夹杂物对42CrMo4钢塑性及韧性的影响分析

风电主轴材质42CrMo4钢内部夹杂物的存在导致大锻件热成形中易出现微裂纹等缺陷。针对不同种类的夹杂物进行研究,探究其在热成形中的损伤失效行为。对原铸态42CrMo4钢进行取样、抛磨、腐蚀后进行夹杂物形貌的SEM观察与EDS成分检测,并对基体损伤较大的夹杂物做纳米压痕实验以获得其真实的力学性能参数。结果表明:铸态42CrMo4钢室温下组织为铁素体和珠光体的共存组织,主要存在Al_(2)O_(3)、TiN、硅酸盐类夹杂物及少量的CaS类夹杂物。纳米压痕实验表征得到在相同载荷下TiN的残余压痕深度最小,说明其塑性变形最小,弹性回复能力最好,Al_(2)O_(3)次之;室温下基体弹性性能最差,其塑性变形最大。在夹杂物附近观察到了部分孔洞,表明夹杂物较基体硬度大,在成形过程中会破坏基体的连续性,形成裂纹等缺陷从而影响产品质量。

42CrMo4大截面主轴锻件热处理工艺及性能研究

针对大尺寸42CrMo4主轴锻件常规调质后冲击功及断面收缩率不合,进行补充回火和亚温淬火试验。结果表明,随回火时间的延长和回火温度的提高,锻件强度降低、断面收缩率和冲击功均有提高,但冲击功仍不满足技术要求;而采用亚温淬火工艺后材料塑韧性显著提高,主轴锻件各项性能指标满足技术要求。

二次回火对42CrMo4M钢组织性能的影响

借助光学显微镜、扫描电镜、透射电镜和X射线衍射仪等研究了二次回火温度对42CrMo4M钢显微组织、力学性能和残余应力的影响。结果表明:二次回火后,42CrMo4M钢中马氏体板条进一步发生回复和再结晶,位错密度显著降低;长条状碳化物逐渐球化和粗化,转变为颗粒状形貌;随二次回火温度的升高,42CrMo4M钢的屈服强度和抗拉强度呈先上升后大幅下降的趋势,而塑韧性则变化较小。660℃二次回火后,42CrMo4M钢-20℃冲击吸收能量由调质处理后的111 J略微增加至120 J,增幅仅为9 J;此外,随着二次回火温度的升高,42CrMo4M钢中残余应力大致呈先下降后上升的趋势。640℃二次回火后,42CrMo4M钢中残余应力最低,为111.7 MPa,较调质处理后的152.5 MPa,降低了约26.75%。

JMatPro在42CrMo4钢热处理工艺设计中的应用

利用JMatpro计算软件对42CrMo4合金钢链板热处理工艺进行了研究。通过JMatpro计算可知,42CrMo4合金钢奥氏体临界转变温度Ac_(1)为724℃、Ac_(3)为770℃,随着加热速度的增加,合金的相变温度均提高,奥氏体均匀化温度也提高,奥氏体均匀化时间减少。根据42CrMo4合金钢TTT曲线和CCT曲线等,42CrMo4合金钢链板的热处理工艺为860℃淬火保温40 min、350℃回火保温120 min。热处理后其硬度为47~48 HRC,组织为均匀细致的回火屈氏体,满足设计要求。

42CrMo4风机主轴的生产试制

42CrMo4风机主轴对力学性能及超声检测要求严格。根据技术要求,制定试制方案,并严格按生产试制路线、措施及工艺进行生产。经过试制检验,力学性能及其它指标均满足技术要求。

超声喷丸强化对连杆用42CrMo4钢疲劳性能的影响

为了提高某型柴油机连杆用42CrMo4钢的使用寿命和服役质量,首先采用超声喷丸强化工艺对其进行了处理,研究了功率、撞针直径和走刀速度对其表面粗糙度、表层硬度等表面完整性的影响规律。之后根据国家相关标准,设计了超声喷丸强化疲劳试验件,开展了超声喷丸强化工艺处理试验件的高周疲劳试验,并对其试验结果与传统喷丸结果进行分析。最后,通过扫描电子显微镜对疲劳断口进行了表征,观察了微观组织的演化规律,揭示了疲劳损伤失效机理。

