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。

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。

航空发动机用摩擦副CrMo铸铁/38CrMoAlA瞬态磨损-摩擦热耦合仿真分析

为探究航空发动机用摩擦副CrMo铸铁/38CrMoAlA的摩擦磨损特性,利用ANSYS有限元软件建立了面-面接触的摩擦副模型,开展了瞬态磨损-摩擦热耦合仿真分析,阐明了摩擦副的磨损性能演化规律。仿真计算发现,静环-CrMo铸铁摩擦面的外径侧温度和体积磨损量较高。接触压力对摩擦应力的影响更为显著,在接触压力为0.02~0.10 MPa,摩擦线速度10~30 m/s时,体积磨损量随接触压力的增大而增大,随摩擦线速度的增大而减小。体积磨损率的计算值与实验值有相同的变化规律,且数值差异较小,说明磨损模型能较好预测摩擦副的磨损情况。

超声滚压载荷对25CrMo4车轴钢表面强化特征的影响规律

为了提高列车车轴的使用寿命,研究分析了不同强化处理后试样的表面形貌及其粗糙度、表层组织结构、表面硬度及其深度和表面残余应力,探索了滚压处理和不同载荷超声滚压处理对25CrMo4车轴钢表面强化特征的影响规律。结果表明:与磨削试样相比,滚压和超声滚压处理均改善了试样的表面粗糙度,其中低载荷超声滚压试样的表面粗糙度最低,达到了0.2μm;高载荷超声滚压试样的表层获得的塑性变形层最深;高载荷超声滚压试样的表面硬度值最大,达到了370 HV0.1,并形成了深度为150μm左右的硬化层;滚压试样和超声滚压试样表面均产生了较高的残余压应力。滚压和超声滚压处理使25CrMo4车轴钢表面硬度及硬化层深度的增加、产生较高的残余压应力和表面粗糙度的降低均会对其疲劳性能的提高产生有利的影响,特别是超声滚压处理的效果更佳。但过高的载荷会使车轴钢的表面粗糙度升高,从而对其疲劳性能的提高产生不利的影响。

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。

高频淬火功率对35CrMo钢表面组织和摩擦磨损性能的影响

采用高频淬火工艺对35CrMo钢进行不同功率(2.5,3.0,3.5,4.0,4.5 kW)的表面淬火,研究了淬火功率对35CrMo钢表面显微组织、硬度、摩擦磨损性能和磨损机理的影响。结果表明:当淬火功率为2.5 kW时,试验钢表面组织主要为珠光体,表面硬度最低,为532 HV,稳定摩擦因数为0.58,磨损率最大,为14.58μm^(3)·N^(-1)·mm^(-1);当淬火功率为3.0 kW时,表面组织主要为粒状贝氏体,表面硬度最高,为604 HV,稳定摩擦因数最小,为0.47,磨损率最小,为10.15μm^(3)·N^(-1)·mm^(-1);随着淬火功率的继续增加,粒状贝氏体逐渐向上贝氏体、下贝氏体和无碳贝氏体转变,表面硬度降低,摩擦因数和磨损率整体呈增大趋势。当淬火功率为2.5,3.0,3.5,4.0 kW时,磨损机理以磨粒磨损为主,并伴随着局部的黏着磨损和氧化磨损;当淬火功率为4.5 kW时,磨损机理以黏着磨损为主,并伴随着局部的磨粒磨损和氧化磨损。

15CrMo合金钢高温流变行为及热加工图研究

采用等温热压缩实验研究了15CrMo合金钢在温度900~1100℃,应变速率0.01~1 s^(-1)条件下的热变形行为,获得该合金在高温条件下的真应力-真应变曲线,并构建了适应于15CrMo合金流变曲线的修正型Hansel-Spittel本构模型,修正后模型的相对误差仅为2.82%;基于修正型本构模型绘制了应变为0.1~0.6的热加工图.根据热加工图,得到15CrMo合金钢的最佳热加工温度为900~1025℃,最佳应变速率为0.01~0.055 s^(-1).

中碳CrMo钢中Ti、Nb液析形貌及生成机理分析

通过观察微合金Ti、Nb、V在42CrMo钢连铸坯中的液析形貌,以及液析经加热轧制后的变化,同时,采用热力学计算的方式推导液析生成机理。结果表明,在含w[Ti]0.012%、w[Nb]0.030%、w[V]0.030%、w[N]0.003 5%的42CrMo钢410 mm×530 mm连铸坯中,可观察到Ti、Nb以复合碳氮化物的形式析出,形成微米级液析,w[Ti]较高(70%~83%)的多呈多边形块状,w[Nb]较高(70%~85%)的多呈薄膜状或不规则块状,液析中基本不含V元素;Ti和Nb的碳氮化物液析可互溶并共同生长,Nb含量较高的液析以Ti含量较高的液析为核心长大为块状,部分液析以含硫夹杂物为核心形核并长大;连铸坯心部的碳氮化物液析较多,并且尺寸较大(最长达35μm),连铸坯表面的数量较少,尺寸较小(10μm以下);连铸坯经1 200℃加热并轧制后,液析可部分回溶,数量减少,尺寸减小,并且在轧制过程中破碎。

