14.9级高强度汽车紧固件用钢42CrMoVNb调质工艺研究

通过化学成分分析、金相组织观察以及硬度和力学性能测试,对14.9级高强度汽车紧固件用钢42CrMoVNb的不同调质工艺结果进行分析。研究表明,42CrMoVNb钢在580~600℃回火时,硬度和强度无明显下降,由于在580℃左右回火会产生二次硬化现象;而回火温度高于600℃时强度会迅速下降。42CrMoVNb钢采用奥氏体化温度较高的Q9工艺比采用奥氏体化温度低的Q3工艺得到的晶粒度要粗,且奥氏体化温度越高,其强度和硬度也越高。42CrMoVNb钢的最佳调质工艺为940℃×40 min,油冷+590℃×60 min,空冷和940℃×45 min,油冷+595℃×90 min,空冷。

42CrMoVNb细晶高强钢的疲劳行为

研究了不同热处理制度下得到的3种晶粒尺寸的42CrMoVNb细晶高强钢的疲劳性能.结果表明,它们的光滑疲劳试样S-N曲线在106-107周期范围内无平台出现,疲劳极限消失. SEM断口观察表明,光滑试样疲劳裂纹起源位置与寿命长短密切相关,测量了长寿命试样疲劳断裂源夹杂物的位置及尺寸.通过对实验数据的初步分析,给出了夹杂物及奥氏体晶粒尺寸应控制的水平.

晶粒尺寸对42CrMoVNb钢超高周疲劳性能的影响

研究了不同热处理制度下得到的3种具有不同晶粒尺寸的42CrMoVNb高强度钢的超高周疲劳性能.结果表明,超高周疲劳强度和疲劳强度比并不随晶粒尺寸的减小而单调提高,中等晶粒尺寸的试样具有最高的疲劳强度和疲劳强度比.SEM断口观察表明,绝大部分试样的疲劳裂纹起源于夹杂物.随着疲劳断口裂纹源夹杂物处应力强度因子幅△K_(inc)的减小,疲劳寿命N_f增加;而在夹杂物周围的粗糙粒状区域(GBF)的应力强度因子幅△K_(GBF)并不随N_f变化而变化,基本为一常数,且粗晶粒试样的△K_(GBF)高于细晶粒试样.这表明,细化晶粒对高强度钢的超高周疲劳性能有着复杂的影响,存在一个合理的细化晶粒范围.

正火预处理对42CrMoVNb高强度螺栓钢耐延迟断裂性能的影响

通过拉伸试验、恒载荷缺口拉伸试验(CLT)、慢应变速率拉伸试验(SSRT),研究了42CrMoVNb高强度螺栓钢经不同工艺热处理后的耐延迟断裂性能,并与42CrMo螺栓钢进行了比较。结果表明:1400和1500 MPa强度级别的42CrMoVNb螺栓钢的恒载荷延迟断裂强度比均大于0.62,其耐延迟断裂性能优于1200 MPa级的42CrMo螺栓钢。调质处理前增加一道正火处理,可使V、Nb等合金元素形成的碳化物更加细小弥散,从而提高钢的强度和塑性。此外,细小弥散的合金碳化物可以增强氢陷阱作用,提高恒载荷延迟断裂强度比,降低氢脆敏感系数,提升42CrMoVNb高强度螺栓钢的耐延迟断裂性能。

New Heat Treatment Technology for Grain Refining of Structural Steel

The application of electrical contact heating （ECH） in austenitic grain refining of ultra-pure 42CrMoVNb steel was introduced. The ECH equipment was designed to reach uniform heating of uniform heat transfer in the sample. The 42CrMoVNb steel treated possesses uniform microstructure with an average austenite grain size of 1.4 μm, higher strength （1 538 MPa） and impact toughness （81J/cm^2）.

14.9级42CrMoVNb-NJ螺栓钢球化退火工艺研究

研究了球化退火工艺的奥氏体化温度、保温时间以及冷却速度对14.9级微合金42CrMoVNb钢球化退火的影响。通过改变球化过程炉冷的冷速、奥氏体化温度以及保温时间,并通过对各球化退火工艺后的组织和硬度进行观察、测定,结合冷镦实验研究42CrMoVNb螺栓钢中珠光体球化效果。结果表明：冷速较快时,珠光体球化效果不明显;工艺750℃x3h后降至710℃x6h再炉冷到500℃后空冷（降温速率均为15℃/h）的球化效果最好,硬度最低,且塑性满足冷镦试验要求。

