40CrNi2MoE钢挤压工艺的动态再结晶动力学模型分析

为明确40CrNi2MoE钢在挤压工艺下的动态再结晶状态和高温流变特征,研究对该材料实施高温挤压处理,并通过台式场发射电镜和电液伺服动态疲劳试验机对其应变状况和结晶状态进行观测。在获得40CrNi2MoE钢应力-应变曲线的基础上,基于Arrhenius函数建立该材料的热变形方程,发现其热变形激活能Q为343.887 kJ/mol,当应变速率在0.1~10 s^(-1)之间且温度达到1 000℃以上时,才能够实现完全动态再结晶。40CrNi2MoE钢的峰值应变:ε_(p)与其Z参数之间的关系为:ε_(p)=0.028lnZ-0.35。以上数据对于40CrNi2MoE钢在加工过程中的组织晶粒细化具有一定的借鉴意义。

40CrNi2MoE钢奥氏体晶粒长大的数学模型

利用金相实验方法,基于实验数据,应用Beck、Hillert、Sellars数学模型研究了40CrNi2MoE钢在加热温度850~1200℃和保温时间30~480 min下的奥氏体晶粒长大规律。结果表明,随加热温度升高和保温时间延长,40CrNi2MoE钢奥氏体晶粒逐渐长大,当加热温度超过1050℃或保温时间超过120 min时,试验钢奥氏体晶粒开始粗化。通过对Beck、Hillert和Sellars 3种晶粒长大数学模型对比分析,Sellars模型对40CrNi2MoE钢的奥氏体晶粒尺寸预测具有较高的精度,其奥氏体晶粒长大模型方程为:当温度为850℃≤T≤1050℃时,D5.49Sellars=7.64×1021texp(-390081/(RT));当温度为1050℃≤T≤1200℃时,D8.13Sellars=8.04×1041texp(-771322/(RT))。

淬火温度对M_6C强化2200 MPa级超高强度钢力学性能的影响

40CrNi2Si2MoV马氏体钢中大尺寸碳化物存在会影响其力学性能,通过成分设计优化和合理的热处理工艺可以有效提高材料的强韧性。研究了M_(6)C碳化物在不同淬火温度(860~1150℃)下对超高强度钢力学性能及显微组织的影响,并通过SEM、TEM等表征方法对M_(6)C颗粒尺寸、数量及成分的演变进行了研究。结果表明,大尺寸M_(6)C颗粒使超高强度钢韧性降低,880℃淬火试样中的M_(6)C颗粒尺寸较大(~400 nm),容易在大尺寸M_(6)C周围造成应力集中,减弱了基体与M_(6)C碳化物的结合力,易在M_(6)C碳化物周围萌生裂纹,致使材料发生断裂。随着淬火温度升高,试验钢中M_(6)C颗粒尺寸减小、数量降低,且提升了M_(6)C颗粒中Si的浓度,M(Fe、Mo、Ni、Co)6C中原子被Si取代,提升了M_(6)C碳化物的稳定性;1050℃淬火温度试验钢中M_(6)C颗粒尺寸为25 nm,同时抑制原始奥氏体晶粒(8.5μm)长大,试验钢抗拉强度为2227 MPa,伸长率为7.0%,实现良好的强韧性匹配。

40CrNi2MoE钢的高温塑性变形特征

采用Gleeble-3800型热力模拟试验机,在温度为1 123~1 423K、应变速率为0.01~10 s-1的条件下,对40Cr Ni2Mo E钢进行了高温轴向单道次压缩变形试验,根据压缩试验结果绘制了高温塑性流变曲线,并观察了变形后的显微组织。结果表明：该钢的流变应力和峰值应变随着变形温度的升高和应变速率的降低而减小;在真应变为0.9,应变速率为0.01~10 s-1的条件下,随着应变速率的提高,其发生完全动态再结晶的温度也逐渐升高;当应变速率为10 s-1,变形温度高于1 323 K时,该钢才会发生完全动态再结晶;计算得到40Cr Ni2Mo E钢的热变形激活能为333.726 k J·mol-1,并建立了该钢动态再结晶条件下峰值应变与Zener-Hollomon因子的定量关系以及高温塑性变形本构方程。