35CrMo钢蓄能器开裂原因

某公司生产的蓄能器在使用1 a后发生开裂现象。采用宏观观察、化学成分分析、力学性能测试、扫描电镜分析、金相检验等方法对蓄能器的开裂原因进行分析。结果表明:制做蓄能器壳体的35CrMo钢存在微裂纹;蓄能器工作时,内部介质气体和液压油产生的压力使微裂纹逐步扩展并贯穿管壁,导致蓄能器开裂。

15CrMo钢焊接修复工艺参数研究

本文以15CrMo钢为例,对其焊接修复的工艺参数进行研究。试验中,选择规格为60 mm×40mm×30 mm、100 mm×50 mm×50 mm的15CrMo钢,2.5 mm的TIG-R30焊丝、3.2 mm的R307焊,分别进行焊接修复试验和验证试验。在此基础上,对本试验中得到的最优工艺参数与传统的焊后热处理态进行对比分析。结果表明,1)焊接最佳条件为:焊条直径3.2 mm、焊接速度150 mm/s;焊条直径4.0 mm、焊接速度90 mm/s。2) 5道次单层堆焊的焊接热输入会多次作用于焊接接头,提升了焊接接头的力学性能。3)验证性试验实施去半道的操作,并应用气锤去除部分应力。最终获得的焊接接头的硬度降低到260 N/mm^(2),抗拉强度640 MPa,缺口冲击功达到185 J且获得了良好的焊接接头硬度分布与显微组织特性。

Al含量对齿轮钢20CrMo奥氏体晶粒度的影响

研究了Al含量对齿轮钢20CrMo奥氏体晶粒度的影响。研究表明,当成品Al含量在0.015%~0.020%时,淬火奥氏体晶粒度出现混晶,渗碳奥氏体晶粒度不混晶;当成品Al含量≮0.020%时,淬火和渗碳奥氏体晶粒度均不混晶。因此为了避免齿轮钢20CrMo淬火奥氏体晶粒度出现混晶,必须保证钢中成品Al含量≮0.020%。为了满足这一要求,炼钢过程熔炼成分Al含量最好控制在0.030%~0.050%。

CrMo系合金结构钢的开发

采用顶底复吹转炉冶炼-LF精炼-VD真空处理-连铸-圆棒轧制工艺成功开发CrMo系合金结构钢,其化学成分、夹杂物控制水平、力学性能等各项指标均满足标准要求。结合生产实际,对CrMo系产品技术要求、工艺控制要点、试制结果进行了分析与介绍。

42CrMo袜机行针盘离子注入改性研究

针对采用42CrMo材料制造的袜机行针盘在使用过程中磨损严重的问题,采用氮离子注入方法对其进行表面改性强化,结果表明:氮离子注入可以提高行针盘表面硬度,对维氏硬度HV与载荷F进行了非线性拟合,拟合函数为HV=-61.31ln(F)+443.71(F≤9.807 N);离子注入过程中产生的热量会导致行针盘温度升高,增加行针盘的变形量;行针盘表面沟壑得到改善,呈现较好的一致性。

15CrMo在含NaCl高温高压水/水蒸气中的腐蚀行为

为研究15CrMo钢在高温高压含NaCl工质中的腐蚀行为,搭建了高温高压反应釜实验台。利用SEM,EDS,XRD测试方法对在不同工况下的15CrMo腐蚀样品进行了分析。结果表明,当腐蚀温度为280℃时,相比于饱和水,Fe_(3)O_(4)的晶体结构在饱和蒸汽中的生成速率更快。当腐蚀温度上升到360℃时,15CrMo在含盐饱和蒸汽与含盐饱和水中腐蚀产物的晶体结构均已无明显变化,其表面的晶体结构各自趋于稳定。在饱和蒸汽中FeOCl的生成反应对温度变化的敏感性较高,温度为280℃时,该生成反应仅在腐蚀工质为含盐饱和水时发生,而在360℃,含盐饱和蒸汽中的样品表面也能够发生。在280~360℃,15CrMo在含NaCl饱和水中的腐蚀程度相较其在饱和蒸汽中更高。

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。

回火对管线用12Mn1CrMo低合金钢组织与力学性能的影响

对12Mn1CrMo低合金钢进行了850℃×30 min,油淬,之后进行260~580℃不同温度回火试验。采用OM、SEM、拉伸测试、冲击试验和冲击断口观察等研究了不同温度回火对12Mn1CrMo钢组织与力学性能的影响。结果表明:淬火态12Mn1CrMo钢组织为细小板条马氏体。随着回火温度的升高,12Mn1CrMo钢中马氏体分解程度越来越高,580℃回火的12Mn1CrMo钢中马氏体完全分解,组织为回火索氏体。随着回火温度的升高,12Mn1CrMo钢的抗拉强度逐渐下降,伸长率、冲击韧性先降低后升高。580℃回火的12Mn1CrMo钢的伸长率和冲击韧性均达到最大值,分别为13.8%和131 J/cm^(2)。

