明顯的柱狀晶,空隙數量也進一步增加,降低了涂層的組織致密度。隨著電壓的上升,等離子體離化率也明顯,制備得到了硬度更高的涂層,涂層的厚度也明顯增大。42crmo鋼板電壓增加過程中,TiAlSiN涂層的摩擦系數和磨損率表現出先下降再升高的變化規律,當電壓達到30 V電壓時獲得了 磨損率。涂層存在磨粒磨損現象,可以觀察到部分涂層發生了剝落。30 V電壓時涂層表面變得更加平整,形成了更加致密的組織,耐磨性顯著提高。