高强度钢42CrMoVNb的氢致延迟断裂行为

采用阴极充氢、SSRT缺口拉伸和氢热分析等试验方法,研究了高强度钢42CrMoVNb在不同温度回火状态下的延迟断裂行为,并与常用的机械制造用钢42CrMo进行了对比。结果表明,随着回火温度的升高,试验钢的耐延迟断裂抗力逐渐提高;在相同回火温度下,由于42CrMoVNb钢的强度水平明显高于42CrMo钢,其耐延迟断裂抗力低于后者。在较高的强度水平(大于1 250MPa)下,42CrMoVNb钢的耐延迟断裂抗力明显强于42CrMo钢。这主要是由于42CrMoVNb钢在550～650℃的温度范围内回火时析出的细小弥散的(V,X)C碳化物可作为强的氢陷阱而改善钢的耐延迟断裂性能。

1500 MPa级高强度钢42CrMoVNb的氢吸附行为

采用阴极充H和H热分析等实验方法,研究了新开发的1500MPa级高强度钢42CrMoVNb在不同奥氏体化温度淬火和不同温度回火后的H吸附行为,并与常用钢42CrMo进行了对比.结果表明,在淬火态及不同温度回火处理后,42CrMoVNb钢充H试样的H逸出曲线峰值温度θ_P200—250℃之间.回火温度从200℃升高到500℃时,充H试样的H含量缓慢增加;当回火温度升高到500℃以上时,充H试样的H含量急剧增加,并且在600℃附近达到最高值6.6×10^(-6)左右,该H含量约为淬火态时的5倍;继续提高回火温度,则H含量又急剧下降.在不同奥氏体化温度(850—1100℃)加热淬火,经400℃回火时,没有细小弥散的(V,X)C碳化物析出,因而充H试样的H含量随奥氏体化温度升高的变化不明显;而在有细小(V,X)C析出的峰值温度600℃回火时,H含量则随奥氏体化温度的升高而明显增加.这表明,细小弥散的(V,X)C碳化物可作为H陷阱而吸附大量的H.通过改变升温速率测定(V,X)C析出相的H陷阱激活能E_a=28.7kJ/mol.

42CrMoVNb高强钢的夹杂物临界尺寸估算

对不同热处理工艺下得到的42CrMoVNb细晶高强钢进行了旋转弯曲疲劳试验。在旋转弯曲疲劳试验条件下,对试样中不同深度的夹杂物临界尺寸进行了定量估算,得到导致疲劳裂纹萌生的夹杂物临界尺寸不仅和钢的强度或硬度有关,和其所处的位置也有关,越靠近试样表面,夹杂物临界尺寸也越小。在SEM下断口上测得的作为疲劳裂纹源的非金属夹杂物的尺寸全部大于估算出的夹杂物临界尺寸,间接证明了估算公式的合理性。

42CrMoVNb高强度螺栓钢的球化退火

根据热模拟试验测得42CrMoVNb高强度螺栓钢的Ac1、Ac3分别为773℃、811℃,并由此设计试验钢的球化退火工艺,通过改变保温温度、保温时间对其球化退火工艺进行了研究。通过光学显微镜、扫描电镜、显微维氏硬度以及冷镦试验,对不同球化退火工艺过程中碳化物的球化演变和硬度变化进行了分析。结果表明:试验钢经Ac1以上780℃短暂保温0. 5 h,缓冷至710℃保温6 h球化退火及Ac1以下750℃保温3 h,缓冷至710℃保温6 h球化退火后,均能得到良好的球化组织与较低的硬度,碳化物形态均趋于球状且分布均匀,具有良好的塑性和冷镦性能。Ac1以下750℃球化时,保温时间越长碳化物球化越明显。

42CrMoVNb钢的热处理工艺优化及力学性能

利用单因素和正交试验对42CrMoVNb钢的热处理工艺进行了优化,利用洛氏硬度计、万能拉伸试验机和金属摆锤冲击试验机检测了相关的力学性能,研究了热处理工艺对42CrMoVNb钢组织和力学性能的影响。结果表明,42CrMoVNb钢的最优淬火回火工艺为860℃×20 min,油冷+440℃×150 min,空冷;经最优工艺处理后其组织为回火屈氏体基体上弥散分布着细小的碳化物颗粒,硬度、抗拉强度、屈服强度、屈强比、断后伸长率、断面收缩率和-20℃低温冲击吸收能量分别为44.5 HRC、1467 MPa、1357 MPa、0.93、10.5%、46%和27.1 J;力学性能满足14.9级高强度螺栓的技术指标要求。