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。

目的確定42CrMo鋼板感應淬火過程的奧氏體相變動力學參數,并驗證其可靠性。方法根據不同加熱速率下42CrMo鋼奧氏體膨脹曲線,基于經典JMAK（Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov）模型和Kissinger方法,確定了42CrMo鋼奧氏體化相變動力學的參數。建立ABAQUS局部移動式感應淬火模型,選取淬火區域加熱過程中點的溫度變化曲線作為驗證奧氏體化模型的對象。‘

  基于Scheil法則和JMAK相變動力學模型,采用文中求解得到的奧氏體化參數,采用Matlab對42CrMo連續轉變過程離散為每個時間間隔的等溫相變并求解,并對照相關學者采用的擴展解析動力學模型和JAMK模型,加以驗證。結果根據上述方法,得到的42CrMo奧氏體相變動力學參數為:能Q為2.04×106 J/mol,指前因子lnk0的值取230.78,Avrami指數n取0.427。42crmo鋼板將淬火加熱過程離散為數量很大的均勻時間間隔,并以求解的動力學模型在每個間隔內進行對應溫度條件下奧氏體體積分數的求解并順次疊加,以模擬得到的奧氏體轉變時間和轉變溫度等作為依據,該模型有良好的表現性。結論對42CrMo非等溫且加熱速度不恒定的連續奧氏體轉變過程,JAMK模型擬合表現良好,采用文中求解的參數組對表面感應淬火的奧氏體轉變歷程進行仿真預測是可行的。

  42CrMo鋼蝸輪蝸桿在裝配時發現蝸桿表面開裂,通過宏觀分析、化學成分分析、淬火表面殘余應力測試、觀分析、金相檢驗、能譜分析、硬度測試等方法對蝸桿開裂的原因進行了分析。結果表明:該42CrMo鋼板蝸桿表面裂紋為淬火應力裂紋,蝸桿材料中的錳的質量分數偏高以及淬火過程中熱應力與組織應力疊加導致蝸桿沿軸線方向開裂。