热变形条件下42CrMo合金材料流动应力本构方程研究

本文利用Gleeble-1500型热模拟机研究了850℃至1150℃变形温度和0.01 s-1至50 s-1应变率条件下42CrMo合金材料的热变形行为。试验结果表明:在低应变条件下真应力—应变曲线达到峰值应力,随后随应变增加到高应变,流动应力持续降低,出现了一种动态流软化现象。应力水平随着变形温度和速率的增加而降低,可以指数方程的Zener-Hollomon参数为例。本文提出以应变补偿方式描述高温下42CrMo合金材料流动应力,应变速率和应变温度关系的修正模型。42CrMo合金应力—应变关系的预测结果与实验结果吻合较好。

42CrMo合金钢棒材硬度及显微组织控制

针对42CrMo合金钢棒材轧后硬度过大的问题,采用Gleeble热模拟试验机研究了42CrMo合金钢冷却时的组织转变规律,并对比了常规轧制和低温轧制后42CrMo合金钢的硬度与显微组织。结果表明:冷却速率达到0.3℃·s^(-1)以上时,42CrMo合金钢中开始出现贝氏体相变;当冷却速率为1.0~10.0℃·s^(-1)时,只发生贝氏体和马氏体转变。采用常规轧制工艺,42CrMo合金钢的硬度在300~320 HBW之间,显微组织主要为铁素体+珠光体+贝氏体;采用低温轧制工艺,将终轧温度控制在800℃, 42CrMo合金钢的硬度可降到240 HBW,显微组织主要为铁素体+珠光体。

环境载荷下42CrMo合金钢蠕变特性研究

开展了不同温度、应力状态及水平等环境载荷条件下俯仰轴用42CrMo合金钢的蠕变实验和力学性能测试。结果表明:42CrMo合金钢在环境载荷下发生了典型的双阶段蠕变(初始蠕变阶段和稳态蠕变阶段),随应力水平和温度的增加,总蠕变量和稳态蠕变速率均增大。然而,拉压应力状态对其蠕变行为影响不显著。通过计算得到环境温度40~60℃范围内42CrMo合金钢的蠕变应力指数n≈5,表明蠕变机制以位错滑移机制为主,且其表观激活能随应力增加而降低。此外,在环境载荷条件下,合金钢蠕变前后的抗拉强度和屈服强度变化不显著,而随温度和应力水平的增加,合金钢蠕变后的伸长率有降低的趋势。

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。

铸态42CrMo环坯热辗扩微观组织模拟

为避免传统环件热成形工艺需要多次加热等问题,以铸态42CrMo合金环坯短流程铸辗复合成形工艺为研究对象,通过Gleeble-1500D热模拟试验机及金相显微镜进行系列试验研究,得到温度850～1150℃,应变速率0.05～5s-1的流变应力曲线.对流变应力曲线进行图形变换求解出位错密度变化和每个动态再结晶晶粒生长的动力学行为,并评估成核和动态再结晶晶粒的生长动力学行为.研究晶粒拓扑变形技术,并通过主成分分析对晶粒的拓扑结构进行优化.结果表明,采用Kock-M ecking（KM）位错密度模型可以揭示42CrMo合金动态再结晶过程中的位错密度演变,结合元胞自动机和优化后的晶粒拓扑变形技术的KM位错密度模型,能精确地模拟位错密度动态再结晶过程.

42CrMo环件铸辗复合成形的跨尺度建模

基于有限元理论和元胞自动机模型,提出一种宏观与微观尺度相结合的铸态42CrMo合金环件短流程铸辗复合成形工艺混合建模方法。在铸辗复合成形新工艺理论框架下,定义考虑环坯热变形行为和晶粒空间结构的宏观/微观边界转换条件,该边界条件有助于环件的形/性一体化调控。在微观元胞自动机模型框架下,研究晶粒拓扑变形技术,充分考虑晶粒空间重叠的结构问题,通过独立成分分析对晶粒的拓扑结构进行优化。应用混合模型模拟环件短流程铸辗复合成形过程,结果表明,混合建模能根据环件整体和各位置所需表现尺度的不同,应用不同层次的宏微观模型分别模拟,有效提高了铸态环件短流程铸辗复合成形工艺的模拟效能。

激光冲击强化对42CrMo钢耐高温腐蚀性能的影响

采用高能量纳秒级脉冲激光,对42CrMo合金钢表面进行激光冲击强化处理,测定42CrMo钢在激光冲击强化后的残余应力、硬度及粗糙度,并对试样进行高温腐蚀试验,利用扫描电子显微镜(SEM)观察试样表面的微观形貌,研究激光冲击强化处理对42CrMo钢耐高温腐蚀性能的影响.结果表明:激光冲击强化后试样表面腐蚀形貌明显比未进行激光冲击处理试样更好.激光冲击强化后42CrMo钢耐高温腐蚀性能得到提升,主要是由于材料表面残余压应力层能够抑制材料表面氧化膜的脱落,提高其耐高温腐蚀性能.与小能量激光冲击相比,大能量冲击可以大幅度提高试样表层的残余压应力值,并提高残余压应力的影响深度.

