42crmo鋼板先進高強度鋼憑借其優異的力學性能、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。縱觀 代到第三代先進高強鋼的發展歷程,以“復相、多尺度”為基礎的調控理論研制具有“亞穩相、超細晶基體”等特點的超級鋼逐漸受到青睞。現今,在輕量化和智能制造等一些列工業背景下,如何更快速且低能耗地開發更輕質、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現以來,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相變機理、多物理場作用下觀結構的演變規律以及相應伴生現象的深入研究,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、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,結合相應的傳統熱處理,規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。

對42CrMo鋼板首先鍛造后淬火,再分別進行常規熱處理、淺冷處理和深冷處理,之后進行中溫回火,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。結果表明,相比于常規熱處理,42CrMo經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試樣組織中細小碳化物彌散分布析出。 

  利用光學顯鏡、掃描電鏡和電子探針對熱處理后開裂的42CrMo鋼板制大型風電主軸進行觀組織形貌及區成分分析。結果表明,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制產生裂紋,同時夾雜處的區成分偏析及裂紋附近的縮松缺陷共同作用終導致主軸開裂。

    用光學顯鏡、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,并推導獲得了回火后屈服強度的計算模型。結果表明: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定滲碳體轉變,顯組織從回火馬氏體演變為碳化物彌散分布的回火屈氏體（400℃）和索氏體（600℃）,同時硬度不斷降低,且在前2 h回火內降低顯著,而后趨于穩定。由于擴散控制的回火組織演變類同于單一相變過程,基于JMAK方程建立的強度計算模型,可以較好地預測42CrMo鋼在200～600℃回火時的屈服強度變化。 

利用三維原子探針（3DAP）分析元素分布。結果表明Al-Ti、Al-B的添加均使42CrMo鋼板淬透性提高,Al-B配合添加的42CrMo鋼淬透性 ,直接淬火后截面心部馬氏體組織大于90%;并且使鋼的抗拉強度Rm≥1200MPa,-40℃下沖擊吸收功KV2≥27J,力學性能滿足低溫環境下12.9級螺栓用鋼的使用要求。

   通過化學相分析實驗和CCT曲線測定,表明Al-Ti配合添加,Ti發揮固氮作用形成TiN,使Al固溶于鐵素體中,抑制貝氏體產生;Al-B配合添加,當Al的添加含量較高,使得相同溫度下AlN優先BN析出,這一部分Al發揮固氮作用,另外一部分Al與B共同固溶于鋼中,抑制珠光體和鐵素體的轉變,增加實驗鋼在較低的冷速下獲得馬氏體的能力,提高鋼的淬透性。通過3DAP實驗分析鋼中各元素的分布情況,其中Al元素在鋼中彌散分布,抑制C的擴散,從而抑制貝氏體的形成,提高鋼的淬透性。

  采用電弧離子鍍技術在刀具42CrMo鋼板表面沉積制備TiAlSiN涂層,實驗測試分析勵磁電壓對其的組織結構及其摩擦性能的影響。研究結果表明不同電壓制備的TiAlSiN涂層表面形成了大量孔洞。隨著電壓升高后,涂層的粗糙度和厚度明顯增加。所有層都形成了緊密結合狀態,未產生明顯縫隙結構,涂層都形成了具有柱狀結構。當電壓上升后,產生了更多的空隙,導致涂層致密度發生減小。逐漸提高電壓后,獲得了具備更高顯硬度的涂層,達到了比合金鋼基體更高的硬度。隨著電壓升高,涂層的摩擦系數和磨損率先降低再升高,到達30 V電壓時達到了小的磨損率。涂層主要發生了42crmo鋼板磨粒磨損的情況。30 V電壓時形成了更加平整的涂層表面,涂層的組織結構也變得更加致密,顯著提高了耐磨性。