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。

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。

42CrMo与06Cr19Ni10异种钢焊接工艺研究

为了解决42CrMo和06Cr19Ni10异种钢焊接熔深不足的问题,进行异种钢焊接工艺研究。采用氩弧焊的焊接方法,焊接材料选择不锈钢焊材,并进行必要的焊前处理,焊接完成后对42CrMo与06Cr19Ni10异种钢焊接接头进行金相和硬度试验。结果表明:选用铬镍含量更高的不锈钢焊材,并对42CrMo母材进行焊前预热处理,可以获得熔合更好的焊接接头,焊缝区域硬度更加均匀。

曲轴用42CrMo钢激光重熔数值模拟与试验验证

为探究曲轴用42CrMo钢在激光重熔处理过程中熔池流动和形貌演变规律,建立高度拟合原始形貌的二维仿真模型,利用有限元法对不同激光功率下试样表面进行仿真分析,并结合试验对比分析表面粗糙度和显微硬度变化规律。结果表明,利用熔池流动模型可良好预测42CrMo钢表面熔池流动和表面微起伏变化;熔池内部流速呈现先增大后减小趋势,通过调控激光功率可在实现表面重熔的同时提升试样表面质量;经激光重熔处理后42CrMo钢表面硬度显著提升,达到曲轴工况需求;仿真模型对表面粗糙度和熔池深度预测结果与试验结果基本吻合。

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%。

离子氮铝共渗方法及对42CrMo钢组织性能的影响

目的研发离子氮铝共渗试验方法,达到不影响42CrMo钢基体组织性能前提下,显著提高试样表面硬度和耐磨性效果。方法采用电解法在42CrMo钢表面沉积氢氧化铝膜,再在520℃/4 h工艺下进行离子氮铝共渗处理,并在相同工艺参数条件与传统离子渗氮进行对比。用光学显微镜、维氏显微硬度计、摩擦磨损测试机、X射线衍射仪及SEM对截面显微组织、截面硬度、耐磨性及物相等进行了测试和分析。结果获得了离子氮铝共渗试验方法,在520℃/4h相同工艺参数下,离子氮铝共渗形成的化合物层和有效硬化层厚度比常规离子渗氮显著增加,其中,化合物层厚度由17.24μm增加到52.13μm,有效扩散层从175μm增加到1050μm,相当于等离子处理效率提升6倍;同时,渗层形成了AlN及FexAl强化相,大幅度提高了渗层的硬度及耐磨性能。表面硬度由750HV0.025提高到1250HV0.025,摩擦因数由常规离子渗氮0.52下降到0.29,磨损率由常规离子渗氮3.22×10^(-5)g/(m·N)下降到1.21×10^(-5)g/(m·N),磨痕明显减轻。结论采用电解硝酸铝生成氢氧化铝沉淀附着在工件表面作为预处理,获得了离子氮铝共渗试验方法,与常规离子渗氮相比,离子氮铝共渗形成了多层次渗层结构,大幅度提高常规离子处理效率、表面硬度及耐磨性。

回火温度对含钒42CrMo钢-40℃冲击韧性的影响

对含钒42CrMo钢进行了870℃油淬和540~650℃回火,采用扫描电子显微镜、电子背散射衍射和透射电子显微镜检测了钢的-40℃冲击韧性、显微组织、应力、位错密度和晶粒取向差。结果显示:随着回火温度的升高,钢的-40℃冲击吸收能量从26 J提高到了118 J,回火索氏体中的碳化物从条状转变为球状;较高温度回火的钢比较低温度回火的钢具有更多的大角度晶界、较小的应力和较低的位错密度;回火索氏体中的条状、针状碳化物主要为Fe__(3)C,球状碳化物主要为M__(7)C__(3)和VC,弥散分布的球状碳化物有利于改善钢的低温冲击韧性。

42CrMo钢超声滚压残余应力及等效塑性应变研究

基于接触力学模型,建立了超声滚压加工残余应力分布的理论模型,模拟了不同静压力、进给速度和振幅下的超声滚压加工过程,分析了超声滚压加工后残余应力和等效塑性应变的分布情况。结果表明,试样表面会发生不同程度的塑性变形并产生残余压应力。随着深度的增加,残余压应力逐渐增大,在深度为0.4 mm处达到最大值,之后逐渐转为残余拉应力,最后残余拉应力和残余压应力趋于平衡。随着深度的增加,等效塑性应变先增大后逐渐减小,最后在深度约1 mm处达到0。加工参数中静压力对残余应力和等效塑性应变的影响最为显著,最大残余压应力和等效塑性应变随着静压力的增大而增大,最大残余压应力和最大等效塑性应变分别为-910.07 MPa和0.46。对比残余应力实验和仿真结果,发现二者残余应力随加工参数的变化规律一致,并且误差范围基本保持在10%以内,验证了有限元模型的准确性和有效性。