304不锈钢与42CrMo钢惯性摩擦焊工艺

研究了304不锈钢与42CrMo钢惯性摩擦焊接工艺,采用光学显微镜、扫描电镜、能谱分析和性能测试等方法对接头组织性能进行了分析。结果表明:接头飞边尺寸与热输入有关,42CrMo侧飞边大;近缝区Cr元素出现"峰值",焊缝界面处C元素和Fe元素增加;42CrMo侧未见明显脱碳层,其组织从焊缝到母材主要有贝氏体、马氏体、铁素体和索氏体,热输入影响马氏体的形态;304不锈钢侧晶粒细化,有碳化物生成,大热输入时生成σ相;硬度最高值在42CrMo侧焊缝,增大热输入,304不锈钢焊缝硬度增加,42CrMo侧降低;拉伸强度最大为687.55MPa,均断在304不锈钢母材上,是以韧窝为主的韧性断裂。

柴油机42CrMo钢螺柱早期断裂原因分析

某柴油机喷油器的42CrMo合金结构钢螺柱出现早期断裂,通过宏观分析、化学成分分析、硬度测试、金相检验、工艺分析、再回火试验等方法,对螺柱断裂原因进行了分析。结果表明:回火温度过低,显微组织转变不充分,造成螺柱硬度、抗拉强度过高,氢脆敏感性增大,同时螺纹表面质量差加剧了应力集中,两者共同作用导致了螺柱的氢致延迟断裂。

基于42CrMo环件短流程离心铸造工艺数值模拟研究

针对42CrMo合金钢的离心铸造工艺进行数值模拟研究,以短流程生产工艺为基础,对铸坯出模前和出模后的情况建立模型,利用Pro CAST数值模拟软件,针对不同浇注温度和出模温度进行温度场和应力场研究。通过分析得到,浇注温度过高会造成充型不均,出模前铸件应力随出模温度的升高而增加,出模后铸件应力值低于出模前。铸造最佳工艺参数：浇注温度为1 520℃,出模温度为1 000℃~1 520℃.

ZG42CrMo大型铸钢齿轮质量控制与热处理

给出了ZG42CrMo合金铸钢大型球磨机大齿轮的铸造质量和成分控制原则。提出了在调质热处理工艺的淬火环节上采取间歇式冷却方式,并通过调节淬火介质温度实现ZG42CrMo合金钢铸造大齿轮在剧烈冷却介质中的淬火冷却,制定了相应的工艺参数,自行设计了淬火吊具。通过所给出的质量控制原则、调质热处理工艺以及相应的操作方法,成功地进行了ZG42CrMo合金钢铸造大齿轮的淬火,齿轮性能完全满足要求,为大型合金钢铸件调质热处理技术的推广应用提供了重要参考。

枪钻导流面后角对切屑性能的影响研究

枪钻加工是实现深孔加工的重要技术手段,由于孔径较大,在枪钻加工过程中,经常遇到排屑困难以及孔加工质量差等问题。而枪钻导流面作为与V型槽连接的最后一个刃磨平面,其作用往往被忽视。通过研究不同切削参数下钻削加工42CrMo合金钢材料时导流面后角对切屑、刀具磨损以及钻孔质量的影响,以被加工孔的表面粗糙度、圆度和孔径误差为指标对孔加工质量进行评价。

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。

深冷处理对YG8硬质合金/42CrMo钢钎焊接头残余应力的影响

通过ANSYS仿真软件建立了YG8硬质合金/42CrMo钢钎焊接头的焊接工艺模型和深冷处理工艺模型,分析了接头表面残余应力分布,并与经深冷+回火处理后的焊接接头表面残余应力进行对比。结果表明,深冷处理可使焊接接头42CrMo钢侧形成残余压应力,且深冷温度对残余压应力的影响较深冷次数更明显。最优深冷工艺为-160℃深冷3次,且仿真结果与试验测量值相差不大,表明所建立的模型具有一定的可靠性。

