42CrMo钢激光-电磁感应复合淬火过程应力与变形研究

目的提高激光强化风电机组轴承的尺寸稳定性,对激光-电磁感应复合淬火过程中的应力演化过程进行分析,并研究工艺参数对淬火变形的影响规律。方法通过考虑淬火相关的工艺过程、材料参数、热源输入及边界条件,使用COMSOL软件建立42CrMo钢激光-电磁感应复合淬火数学温度-组织-应力场多物理场耦合模型,研究淬火过程中的温度、组织和应力变化过程,并进行复合淬火实验验证。通过改进边界条件,建立轴承试件的淬火模型,通过改变相关工艺参数包括激光功率、感应功率和扫描速度,研究工艺对轴承淬火变形的影响规律,并与实际轴承实验结果进行对比。结果经实验测试结果和模型结果对比,感应和激光的温度相对误差分别为5.48%和9.69%,淬硬层深度的相对误差为5.66%,工件中心点应力相对误差为7.14%。结合温度变化和组织变化,将应力变化过程分为感应加热阶段、激光加热阶段、自然冷却阶段和强制水冷阶段。改进后的大轴承表面变形量的模拟值与实验值相对平均误差为0.58%。结论在复合淬火过程中,应力同时受到热应力和组织相变应力的影响,热应力和组织相变应力在每个阶段起作用的主体不同。随着激光功率和感应功率的减小,以及扫描速度的增大,轴承内圈外滚道表面法向位移变小,尺寸稳定性越好。

稀土La对42CrMo钢碳化物析出特征及摩擦学性能增强机理研究

使用真空熔炼技术制备了稀土42CrMo钢,采用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)和能谱仪(EDS)对材料微观组织、拉伸断口、磨损表面和亚表层进行了表征,研究了La对42CrMo钢碳化物析出特征及摩擦学性能增强机理.结果表明:La减小了晶界张力和界面能,降低了碳化物沉淀所需成核势垒,提供了形核点,使42CrMo钢具有更小的原奥氏体晶粒和碳化物,原奥氏体和碳化物尺寸减少约46.5%和19.4%.添加La后,42CrMo钢具有更优良的力学和摩擦磨损性能,屈服强度、抗拉强度和断后伸长率比普通钢提升了9.29%、9.48%和25.01%,磨损率降低了36.71%.稀土钢强塑性的提高得益于La对晶粒和碳化物的细化以及碳化物和基体界面柔韧性的提高.摩擦磨损性能的提升是由于碳化物和基体的柔性界面在摩擦磨损过程中起到协调变形作用,减少了微裂纹的形成和碳化物的剥离,使摩擦表面形成的自润滑膜更加致密、完整,不易破坏.此外,La减少了钢中夹杂物,也提高了稀土钢的塑性和摩擦磨损性能.

基于应力三轴度的铸态42CrMo钢高温拉伸断裂行为分析

利用Gleeble-3500型热模拟试验机对不同缺口半径(0.5,1.0,2.0,4.0 mm)的铸态42CrMo钢缺口试样进行不同温度(1223,1273,1373 K)下的热拉伸试验,基于应力三轴度分析了其高温拉伸断裂行为。结果表明:较高拉伸温度下缺口试样的流变应力较小;随着缺口半径减小,缺口试样流变应力和峰值应力增加,断裂应变减小;当缺口半径为0.5,1.0 mm时,应力三轴度最大值向最小横截面圆心转移;当缺口半径为2.0,4.0 mm时,拉伸过程中最小横截面圆心处的应力三轴度始终最大;随着缺口半径增加,应力三轴度减小;温度由1223 K升至1373 K,试样断口组织平均晶粒尺寸增大;缺口半径由0.5 mm增加至4.0 mm,平均晶粒尺寸增大,微空洞且尺寸及面积分数增加。

雾化射流对42CrMo钢车削断屑性能影响的实验研究

金属加工过程中,切屑周期性断裂有利于切削过程的稳定进行,实现高质高效加工。雾化射流是一种重要的冷却方式,把压缩空气与切削液混合并断续喷射形成雾状。与切削液溢流冷却相比,雾化射流射出的小液滴渗透性更好,冷却介质能更准确地施加到刀具前刀面和切屑内表面位置。为了探究雾化射流对42CrMo钢车削断屑性能的影响,采用三种冷却方式(干切削、切削液溢流及雾化射流)和两种进给量(0.15mm/r, 0.18mm/r)进行车削实验,对切屑的宏观长度、卷曲半径、切削力和刀—屑接触长度进行观测。在相同的进给量下,采用雾化射流冷却方式可以获得更短的切屑宏观长度、更小的切屑卷曲半径、更小的切削力、更短的刀—屑接触长度以及更小的切屑内表面粗糙度。