40CrNi2Si2MoVA钢喷丸强化层微观结构

喷丸强化在金属材料表面形成强化层,可以有效提高构件的疲劳寿命,是金属构件表面完整性制造的重要方法。喷丸强化已有效应用于40CrNi2Si2MoVA钢制构件,为了探明喷丸强化对该钢种的强化机理,本工作采用高分辨电子显微电镜(HREM)对40CrNi2Si2MoVA钢喷丸强化层微观组织结构进行了系统分析研究。结果表明:喷丸强化使40CrNi2Si2MoVA钢组织细化,呈明显的马氏体"有效晶粒"现象,"有效晶粒"尺寸为几个纳米到几十个纳米;"有效晶粒"界面呈明显的倾转现象,相邻"有效晶粒"间转动角度为几度到几十度,最大达到30°。

不同强度的40CrNi2Mo钢抗弹性能研究

为了研究抗拉强度对钢板抗弹性能的影响,利用12.7mm穿甲燃烧弹对18mm厚不同抗拉强度的40CrNi2Mo钢板进行抗弹性能测试。观察不同弹速下钢板出现的损伤形貌,弹坑周围裂纹和绝热剪切带的形成位置和数量,评定背面强度极限。分析不同抗拉强度钢板的穿甲机理。结果表明:抗弹性能随着抗拉强度的提高,呈现非单调变化的趋势;抗拉强度在1270MPa以下,钢板出现塑性扩孔破坏,弹坑周围基本不形成绝热剪切带与裂纹;抗拉强度在1270MPa至1700MPa之间,由于绝热剪切带的形成与扩展,钢板损伤形式由塑性扩孔向冲塞破坏转变;抗拉强度超过1700MPa,由于板内裂纹的形成与扩展,钢板出现崩落。

不同阴离子对40CrNi2Si2MoVA钢腐蚀行为的影响

采用全浸加速腐蚀实验以及电化学实验方法,研究了40CrNi2Si2MoVA钢在0.5 mol/L NaNO3、NaCl和Na2SO4溶液中的腐蚀行为,并利用扫描电子显微镜(SEM)和X射线衍射分析(XRD)对腐蚀形貌及腐蚀产物进行了表征。结果表明:40CrNi2Si2MoVA钢在0.5 mol/L的NaNO3、NaCl和Na2SO4溶液中的腐蚀形貌及生成的腐蚀产物均不同,NaNO3溶液中生成的腐蚀产物主要为α-FeOOH,吸附在基体表面,阻碍了基体的腐蚀,3种阴离子环境对其腐蚀速率大小依次为:SO42->Cl->NO3-。电化学研究结果表明40CrNi2Si2MoVA钢在0.5 mol/L的NaNO3、NaCl和Na2SO4溶液中均未发生钝化现象,且在Na2SO4溶液中的腐蚀电流和阳极塔菲尔斜率最大。

40CrNi2Mo钢绝热剪切带的微观特征

通过金相显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜的观察,对不同回火温度下40CrNi2Mo钢在弹丸侵彻下产生的绝热剪切带的微观特征进行研究。结果表明:此试验条件下的绝热剪切带宽为10～40μm,可分为过渡区和中心区;过渡区为严重形变后拉长的马氏体板条,而中心区发生了相变,形成了细小的等轴晶结构。

洁净度对40CrNi2Mo钢冲击韧性的影响

通过不同冶炼方法得到了分别含有0.001S%、0.004S%和0.016S%的试验钢,利用定量金相、扫描电镜和能谱分析等方法,获得了夹杂物特征参数,研究了该试验钢的冲击韧性。结果表明,随着硫含量地降低,夹杂物体积分数和尺寸减小,夹杂物间距增加;夹杂物类型和体积分数对高温回火钢板冲击韧性影响较大,对低温回火钢板冲击韧性影响较小;400℃以下回火时,该试验钢的冲击吸收功区别不大;回火温度超过400℃时,随着夹杂物体积百分数地增加,冲击吸收功明显降低。

