連接柴油機凸輪軸與正時齒輪的42CrMo鋼板螺栓在試機過程中斷裂。對斷裂螺栓進行了宏觀檢驗、化學成分分析、硬度測定、金相檢驗和能譜分析。結果表明:螺栓的化學成分、顯組織和硬度均正常,但氧化物夾雜的含量較高,且 直徑達350μm,大大降低了螺栓的有效承載面積,導致其斷裂。 

  為調控離子滲氮滲層特性,獲得少脆性化合物層、厚韌性擴散層的滲氮層,提高離子滲氮滲層抗沖擊性和重載下的耐磨性,對42CrMo鋼板進行了添加量鈦的創新離子滲氮處理。利用光學顯鏡、SEM、XRD和顯硬度計對滲層的截面顯組織、表面形貌和成分、物相和截面硬度進行了測試和分析。結果表明:添加量鈦離子滲氮可顯著改善滲層特性,獲得少化合物層的高硬高韌滲氮層,同時顯著提高離子滲氮效率。

   在540℃×4h工藝條件下,添加量鈦可使離子滲氮有效硬化層厚度顯著增加,由常規離子滲氮的225μm增加到380μm,即滲氮效率提高近70%;有效硬化層厚度提高的情況下,化合物層厚度反而減薄,由常規離子滲氮的19μm降低到10μm,即化合物層厚度降低了約50%;滲層中化合物層與有效硬化層之比值由常規離子滲氮的8.5%降低到2.6%。同時添加量鈦離子滲氮滲層中形成了高硬度強化相Ti N,使滲層表面硬度由703HV0.05提高至895HV0.05。42crmo鋼板添加量鈦離子滲氮獲得了薄化合物層、高硬高韌、厚有效硬化層的優良滲氮層特性,該滲層特性對改善離子滲氮零部件抗沖擊性和重載下的耐磨性具有重要研究和應用價值。

42CrMo鋼板含有Cr、Mo等多種合金化元素,具有優良的綜合力學性能,既具有較高的強度,又具有較好的塑性,在鍛件,特別是大型鍛件領域,有廣泛的應用。本文采用計算機模擬與實驗相結合的方法,構建了 42CrMo鋼較準確的本構模型和材料性能數據庫,并開展了材料變形和熱處理淬火過程的計算機模擬和實驗,模擬結果與實驗結果吻合較好。

   通過熱壓縮實驗,測定了 42CrMo鋼板在不同溫度和應變速率下的應力-應變數據,構建了改進的Johnson-Cook本構模型和應變補償的Arrhenius本構模型,得到了較大應變范圍內較準確的42CrMo鋼的本構方程。擬合了手冊中標準的42CrMo鋼的TTT曲線,獲得了較準確的TTT曲線數據。此外還構建了包含熱導率、比熱容、楊氏模量、泊松比、相變潛熱、膨脹系數等較完善、準確的42CrMo鋼數據庫。以構建的數據庫為基礎,通過DEFORM軟件模擬了 42CrMo鋼在變形溫度為1123 K、應變速率為0.01 s-1條件下的熱壓縮過程,將模擬結果中壓縮后試樣的尺寸數據、Top Die載荷-行程曲線以及計算得出的應力-應變曲線分別與相同實驗條件下實測結果進行對比。結果顯示,載荷-行程曲線和應力-應變曲線在數值大小和變化趨勢上與實驗結果吻合較好,表明選用的應變補償的Arrhenius本構模型能夠比較準確地描述42crmo鋼板的變形行為。

    通過DEFORM軟件模擬了 42CrMo鋼板在1123 K時的末端淬火過程,結果顯示試樣末端與水的換熱程度劇烈,溫度迅速下降,形成大量馬氏體組織,隨著遠離淬火末端,馬氏體含量逐漸降低,硬度也隨之降低。同時進行了同條件的末端淬火實驗,對淬火后試樣的軸向硬度分布進行了測量,并觀察不同位置組織組成,實驗結果與模擬結果基本一致,這表明文中構建的42CrMo鋼數值模擬數據庫較為準確。可以在此基礎上進行不同幾何形狀、不同變形條件、不同熱處理過程的數值模擬,為實際生產過程的模擬與優化打下了良好的基礎。