温度对7A04铝销-50CrMo4钢盘摩擦副干滑动摩擦磨损行为的影响

针对7xxx铝合金温热成型过程中模具磨损等问题,本文作者研究了不同温度对7A04铝销-50CrMo4钢盘摩擦副干滑动摩擦磨损行为的影响.采用光学显微镜、3D光学轮廓仪和扫描电子显微镜等对试样的微观组织、磨痕形貌、磨损亚表层组织以及磨屑形貌进行了表征.结果表明,随着试验温度的升高,摩擦系数先降低后升高.7A04铝销的磨损率先减小后增大;其磨损机制以磨粒磨损为主.50CrMo4钢盘的磨损率先增大后减小,在225℃时降至最低;其室温下的磨损机制为磨粒磨损、胶合黏着磨损和剥层磨损的混合磨损机制,温度从125℃升至175℃时转变为轻微磨粒磨损和一般黏着磨损的混合磨损机制;各温度下均存在明显的材料转移现象.7A04铝销在125℃时开始出现机械混合层,伴随有明显的氧化现象,这将导致在225℃下机械混合层结构变得疏松且易剥落.在225℃下50CrMo4钢磨损亚表面的变形晶粒区和动态再结晶区厚度增大,表面硬度下降,塑性增加,形成长条状的切屑.7A04铝销表面机械混合层的氧化及塑性变形层的变化与50CrMo4钢磨损表面动态再结晶的变化决定了在不同温度中2种材料各具有不同的磨损率与磨损形式.

温轧40CrMo中厚钢板在退火过程中铁素体与碳化物的协同演变规律

将温轧40CrMo钢置于700℃下退火,分别保温15 min、60 min、120 min,利用扫描电子显微镜(SEM)和电子背散射衍射(EBSD)技术观察铁素体与碳化物的协同演变规律。结果表明:温轧板的组织中分散着大量的纳米级碳化物,经过15 min退火保温后,组织内以铁素体的回复机制为主;带状铁素体出现向等轴状转变的趋势,铁素体平均晶粒尺寸为0.76μm;铁素体晶内部碳化物尺寸较小,晶界上的碳化物尺寸较大,碳化物平均尺寸为54.85 nm。将退火保温时间延长到60 min后,组织内主要发生铁素体的再结晶和部分晶粒的长大,铁素体的平均晶粒尺寸为1.86μm,碳化物开始长大与球化,碳化物平均尺寸为57.55 nm。退火120 min后,组织内主要以长大机制为主,晶粒的长大和晶界的迁移现象最为明显,得到粗大的铁素体和碳化物,此时铁素体的平均晶粒尺寸为4.15μm,碳化物的平均尺寸为61 nm。随着退火时间的延长,晶界经历亚晶界迁移、大角度晶界快速增殖和大角度晶界缓速增殖三个阶段的演变过程。本工作通过对实验数据进行拟合分析,构建了40CrMo钢温轧板在退火过程中铁素体与碳化物的长大动力学模型,发现铁素体和碳化物的交互长大机制与长大速率有关。

35CrMo钢螺栓疲劳寿命预测方法研究

针对大型螺栓的疲劳寿命预测问题,以35CrMo钢螺栓为研究对象,提出以应力集中系数为等效损伤参量的螺栓模拟构件模型,并进一步考虑疲劳综合修正系数,预测服役螺栓的疲劳寿命。研究结果表明:随着公称直径、螺纹圈数和牙底圆角的增加,螺纹应力集中系数呈现下降趋势,而螺距的增加使得应力集中系数逐渐增大;模拟构件的螺纹缺口模型与圆环缺口模型的应力集中系数差异很小,计算分析时可用圆环缺口模型代替螺纹缺口模型;综合修正系数方法预测的螺栓疲劳寿命曲线与有限元模拟的结果基本一致,验证了本研究所提出的基于模拟构件的疲劳寿命预测方法具有较高准确性及较好适用性。

中碳合金钢42CrMo的ECAP工艺参数模拟及试验研究

高端滚动轴承在服役过程中存在的尺寸稳定性差和滚动疲劳寿命低等问题,严重制约着我国高端装备制造业的发展水平。因此,急需开发具有高强韧性、耐磨、耐疲劳特性的轴承钢。中碳轴承钢作为超高速高精密滚动轴承极具潜力的轴承钢材料,对不同工艺条件下的中碳合金钢ECAP(equal channel angular pressing)工艺参数开展研究,分析了ECAP过程对42CrMo钢的挤压载荷、等效应变、等效应力及温度场数值变化和分布规律。研究结果表明,适当提高挤压初始温度和挤压速度,均可以有效降低挤压载荷和等效应力;加大挤压速度可以明显提升试件挤出温度,但不利于试件ECAP过程形变的均匀性;减小摩擦系数可以显著降低挤压载荷,有助于提高晶粒细化的均匀程度。综合考虑,选定挤压温度950℃,挤压速度10 mm/s、摩擦系数0.03条件下设计试验,可以有效提高ECAP细化晶粒的能力,同时为试件进行下一步热处理提供良好初始条件。以上试验研究是对中碳钢细晶强化的全新探索,可以为其他性能相近的金属材料开展ECAP研究提供技术参考。