對于大傾覆力矩、重載疲勞和高沖擊高磨損的軸承材料,通常采用感應淬火進行表面強化,但存在軟帶和變形大等問題。而使用激光淬火硬化層深度在1 mm以內,42crmo鋼板且橫截面硬化層為"月牙形",試樣表面各點硬化層分布不均,較淺處易提前發生損壞。

   為解決以上問題,利用COMSOL軟件模擬激光深層淬火過程溫度場時空分布,與常規激光淬火不同,激光深層淬火采用了寬光斑、低速掃描,且輔助用于提高吸光率的涂料,在軟件中設定不同激光功率、掃描速度和光斑尺寸,分析得到不同工藝參數下的溫度場分布、硬化層形貌和特征尺寸,并在模擬指導下進行實驗得到深層硬化層,并探究光斑尺寸對硬化層深度、寬度、均勻性的影響。模擬結果表明,選擇適當的激光功率密度和掃描速度進行激光淬火溫度場的模擬,可以得到3.6 mm深的硬化層。以此進行光纖耦合半導體激光器淬火實驗,實驗所得有效硬化層深度為3.7 mm,硬化層平均硬度為774 HV0.3。42crmo鋼板將實驗所得硬化層形貌和模擬結果進行對比,平均誤差為6.5%。模擬結果還表明,在激光功率、光斑面積和掃描速度不變時,改變光斑的寬度,硬化層的寬度與光斑的寬度成正比例,硬化層的深度隨光斑寬度增加先增加后減小。隨著光斑寬度增加,硬化層分布更加均勻。

  利用金相顯鏡、洛氏硬度計和掃描電鏡,對經過預備熱處理（退火、淬火、調質）+亞溫淬火+高溫回火處理（又稱臨界區淬火+回火）后的42CrMo鋼的組織、沖擊性能以及斷口形貌進行了觀察和分析。結果表明,預備熱處理為退火處理時,亞溫處理后殘留的鐵素體粗大不均;且在回火索氏體之間分布不均勻;預備熱處理為淬火處理和調質處理時,殘留的鐵素體形態細小,且與回火索氏體均勻分布。采用不同預備熱處理時,亞溫處理后的硬度差別很小。亞溫處理后42CrMo鋼的沖擊性能均高于常規調質處理后的沖擊性能;預備熱處理為調質處理時,亞溫處理后的沖擊功 ,從其斷口形貌中可以看出,其起裂區和裂紋纖維擴展區所占比例較退火處理和淬火處理時要大。因此,調質處理更適合作為42CrMo鋼的預備處理。 

42crmo鋼板先進高強度鋼憑借其優異的力學性能、良好的成型性能以及較低的制造成本,在汽車制造、軍工以及航天等領域有著十分廣闊的應用前景。縱觀 代到第三代先進高強鋼的發展歷程,以“復相、多尺度”為基礎的調控理論研制具有“亞穩相、超細晶基體”等特點的超級鋼逐漸受到青睞。現今,在輕量化和智能制造等一些列工業背景下,如何更快速且低能耗地開發更輕質、高性能的鋼材也成為了材料加工領域的研究熱點。

  高能瞬時電脈沖處理,自電致塑性效應被發現以來,就備受材料研究人員的關注。42crmo鋼板近些年來,伴隨著對非平衡固態相變機理、多物理場作用下觀結構的演變規律以及相應伴生現象的深入研究,電致強化這一概念也逐漸受到重視,電脈沖處理在鋼鐵材料的強韌化等方面也實現了一定程度的工程化應用。此外,基于電子風沖擊、電遷移效應對快速相變以及再結晶的影響,采用脈沖電流對鋼材進行細化及強韌化處理完全符合第三代先進高強鋼的開發宗旨和組織性能要求特點。但以往的工作多集中在對電脈沖處理誘發的組織細化以及強塑性同時等方面的淺層研究,而缺乏對位錯組態、界面遷移、晶體取向以及析出行為等方向的實質性深入探索。因此,研究脈沖電流作用下鋼材的亞結構演化及強韌化機理,對進一步豐富和完善鋼的非平衡相變理論以及開發新型的強韌化工藝有著重要的實際意義。

   本文采用高能瞬時電脈沖處理對兩種強化類型完全不同的鋼材（42CrMo鋼板及T250鋼）進行了增強、增韌處理。同時,結合相應的傳統熱處理,規律性地研究了脈沖電流對不同鋼材顯組織及亞結構的影響、定量地分析了脈沖電流作用下鋼材的強韌化機理、歸納概括了不同處理方式對鋼材具體作用機制的差異。

。在激光功率密度不變時,隨著垂直于掃描方向上的光斑寬度增加,硬化層寬度呈正比例增加,硬化層深度則先增后減,距離硬化層中心深處相同距離點的曲率則逐漸減少。結論通過優化激光淬火工藝參數,控制激光淬火的熱傳導時間和深度方向的溫度梯度分布,可以在表面不熔化的前提下,獲得較深的硬化層。光斑尺寸對42CrMo鋼板激光深層淬火硬化層深度和硬化層均勻性有較大影響,選擇較大的光斑寬度可以得到更為均勻的硬化層。 

  本文對實驗用鋼42CrMo進行了成分測定、熱處理工藝設計、組織表征、性能檢測與分析等研究。采用Jmat-pro軟件模擬了42CrMo鋼的冷卻轉變過程,并實測了實驗用鋼的連續冷卻轉變曲線和等溫轉變曲線,利用OM、SEM、硬度測量等手段分析了不同冷卻速度和等溫溫度下的組織及特征,特別是貝氏體轉變區間、類型、特征和含量等與硬度的關系,通過熱處理工藝設計調控組織,建立了觀組織與硬度、韌性和耐磨性等之間的關系。42CrMo鋼板的連續冷卻轉變曲線CCT圖表明,Ac1為743℃,Ac3為792℃,在實驗的冷速范圍內,存在有先共析鐵素體、珠光體、貝氏體和馬氏體四個轉變區;冷速大于3℃/s,獲得羽毛狀上貝和針片狀下貝為主的復相組織,隨冷速增加,組織中馬氏體含量增加,混合貝氏體相中上貝氏體量減少,硬度呈上升趨勢,冷速20℃/s,獲得馬氏體基體+（3%5%）下貝氏體的復相組織。

   等溫轉變曲線TTT圖表明,在410℃500℃區間等溫將發生上貝氏體轉變,組織為羽毛狀特征為主,下貝氏體轉變的等溫溫度介于310℃410℃之間,組織為針片狀貝氏體+板條狀馬氏體的復相組織,隨等溫溫度降低,馬氏體含量增加;在560℃-590℃之間等溫出現的大量針狀魏氏組織,與實驗材料組織不均,晶粒粗大有關。42crmo鋼板調質熱處理工藝實驗結果表明,淬火加熱溫度840℃,采用18%水基淬火介質冷卻,獲得下貝氏體含量約為20.3%的馬/貝復相組織,經560℃回火,其綜合力學性能達到良好匹配;等溫熱處理工藝實驗表明,在320℃380℃區間等溫,