42CrMo4钢39t锭真空浇铸和凝固过程数值模拟和生产实践

用Anycasting铸造软件对42CrMo4钢（/%：0.38~0.45C,0.90~1.20Cr~,0.025Mo）39 t锭真空浇铸和凝固过程进行计算机模拟,确定浇铸钢水温度1527℃,过热度40℃C时39 t钢锭充型时间18.78 min,其中锭身10min,帽口8.78 min,预判缩孔仅出现在帽口中心处。现场生产实践表明,铸锭锻造后的模块经Ⅱ级超声波探伤合格,成材率从工艺改进前的65%提高至71.35%。

滚压强化对连杆用42CrMo4钢疲劳性能的影响

为了提高42CrMo4钢材料的柴油机连杆的使用寿命和服役质量,采用滚压强化工艺对其进行处理,研究不同滚压参数(滚压应力、进给量、滚压次数和滚压速度)对表面粗糙度和表层显微硬度的影响并对比喷丸试样和滚压试样的高周疲劳性能。试验结果表明:试样表面粗糙度随着滚压次数的增加先降低后升高,随着滚压速度的增加先升高后降低;表面显微硬度随滚压应力、进给量和滚压次数的增加先降低后增加,随滚压速度的增加先增加后降低;经R5滚压处理后,材料的疲劳强度从673.80 MPa升高到752.17 MPa,R5滚压工艺对材料高周疲劳寿命的强化效果明显高于喷丸强化;不同滚压工艺的试样主要断裂机制为延性断裂,由于滚压强化的作用,试样内部的夹杂物和基体界面的二次裂纹萌生成为了主要裂纹起始源。

回火工艺对42CrMo4合金钢组织和性能的影响

对42CrMo4合金钢进行淬火和回火热处理,研究回火温度对42CrMo4合金钢组织和力学性能的影响。结果表明:淬火后42CrMo4合金钢的组织主要为板条状马氏体、少量的针叶状马氏体和残余奥氏体;相较于原材料,硬度、屈服强度和抗拉强度分别提升137%、165%和148%,伸长率降低11.5%。随着回火温度的升高,组织中马氏体和残余奥氏体逐渐分解,渗碳体和粒状合金碳化物析出;硬度、屈服强度和抗拉强度逐渐减小,伸长率增大。

42CrMo4钢切削表面残余应力研究

42CrMo4钢是一种应用广泛的高强度合金钢,用于制造盾构机保险轴等。但盾构机保险轴常常出现因残余应力引起提前疲劳失效的问题,影响其使用,因此对其材料42CrMo4钢进行了分析研究。利用工艺系统模拟软件DEFORM-3D中的切削仿真模块建立42CrMo4钢的切削模型并进行仿真分析,通过在仿真过程中改变各切削参数后对其表面残余应力的影响进行研究,得出切削三要素中对42CrMo4钢表面残余应力影响最大的是切削速度,其次为进给量,影响最小的为切削深度,为42CrMo4钢保险轴加工条件的选择提供理论依据。

开轧温度对42CrMo4钢轧制动态组织变化影响的有限元模拟

应用LARSTRAN/SHAPE有限元模拟软件对42CrMo4合金钢箱形孔型轧制过程进行三维热力耦合有限元模拟。用粘塑性有限元理论模拟轧制过程各时间离散步的局部量包括等效应力、等效应变、等效应变速率、温度分布等,由此计算动态再结晶和晶粒大小的变化。通过模拟研究得出开轧温度≥1 050℃时,42CrMo4钢动态再结晶显著增加,生产42CrMo4钢棒材的合适开轧温度为1050～1100℃。

42CrMo4风电主轴热处理工艺改进

42CrMo4风电主轴采用常规热处理工艺后,低温冲击韧性不能满足要求。采用改进的降温淬火工艺,将淬火温度从860℃降至810℃,以及水淬油冷方式使产品完全满足技术要求。