超声喷丸工艺参数对42CrMo钢表面质量的影响

通过单因素试验法研究了超声喷丸工艺对42CrMo超高强度钢表面质量的影响,对42CrMo钢超声喷丸处理前后的表面粗糙度、表面硬度、截面显微硬度和微观组织进行了表征分析。结果表明,随着喷丸时间的延长,表面粗糙度和表面硬度逐渐增大直至稳定,稳定值分别为1.08μm和433.60 HV;超声振幅、弹丸直径的增加和喷丸距离的减小可以有效地提升试样的超声喷丸强度,在试样表面产生更加剧烈的塑性变形,虽然提高了表面粗糙度,但是获得了深度更大的硬化层和梯度结构晶粒细化层,分别为2.8 mm和40μm。

42CrMo钢长轴感应淬火裂纹原因分析

观察了感应淬火后42CrMo钢长轴开裂的微观组织、裂纹形貌并测试其化学成分和力学性能,分析了裂纹的形成原因。结果表明:裂纹沿轴向分布且仅存在于大直径区域的淬硬层,与心部相比,该区域晶粒异常粗大且部分晶界熔化,裂纹沿晶扩展,裂纹内存在氧化物,因此判断裂纹产生的主要原因是感应淬火工艺参数不当,导致在长轴直径增大区域的淬火加热温度过高,从而造成淬硬层发生过烧、晶界弱化甚至烧蚀,从而出现裂纹。相比小直径区域,大直径区域的淬硬层较厚、硬度偏低,也佐证了该论断。

常规喷丸和微粒喷丸工艺对42CrMo钢表面性能的影响

为了研究常规喷丸和微粒喷丸2种工艺对42CrMo钢表面性能的影响,利用ABAQUS软件通过正交试验确定了这2种工艺对材料表面粗糙度和残余压应力层深的主次影响因素。根据正交试验的分析结果,开展了一定的实际试验验证。考虑微粒喷丸和常规喷丸的特点,针对喷丸覆盖率单因素研究了2种工艺对42CrMo钢残余应力、表面粗糙度和等效塑性应变的影响。结果表明:微粒喷丸在相同覆盖率条件下能够获得更大的残余压应力、更低的表面粗糙度和更高的等效塑性应变,但强化层深度稍浅。残余压应力的提高有助于提高材料的耐磨损和抗疲劳性能,而较低的表面粗糙度有助于降低裂纹的萌生,更高的等效塑性应变可以进一步细化晶粒,同时有利于产生残余压应力,说明微粒喷丸在机械零部件的表面强化上具有广阔的应用前景。

42CrMo钢动态再结晶的临界条件

采用Gleeble-1500热模拟试验机对挤压态42CrMo钢进行等温热压缩实验,研究了在温度为1123～1348 K,应变速率为0.01～10 s-1条件下的动态再结晶行为。流变应力曲线对比分析表明:42CrMo钢在0.01～1 s-1的低应变速率下(除1 s-1和1123 K)发生动态再结晶型软化,在1～10 s-1的高应变速率下(含1 s-1和1123 K)发生动态回复型软化。采用加工硬化率的方法处理流变应力数据,结合lnθ-ε曲线的拐点及2(lnθ)/ε2-ε曲线的零点判据,研究42CrMo钢热塑性变形中动态再结晶发生的临界条件。结果表明:所有压缩试样均发生了动态再结晶;增加应变速率及降低变形温度会抑制动态再结晶的发生。进一步引入表征动态再结晶临界条件的临界应变模型,建立了临界条件与各热力参数之间的数学关系。验证表明该模型相对误差不超过7.8%。

