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。

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。

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。

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。

42CrMoS4HH超声波探伤不合原因分析及其改进措施

根据客户需要,青岛特钢采用LD转炉→LF精炼炉→RH真空脱气→CC连铸→轧制工艺开发生产了出口用42CrMoS4HH圆钢。产品实物质量表明,产品化学成分和其它性能指标均满足客户要求,但是按照客户要求SEP19203C/c标准超声波探伤时,却发现探伤合格率却很低,仅为30.74%,分析发现造成探伤不合的主要原因是大颗粒的皮下CaS、Al2O3、MgO类夹杂物,其中又以CaS夹杂物居多,夹杂物部分区域还含有K元素,通过炼钢整个过程分析,找到了出现上述皮下夹杂物的原因,针对上述原因提出了相应的改进措施。采取了相应的改进措施后,第二次生产后超声波探伤合格率达到了74.85%,改进效果明显。

大型42CrMoS4圆钢锻材的淬火工艺优化

对大型42CrMoS4圆钢锻材淬火出现粗晶、魏氏组织的原因进行分析表明,冷却方式及淬火介质是产生组织缺陷的主要原因。优化淬火工艺可以有效改善组织、细化晶粒和提高力学性能,满足生产技术要求。

42CrMoS4V钢质量的控制

通过研究40tLF精炼渣的碱度和脱氧工艺对42CrMoS4V钢中硫质量分数的控制、氧化物含量和钢中硫化物的影响。结果表明,LF精炼渣碱度控制在3.0～3.5喂硫线,VD后硫的回收率达70%～90%;钢中硫化物、氧化物级别≤2.0级;精炼结束喂适量Ca-Si线可改善钢中硫化物的形貌。

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℃。

喂线增硫法生产42CrMoS4V钢

生产42CrMoS4V钢时经常出现硫的回收率和硫成分不稳定问题,采用喂线增硫法替代包中加FeS后硫的收得率由35%提高到75%以上,硫成分稳定,钢的纯净度高,力学性能、超声波探伤全部满足顾客要求。

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。

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。

石蜡相变材料作42CrMo4钢的热处理淬火介质

采用石蜡相变材料作为42CrMo4合金热处理的淬火介质,并与用水、空气和CuO掺杂石蜡作淬火介质进行比较。根据ASTME8M?98标准制备拉伸试样,将试样在电阻炉中加热至830°C,然后保温4 h,再在上述介质中淬火。根据得到的应力?应变曲线确定弹性模量、屈服强度、极限抗拉强度、伸长率和韧性模量。此外,还研究了不同介质热处理后的硬度和显微组织演化。石蜡与CuO掺杂石蜡淬火样品的极限抗拉强度(分别为1439和1306 MPa)高于在水(1190 MPa)和空气(1010 MPa)中淬火样品的。CuO掺杂石蜡淬火样品的硬度最高,为HV552。显微组织研究表明,非淬火钢具有铁素体/珠光体组织,而在水、石蜡和CuO掺杂石蜡中淬火,可获得铁素体/马氏体组织;还观察到,以空气为淬火介质,形成贝氏体/马氏体/铁素体三相组织。

冷却速度对42CrMo4钢组织转变及性能影响

为满足客户对42CrMo4钢组织和硬度的要求,将42CrMo4钢在Gleeble 3800热模拟机进行试验,并结合金相法和硬度法,获得不同等温转变前冷却速度和不同等温温度条件下的组织和维氏硬度。等温转变前冷却速度为1℃/s且等温温度700~650℃,等温转变前冷却速度为3和6℃/s且等温温度700~670℃,获得铁素体+珠光体组织以及理想硬度值220~250 HV_(1)。研究结果为42CrMo4钢为轧制后冷却速度和等温温度工艺制定提供了依据。

风机主轴用高品质42CrMo4钢炼钢工艺实践

鉴于风机主轴用钢的工艺要求,通过工艺优化,采用“电炉+钢包精炼+真空脱气”的炼钢工艺,并在冶炼过程中采取相应的有效措施控制工艺参数,使得风机主轴用42CrMo4钢的各项指标达到了技术要求,解决了42CrMo4钢高强度、高韧性、稳定力学性能稳定、低温脆性小等技术难题。

超声波淬火对42CrMo4钢力学性能和组织的影响

针对大截面42CrMo4钢连杆类零件在常规淬火时容易出现油冷淬不透而水淬易开裂的现象,对超声波淬火工艺进行了研究,并对热处理后的试样进行力学性能测试和金相组织观察。结果表明:超声波淬火能有效提高常规油、水的淬火效果;随着超声波功率的增大,粒状贝氏体和铁素体含量逐渐降低且组织更加均匀,抗拉强度、屈服强度随之提高,而伸长率、收缩率、冲击吸收能量随之降低。

高频载荷下高强钢的超高周疲劳及热耗散研究

应用超声疲劳试验技术,对两种高强度钢(42CrMo4,100Cr6)在20kHz频率下的超高周疲劳性能进行测试分析。实验结果表明:两种钢的S-N曲线在106周发生了明显的变化,出现了水平渐近线。尽管23个42CrMo4钢试样用于1010周的疲劳试验,但在8.76×107循环周次以上,没有疲劳破坏发生,42CrMo4钢存在疲劳极限,而100Cr6钢的S-N曲线呈现台阶型。高精度热成像仪检测不同载荷条件下疲劳试样温度的变化结果显示:温度的变化与试验材料和加载水平有关。试样温度的快速升高发生在超声疲劳试验的初期,温度的变化反映了材料内部的热耗散过程。裂纹萌生后,微裂纹处不可逆的局部塑性变形导致裂纹萌生区温度急剧升高,疲劳试样内部温度场的变化反映材料的疲劳损伤过程。SEM观察表明:在长寿命区,疲劳裂纹常萌生于试样内部或次表层组织缺陷处。

42CrMo4钢TTT曲线测量及B_上与B_下的C曲线分离现象的分析

为了给42CrMo4钢曲轴调质工艺中淬火冷却过程的计算机模拟提供基础数据,采用热模拟试验机对该材料在奥氏体化温度830℃和850℃的TTT曲线进行了测量。结果表明,两个奥氏体化温度下的TTT曲线中均出现贝氏体的C曲线上贝氏体B上和下贝氏体B下分离的现象,通过对该现象的分析研究,认为本试验测量的TTT曲线中B上与B下的C曲线分离现象符合B上与B下转变机制不同的规律。

42CrMo4钢风电主轴的热处理工艺

某公司生产的42CrMo4钢风电空心主轴产品某一型号出现淬火开裂的比例较高,报废率近20%。用ARL8860直读光谱仪、MTS万能试验机、SANS冲击试验机、徕卡光学显微镜等对该产品进行一系列理化检验,并结合相关理论基础分析发现,将原淬火工艺优化为860℃加热后预冷至820℃浸水淬火,淬火水冷20 min,极大降低了产品开裂风险,为该企业解决了技术难点。860℃保温,预冷至820℃,水淬保持20 min,后经610℃高温回火处理,得到回火索氏体+粒状贝氏体+贝氏体铁素体条块的复相组织,性能满足抗拉强度>700 MPa,-30℃冲击吸收能量>40 J的要求。