回火温度对亚温淬火40CrNi2Mo钢组织和性能的影响

研究了回火温度对原始组织分别为退火态、回火马氏体以及调质态的40CrNi2Mo钢经亚温淬火后的组织和力学性能的影响。结果表明,三种原始组织40CrNi2Mo钢亚温淬火后的强度、硬度、塑性和韧性随回火温度的变化规律一致,且在400℃均出现回火脆性,其中调质态40CrNi2Mo钢经亚温淬火后在400～600℃回火的综合力学性能最好。

调质态40CrNi2Mo钢的低温力学性能

为了确定调质态40CrNi2Mo钢在不同应变速率下的低温力学性能及其相互关系,采用静拉伸、系列冲击及分离式霍普金森压杆试验对40CrNi2Mo钢低温力学性能进行了研究。结果表明,随温度降低,40CrNi2Mo钢静拉伸强度提高,而塑性下降;其韧脆转变温度出现在-40～-51℃。在高速应变条件下,钢的屈服强度和加工硬化指数均随着试验温度的降低而降低;而压缩率主要随应变速率的增大而增加。高速应变产生的绝热剪切效应降低了钢在低温状态下的强度,也促进了冲击韧性的急剧下降。

起落架40CrNi2Si2MoVA钢螺桩断裂分析

起落架40CrNi2Si2MoVA钢螺桩在安装一段时间后发生了断裂。为确定螺桩断裂的原因,对断裂螺桩断口宏微观形貌、断裂螺桩及对比件的氢含量、材料的性能以及表面损伤等因素进行了检查,并对电镀工艺进行了评定。结果表明,裂纹主要起源于第一螺纹根部的机械损伤部位,源区以沿晶断裂特征为主,断裂件含氢量较高。综合分析认为,螺桩断裂性质为氢致延迟断裂,表面机械损伤对氢吸收和扩散的促进作用和40CrNi2Si2MoVA钢材料高强度所致的高氢脆敏感性是导致断裂的主要原因。

弹丸倾斜入射时40CrNi2Mo钢抗弹性能研究

为了研究弹丸倾斜入射时抗拉强度对钢板抗弹性能的影响,利用12.7mm穿甲燃烧弹对18mm厚不同抗拉强度的40CrNi2Mo钢板进行抗弹性能测试。观察钢板以不同倾斜角度放置时出现的损伤形貌,评定了安全角,并测量背凸高度,弹坑长度和深度,分析不同抗拉强度钢板在倾斜入射时的穿甲机理。结果表明,安全角随着抗拉强度的升高,呈现非单调变化的趋势。抗拉强度在1470MPa以下的钢板被倾斜击穿时,弹丸动能的大部分消耗在开坑和塑性扩孔阶段,安全角随抗拉强度升高而减小。抗拉强度超过1700MPa的钢板,其击穿弹坑仅有开坑区和冲塞破坏区,安全角再次随着抗拉强度的升高而减小。

40CrNi2Mo钢中厚靶板的抗枪弹行为研究

利用卵形尖头弹丸垂直撞击40CrNi2Mo钢中厚靶板,观察不同弹速下钢板出现的损伤形貌,评定背面强度极限,分析了穿甲机制与抗弹性能的关系。结果表明,抗拉强度小于1 270 MPa时,钢板以塑性扩孔形式穿甲。利用两阶段塑性扩孔模型计算出的钢板塑性扩孔耗能与实验吻合较好。由于强度是影响塑性扩孔耗能的主要因素,因而钢板的抗弹性能随着强度升高而单调递增。强度进一步升高后钢板因产生与绝热剪切相关的损伤而失效,因而抗弹性能下降。