回火温度对42CrMo4高强钢力学性能及应力腐蚀敏感性的影响

以42CrMo4高强钢为研究对象,采用光学显微镜(OM)、慢应变拉伸(SSRT)和透射电镜(TEM)等研究了42CrMo4显微组织中碳化物形貌和分布随温度变化的情况及其对力学性能和应力腐蚀敏感性的影响。结果表明,42CrMo4高强钢在500~650℃回火后,组织均为回火索氏体,随着回火温度的提高,碳化物由片状不均匀分布逐渐转变为短棒状,最终呈颗粒状弥散分布于基体上;回火过程中碳化物由不均匀片状分布转变为颗粒状弥散分布是42CrMo4高强钢综合力学性能和抗应力腐蚀敏感性持续改善的主要原因。随着回火温度上升,42CrMo4高强钢0℃冲击韧性逐渐提高,拉伸强度逐渐降低;回火温度为500~600℃时,试样具有较高的应力腐蚀敏感性,且在相同热处理条件下E_(H)(42CrMo4充氢后的脆化指数)>E_(NaCl)(42CrMo4在3.5%(质量分数)NaCl介质中的脆化指数),回火温度为620~650℃时,E_(H)和E_(NaCl)均低于25%,具有较低的应力腐蚀敏感性。

42CrMo4钢硼氮离子复合渗与离子渗氮对比研究

目的为了进一步提高42CrMo4钢离子渗氮层的硬度,研发硼氮离子复合渗创新技术,并与离子渗氮层特性进行对比研究。方法在520℃、6 h的相同工艺条件下,对42CrMo4钢分别进行硼氮离子复合渗和离子渗氮处理。利用光学显微镜、XRD、显微硬度计、摩擦磨损测试机和电化学工作站对截面显微组织、物相、截面硬度、耐磨性和耐蚀性进行测试和分析。结果硼氮离子复合渗可显著提高渗氮效率,在520℃、6 h工艺条件下,化合物层厚度由18.78μm增加到29.44μm,有效硬化层厚度由265μm增加到355μm。同时,硼氮离子复合渗后在渗层形成了硼铁化合物FeB和Fe_(2)B,显著提高了渗层的硬度和耐磨性;表面硬度由750HV0.05提高至1002HV0.05,耐磨性和耐蚀性明显提高,磨损率由3.06 mg/cm^(2)下降到1.02 mg/cm^(2);自腐蚀电位由–648.89 mV提高至–494.32 mV。结论与离子渗氮相比,硼氮离子复合渗具有显著优势,不仅可以提高离子渗效率,还可显著提升渗层性能,包括渗层硬度、耐磨性和耐蚀性。

淬火及回火温度对新型中碳合金钢42CrMo4M组织性能的影响

借助光学显微镜、扫描电镜、透射电镜、拉伸试验机、冲击试验机等研究了热处理工艺对新型中碳合金钢42CrMo4M组织性能的影响。结果表明,经800~900℃淬火油冷后,42CrMo4M钢的淬火态组织主要为板条马氏体,且随着淬火温度的升高,晶粒尺寸逐渐增大,马氏体板条粗化,在860℃淬火时,晶粒度均匀且硬度最高。经860℃淬火后,在580~700℃回火温度范围内,随着回火温度的升高,42CrMo4M钢中的碳化物由长条状向球形转化,并由马氏体边界处不均匀分布演变为基体中弥散分布;当回火温度达到700℃时,42CrMo4M钢中碳化物明显粗化;随着回火温度的升高,42CrMo4M钢的强度先升高后降低,-20℃低温冲击吸收能量先增大后减小。680℃回火时,42CrMo4M钢的冲击吸收能量达到峰值,为99 J。在试验条件下,42CrMo4M钢经860℃淬火及660~680℃回火后具有良好的综合力学性能。

42CrMo4钢棒材的调质处理

分别采用中频感应加热设备和网带炉对直径28和40 mm、长500 mm的42CrMo4钢棒材进行了调质处理:920~940℃加热250~400 s PAG水溶液淬火、600~620℃回火空冷和870℃加热100 min油淬、540℃回火水冷。并采用Deform软件模拟了棒材的感应加热速率。调质后检测了棒材的外观质量、显微组织、自表面至中心的硬度分布、力学性能以及冲击试样的断口形貌。结果表明:网带炉调质的棒材表面氧化严重,并有较轻微的脱碳;两种设备调质的棒材截面硬度均为35~38 HRC,显微组织为回火索氏体和极少量的铁素体;中频感应加热棒材至奥氏体化温度后的加热速率约为2℃/s,与网带炉的加热速率相近;两种设备调质的棒材的力学性能相近,抗拉强度为1100~1200 MPa,屈服强度为1000~1100 MPa,断后伸长率为13%~17%,断面收缩率为54%~60%,低温冲击吸收能量为60~80 J。