42CrMo钢铸造环坯辗扩成形理论与工艺分析

与目前常用的环类零件生产工艺相比,基于环形铸坯的短流程铸辗复合成形新工艺具有节约材料和能源、缩短工艺流程等优点。以轴承环件常用的42CrMo钢为研究对象,探讨基于环形铸坯的轴承环件辗扩成形机理和工艺。借助于热力模拟试验和组织测试分析,揭示42CrMo钢在热变形条件下组织演变机理和规律;通过理论分析与数值模拟,研究铸坯环件辗扩成形过程中变形工艺参数及其对金属变形和组织演变规律的影响,实现环形零件铸辗复合成形/成性一体化调控;在洛阳LYC轴承股份有限公司,完成轴承套圈铸辗复合成形工业试验。试件的力学性能测试结果表明,这种短流程铸辗复合成形新工艺生产的环形零件具有良好的力学性能指标,可满足工业使用要求。

42CrMo钢加热时奥氏体晶粒长大演化规律

对42CrMo钢在不同加热温度(850~1150℃)和保温时间(0~1200 s)下的奥氏体晶粒长大规律进行了研究。采用金相定量法对加热后材料的奥氏体晶粒度进行测量,建立42CrMo钢加热时奥氏体晶粒长大演化模型。结果表明:奥氏体晶粒尺寸随加热温度升高呈指数关系长大,随保温时间的延长呈近似抛物线形式长大;利用基于唯象理论的Sellars模型,通过非线性回归方法建立42CrMo钢加热时奥氏体晶粒长大演化模型;将该模型导入有限元软件中预报42Cr Mo钢加热时奥氏体晶粒变化,预报结果与实验结果吻合,验证了该模型的正确性。

基于铸辗复合成形的42CrMo钢环坯铸造工艺与试验研究

针对目前环形零件生产工艺流程长,加热次数多,浪费材料和能源等问题,提出和研究环形零件短流程铸辗复合成形新工艺。该工艺采用铸造环坯直接辗扩成形,具有节能、节材和缩短工艺流程等优点。在这种新工艺中,环坯的铸造质量、组织和力学性能对后续的辗扩工艺和环形零件组织、性能具有重要的影响。以轴承环件常用的42CrMo钢为研究对象,通过理论分析和模拟研究,提出高质量环形铸坯铸造工艺;并进行实际工业试验。通过试验研究和性能测试,表明该铸造工艺生产的环形铸坯具有良好的质量、组织和力学性能,可以为轴承环件铸辗复合成形提供高质量的铸坯。

循环淬火细化对42CrMo钢组织及疲劳性能的影响

42 Cr Mo经 86 0℃循环淬火 3次 ,5 5 0℃回火处理以后 ,奥氏体晶粒平均直径可细化到 7μm左右 ,因而所形成的马氏体板条长度大大缩短。这种短小的回火板条马氏体相对具有较低的疲劳缺口敏感性并可使屈服强度和伸长率同时提高。其中疲劳强度提高 2 4% ,对于相同的强度级别来说 ,伸长率可提高 2 5 %。晶粒细化以后 ,42 Cr Mo的疲劳裂纹常常起源于表面擦伤处 。

42CrMo钢伞形齿轮轴窄间隙激光焊接接头组织与性能

螺旋伞形齿轮的整体制造存在很大困难，通常采用分体加工，然后进行焊接。针对重型机械用伞形齿轮轴的连接，研究了调质状态下42CrMo钢窄间隙激光填充焊丝焊接接头的金相组织和显微硬度，并对接头力学性能进行了分析。试验采用3500W Slab CO2激光器，填充焊丝为TGS-2CM。结果表明，在无预热和焊后热处理情况下，采用合适的激光焊接工艺参数可以避免裂纹、气孔等缺陷的产生；焊缝和热影响区的金相组织主要为细小的贝氏体组织，熔合区的显微硬度约为580HV0．2，热影响区中不存在明显的软化区；接头抗拉强度在980～1080MPa之间，与母材相当满足使用要求。

42CrMo钢疲劳试验研究

文章采用高频疲劳试验机,在不同的最大应力下,对42CrMo钢进行疲劳试验研究。在常温空气环境下分别对试样进行了拉拉疲劳试验(R=0.1)和拉压疲劳(R=-1)试验,得出了42CrMo钢的拉-拉疲劳和拉-压疲劳寿命;试验结果表明,拉-拉疲劳极限在0.33σb^0.35σb之间,拉-压疲劳极限在0.4bσ~0.5bσ之间;由此得出了拉-拉疲劳极限与拉-压疲劳极限较好地吻合Gerber关系式。