42CrMo钢的等通道转角挤压成型工艺

为解决传统等径角挤压(equal channel angular pressing,ECAP)模具在挤压过程中可能存在的飞边和装拆困难等问题,采用ECAP工艺,以42CrMo钢为挤压材料,通过总结分析ECAP试验过程中模具脱模困难的原因,提出一种对称分模模具及配套模架的设计方案。该方案通过设计模架并优化模具配合间隙,避免挤压试件飞边的产生,只需操纵压机将凸模抬起即可快速脱模。在Deform软件中建立不同模具间隙下42CrMo钢ECAP的有限元模型,研究了模具间隙对42CrMo试件ECAP成形的影响规律。在此基础上,进行了ECAP试验,观察挤压后试件表面质量,通过试验结果与数值模拟结果一致性对比,验证了数值模拟结果的可靠性与准确性。研究结果表明,模具设计方案有效防止飞边产生,试验效果较好。金相显微组织观察表明,挤压后的42CrMo钢晶粒细化效果显著。

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。

方形光斑多点激光冲击强化42CrMo钢表面残余应力和变形的数值模拟研究

通过改进的数值模拟方法研究方形光斑多点激光冲击对42CrMo钢表面残余应力和变形的影响。结果表明,随着冲击波峰值压力的增加,表面残余应力和表面变形都有所增大。同时,针对采煤机截齿表面进行激光冲击强化数值模拟,证明其表面可形成残余应力。

42CrMo钢热变形行为及热加工图研究

使用Gleeble-3800热模拟机对42CrMo钢在变形温度为1123~1223 K,变形速率为0.1~10 s^(-1)下进行热压缩实验,研究了其热变形行为,构建了42CrMo钢的本构方程;通过对材料常数(α,n,Q和ln A)的分析,得到了流动应力的预测模型;绘制了42CrMo钢的热加工图,得到最优热加工工艺区间。结果表明:材料对温度、应变速率敏感,其流变应力随着变形温度增加和应变速率降低而减小。流动应力预测模型预测精度为0.987,42CrMo钢最优工艺范围为:变形温度1140~1223 K,应变速率0.1~1.5 s^(-1)。本研究可对42CrMo钢热变形加工工艺制定提供指导。

大规格42CrMoS钢棒的横向冲击韧性及其主要影响因素

在直径为380 mm的锻态42CrMoS钢棒的不同部位处取样,进行850℃水冷淬火或风冷淬火以及相同工艺高温回火处理,研究了热处理后的显微组织、硫化物夹杂形貌和数量及其对横向冲击韧性的影响。结果表明:钢棒未出现严重的元素偏析;在水冷淬火和风冷淬火条件下不同部位的横向冲击吸收功分别在21.6~35.6 J和12.7~17.7 J;钢棒中硫化物的形貌比其数量对横向冲击韧性的影响更显著,细小、均匀分布的点状硫化物对横向冲击韧性的不利影响相对较小;在风冷淬火和高温回火试样中显微组织中每增加10%面积分数的贝氏体,其横向冲击功下降6%左右,回火索氏体组织对横向冲击韧性影响程度的权重大约是贝氏体组织的2.5倍。

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。

温轧预变形对42CrMo钢奥氏体晶粒细化的影响

文章研究了90%温轧预变形对42CrMo钢在加热温度800~900℃和保温时间2~60 min下奥氏体晶粒演变过程的影响。结果表明,42CrMo钢经温轧变形后获得超细片层铁素体和马氏体,再结合短时奥氏体化加热处理能够显著细化钢的奥氏体晶粒。随着奥氏体化温度升高和保温时间延长,奥氏体晶粒尺寸不断增大。温轧态钢经加热温度800℃和保温时间5 min的短时热处理后获得最高的硬度值为HV648 kgf/mm2,原奥氏体晶粒尺寸为5.7μm。

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。