连铸工艺对风电用42CrMo4连铸圆坯内部质量影响的研究

利用成分偏析检测,研究了连铸结晶器电磁搅拌、二冷水和过热度对42Cr Mo4圆坯成分偏析度和宏观组织的影响,结果表明:在电磁搅拌等工艺参数相对确定的情况下,过热度控制在25℃-35℃、二冷水强度为0.18L/kg时,能够很好地改善成分偏析;结晶器电磁搅拌强度的增加,有助于降低铸坯偏析程度,改善疏松、缩孔等质量缺陷;通过试验探究发现,在连铸末端搅拌强度、拉速等连铸参数相对不变的情况下,合理的结晶器电磁搅拌强度、过热度和冷却水强度能够有效地改善铸坯内部质量。

42CrMo4钢高温拉伸断裂准则与机理的研究

由于变形温度和应变速率是影响42CrMo4钢高温变形损伤断裂行为的重要因素,因此综合考虑了变形温度和应变速率对材料断裂的影响。基于Cockroft-Latham断裂准则,引入温度补偿应变速率因子Zener-Hollomon参数作为修正系数对Cockroft-Latham断裂准则进行改进。通过Gleeble-3800D热模拟试验机对42CrMo4钢进行了温度为950~1100℃、应变速率为0.01~10 s-1条件下的高温拉伸试验。利用试验结果采用线性拟合确定修正系数,得到改进后的断裂准则,将准则预测结果与试验结构对比验证,二则能很好吻合。利用扫描电镜观察试样拉伸断裂断口的组织形貌。结果表明:42CrMo4钢高温拉伸断裂是典型韧窝型韧性断裂,随着温度的提升,材料塑韧性明显提高;随应变速率的提高,材料塑韧性随之不显著降低。

风电齿圈用钢F42CrMo4探伤缺陷分析和工艺改进

F42CrMo4钢风电齿圈的生产工艺流程为热装铁水-100 t EAF-LF-VD-φ500 mm CCM-缓冷-锻制成φ2000~3 900 mm环形锻件。对探伤不合格的风电齿圈缺陷部位运用超声波进行定位取样,分析表明,氧化铝类夹杂物以及铸坯疏松缺陷,是造成部分批次风电齿圈用F42CrMo4钢探伤不合格的主要原因。通过控制电弧炉终点碳≥0.15%,LF终点喂钙线0.50 kg/t,喂钙后软吹氩≥10 min,VD后氩气流量由2×25 L/min增加至2×30 L/min,控制钢水过热度10~18℃等工艺措施使钢中氮、氢和氧含量分别由原≤80×10-6、≤1.5×10-6和≤20×10-6降低到≤75×10-6、≤1.2×10-6和≤15×10-6,锻件探伤合格率提高到98.95%以上。

Phase change materials as quenching media for heat treatment of 42CrMo4 steels

In the present work,paraffin phase change material is used as quenchant for the heat treatment of 42CrMo4 alloy and compared with water,air,and CuO doped paraffin.The samples were prepared based on ASTM E 8M-98 standard for tensile test and then heated up to 830°C,kept for 4 h in an electric resistance furnace and then quenched in the mentioned media.Elastic modulus,yield strength,ultimate tensile strength,elongation,and modulus of toughness were determined according to the obtained stress?strain curves.Moreover,the hardness and microstructural evolution were investigated after the heat treatment at different media.The samples quenched in paraffin and CuO-doped paraffin are higher in ultimate tensile strength(1439 and 1306 MPa,respectively)than those quenched in water(1190 MPa)and air(1010 MPa).The highest hardness,with a value of HV 552,belonged to the sample quenched in CuO-doped paraffin.The microstructural studies revealed that the non-tempered steel had a ferrite/pearlite microstructure,while by quenching in water,paraffin and CuO-doped paraffin,ferrite/martensite microstructures were achieved.It is also observed that using the air as quenchant resulted in a three-phase bainite/martensite/ferrite microstructure.