42CrMo钢热加工图的建立与热辗扩成形工艺

以铸态42CrMo 钢为研究对象，通过分析其热压缩应力-应变曲线，计算建立该钢不同应变时的热加工图。应变较小的热加工图中，微观组织演变机制在1100～1150℃、0.1～1 s-1范围为动态再结晶，在950～1050℃、1～10 s-1范围内为动态回复；随着应变的增大，动态回复和再结晶发生的温度和应变速率范围扩大，从而确定该钢最佳热辗扩温度和应变速率范围。结合该钢环形铸坯的热辗扩工艺试验，分析辗扩比、驱动辊速度和芯辊进给速度对辗扩件质量的影响，以及辗扩工艺参数对环件内部微观组织演变和最终晶粒组织的影响。分析结果和辗扩试验环件的检测结果都表明，用该钢环形铸坯直接进行辗扩成形生产环形零件，不仅可以获得精确的形状尺寸，而且可使环形铸坯得到充分变形，改善铸态组织、细化晶粒，获得内部微观组织和力学性能满足要求的环件。

基于铸辗复合成形的铸态42CrMo钢热物理性能参数的研究

铸辗复合成形工艺是生产环形零件的先进成形技术,具有高效短流程、节能节材和减少排放等显著优点。对铸态环坯材料在成形工艺条件下的组织演变机理和变形热力学条件进行深入的研究,对于实现材料在这种短流程中的组织改善和成形成性一体化调控,具有重要意义。分析研究材料在热变形条件下热物理性能参数和建立准确的材料模型,是分析研究材料热成形过程组织演变和实现成形成性一体化调控的前提和关键。针对轴承套圈铸辗复合成形工艺,以42CrMo钢为研究对象,通过数值模拟和试验研究,得到热变性条件下铸态42CrMo钢的热物性参数如热导率、比热容和热扩散系数及其变化规律,分析影响这些热物性参数变化的因素,可为分析42CrMo环件铸辗复合成形工艺和实现成形过程中组织和性能的改善提供准确的数据和模型。

铸态42CrMo钢热压缩变形时的动态再结晶行为

基于Gleeble-1500型热模拟试验机进行热压缩试验,通过对试验数据进行线性回归分析推导出了铸态42CrMo钢热压缩变形的本构方程,同时探讨了热压缩变形参数对显微组织的影响。结果表明:在相同的变形温度(850～1 150℃)下,该钢变形后的显微组织随着应变速率的增大逐渐变细,在5s-1时达到最细;在相同的应变速率(0.1～5s-1)下,显微组织随着变形温度的升高逐渐变细后再粗化,在1 050℃时马氏体板条最细;在相同的应变速率(1～5s-1)和变形温度(900～1 050℃)下,随着变形量的增加,再结晶晶粒尺寸均得到了显著细化;在温度为1 050℃、应变速率为5s-1、应变为0.6时热压缩后晶粒的细化效果最为显著。

42CrMo钢表面纳米化对离子渗氮的影响

用表面机械研磨处理(SMAT)对42CrMo钢进行表面纳米化处理。对SMAT处理前后的样品进行离子氮化处理。通过扫描电镜、金相显微镜、X射线衍射和显微硬度计对渗氮处理后样品的结构和性能进行了表征。结果表明:在相同的氮化条件下,特别在低温下,经SMAT处理后的42CrMo钢可以得到化合物层更厚、硬度更高的氮化层。

42CrMo钢的热压缩流变应力行为

为实现42CrMo钢锻造的数值模拟与合理制定其热成形工艺参数，采用Gleeble-1500热模拟实验机研究工业用42CrMo钢在变形温度为850～1150℃和应变速率为0．01～50s^-1条件下的流变应力行为。通过线性回归分析确定42CrMo钢的应变硬化指数以及形变表观激活能，获得42CrMo钢高温条件下的流变应力本构方程，并验证该流变应力本构方程的准确性。研究结果表明：42CrMo钢在热压缩变形过程中发生了明显的动态回复与动态再结晶，流变应力随应变速率的增加而增加，随温度的升高而降低；流变应力的预测值与实验值较吻合，而且预测的最大相对误差仅为4．54％。