超高强度钢40CrNi2Si2MoVA激光焊接组织和性能研究

为了改善超高强度钢40CrNi2Si2MoVA的焊接性能,采用CO2激光对其进行了焊接处理。利用光学显微镜、显微硬度仪、电子万能试验机、电子扫描显微镜和X射线应力测定仪等对焊接接头的显微组织、硬度、拉伸强度、拉伸断口和残余应力进行了研究。结果表明,焊缝中心区组织为等轴晶,近中心区为小柱状晶,边缘区为柱状树枝晶与粗大柱状晶,熔合区为柱状晶、胞状晶。热影响区(HAZ)主要组织为板条马氏体、岛状马氏体、贝氏体及少量残余奥氏体;焊缝区平均硬度595HV,硬度最大值在HAZ,其值为637HV;从HAZ到基材硬度值下降显著;接头拉伸断裂部位发生在靠近焊缝基材区,拉伸断口为韧窝断口,其抗拉强度值和母材拉伸强度值相当,平均值为1607.8MPa,接头冲击韧度为54.5J/cm2;从焊缝中心区到基材区,焊接残余应力先增大,后减小,变化显著。

不同洁净度40CrNi2Mo钢抗弹性能研究

为研究洁净度对钢板抗弹性能的影响,用12.7 mm穿甲燃烧弹对厚度为18 mm、抗拉强度为2000 MPa、洁净度不同的40CrNi2Mo钢板进行抗弹性能测试。通过观察不同弹速下钢板出现的损伤形貌,评定背面强度极限,分析穿甲机理。结果表明:高洁净度钢板抗弹性能显著高于低洁净度钢板;高洁净度钢板穿甲机理为脱痂,与洁净度关系较小;超高强度钢板较低的绝热剪切临界失稳应变是产生绝热剪切和裂纹,进而产生脱痂破坏的主要原因,在脱痂破坏前,钢板仍以塑性扩孔方式消耗较多弹丸动能,抗弹性能相对较高;低洁净度钢板穿甲机理为崩落,与洁净度关系较大;较低的平面应变断裂韧度降低临界裂纹尺寸,导致崩落裂纹优先形核和扩展,消耗更低弹丸能量,提前终止了塑性扩孔,因此抗弹性能相对较低。

15CrNi3MoA代替18Cr2Ni4WA钢的试验研究

研究了 1 5Cr Ni3Mo A钢的热处理工艺及力学性能 ,并与 1 8Cr2 Ni4WA钢的热处理工艺和力学性能进行了对比实验。结果表明 ,用 1 5Cr Ni3Mo A代替 1 8Cr2 Ni4WA钢是完全可行的。

回火温度对40CrNi2Mo钢力学性能和干摩擦性能的影响

对40CrNi2Mo钢进行200~575℃回火处理,采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、激光共聚焦扫描显微镜、维氏硬度计、万能试验机和磨损试验机等研究了回火处理后40CrNi2Mo钢微观组织演化对其力学性能和干摩擦性能的影响。结果表明:随着回火温度的升高,40CrNi2Mo钢板条马氏体中固溶的过饱和C原子逐渐析出,微观组织逐渐向粗大的铁素体、球化渗碳体和粗化的碳化物转变;压缩屈服强度、弯曲强度和硬度降低;325℃和425℃回火处理后析出层状渗碳体导致40CrNi2Mo钢的加工硬化能力和冲击韧性先下降后升高;硬度降低导致耐磨性降低,磨损机制由磨粒磨损逐渐向氧化剥层磨损转变。

40CrNi2Mo钢中频淬火后组织和性能的研究

研究了40CrNi2Mo钢经不同工艺热处理后,再对其表面进行中频淬火并测定其组织及性能。结果表明,以调质工艺为基本工艺并对其表面进行中频淬火后,40CrNi2Mo钢表面的组织为均匀细小的马氏体,强度和耐磨性显著提高,心部组织为回火索氏体,并呈弥散分布,塑韧性没有明显下降,从而提高了40CrNi2Mo钢表面的耐磨性、疲劳抗力和承载能力,使40CrNi2Mo钢具有良好的综合力学性能。

新产品40CrNi2MoA质量分析

40CrNi2MoA锻材的开发主要用于高速电力机的电机轴，在生产过程员部分锻材出现质量问题，本文对锻材的主要问题白点进行了详细分析，并提出防止白点产生的方法。