深冷处理对YG8合金/42CrMo钢钎焊接头冲击性能的影响

为了提高YG8合金/42CrMo钢钎焊接头的性能,研究了深冷处理对接头冲击吸收能量和硬度的变化。选用Cu-Zn钎料对YG8合金/42CrMo钢进行钎焊热处理一体化处理,随后对接头进行-80℃×24 h三次深冷处理,最后进行回火处理。采用冲击试验和硬度测试对接头进行强度分析,通过对接头的断口形貌分析,并对比研究了焊缝的显微硬度、元素扩散情况以及XRD物相分析,进一步分析了深冷处理对焊接接头强度的影响机理。结果表明,与未深冷相比,经过深冷处理后的焊接接头冲击性能提高了31. 4%,焊缝的显微硬度降低6. 05 HV0. 05,接头强度得到提高。原因是深冷处理使硬质合金中Co相对WC硬质相的粘接更加牢固,减少了Co向焊缝扩散,避免硬质合金脆性的增加,同时Cu-Zn钎料中γ相减少,使其转变为以电子化合物Cu Zn为基的体心立方晶格固溶体β相,其高温塑性良好。

环件铸辗连续成形新工艺温度参数的研究

针对传统环件生产工序繁琐、材料和能源浪费较严重的现状,提出一种环形零件铸辗连续成形新生产工艺。根据理论分析、数值模拟与试验研究来确定生产工序中冶炼、浇注和运输工序中的温度参数:以42CrMo合金钢为研究对象,利用JMatPro软件模拟出合金相图,依据凝固过程相变情况及工业生产实际制定冶炼温度,冶炼温度为1 750℃;通过ProCAST软件对离心铸造过程进行模拟,分析铸造凝固过程中组织晶粒尺寸、温度变化及应力变化,确定浇注温度和出模温度,其中浇注温度为1 520℃、出模温度为1 050℃;运用高温热台试验研究动态组织晶粒变化过程,制定环件保温温度及保温时间,保温温度为1 000℃,保温时间为180 min。模拟结果与工业生产相符合,且热台试验显微镜下观察,经保温处理的试样组织均匀细小,满足热辗扩晶粒条件要求。

碗形零件缩口成形工艺有限元研究

根据某42Cr Mo合金碗形零件的结构及形状特点,对碗形零件挤压缩口成形工艺进行有限元研究,设计了碗形零件的挤压缩口成形工艺方案。通过模拟结果对比分析不断改进工艺方案。最终得出通过多道次缩口成形获得碗形零件的最佳工艺方案。模拟结果表明,通过四道次缩口可实现碗形零件制造,达到零件要求尺寸且缩口变形部位未出现裂纹、褶皱等缺陷,成形效果良好。通过等效应力、应变对其缺陷产生的原因进行分析。此碗形零件缩口系数仅为0.1748,可以为小缩口系数的缩口成形提供理论指导,实现了对缩口工艺的理论分析研究,同时可以丰富缩口工艺的理论。

冷却速率和保温时间对42CrMo离心铸造环坯高温性能的影响

针对环件铸辗连续成形高温出模环坯表面及边角易裂缺陷出现的原因,采用Gleeble-3500进行高温拉伸,研究高温出模立式离心铸造42CrMo环坯在不同冷却速率和保温时间下的力学性能。结果表明,冷却速率(1℃/s)和保温时间对材料强度影响较小,对塑性影响较大。在1000℃以下缓慢冷却,塑性提高较多,在1200℃时冷却,塑性有较大降低;快速冷却(10℃/s)则相反,1200℃时塑性提高明显。

环坯壁厚对铸辗连续成形的高温出模铸坯裂纹的影响

环件的短流程铸辗连续成形工艺中,高温出模环坯容易在表面和边角部产生裂纹。利用Procast模拟,探讨了42CrMo离心铸造环坯壁厚对裂纹形成的影响,提出了抑制裂纹的措施。结果表明:环坯出模时温度分布不均匀、与环境温差大,导致热应力应变大,是裂纹形成的主要原因。为避免裂纹形成,宜选用外径与内径比为1.5左右壁厚的环坯。采用金属型内壁覆砂,设计模具为圆角,可降低高温环坯局部应力集中,减小裂纹敏感性。研究结果可为新工艺实现提供重要理论指导。

新型保护渣在辊道辊用钢锭模铸中的应用

介绍了一种新型保护渣在下注浇注中的应用,以及对42CrMo辊道辊用钢锭表面质量及其锻件质量的影响。