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對(duì)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(yīng)淬火進(jìn)行表面強(qiáng)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(nèi),42crmo鋼板且橫截面硬化層為"月牙形",試樣表面各點(diǎn)硬化層分布不均,較淺處易提前發(fā)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(chǎng)時(shí)空分布,與常規(guī)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(shè)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(shù)下的溫度場(chǎng)分布、硬化層形貌和特征尺寸,并在模擬指導(dǎo)下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)得到深層硬化層,并探究光斑尺寸對(duì)硬化層深度、寬度、均勻性的影響。模擬結(jié)果表明,選擇適當(dāng)?shù)募す夤β拭芏群蛼呙杷俣冗M(jìn)行激光淬火溫度場(chǎng)的模擬,可以得到3.6 mm深的硬化層。以此進(jìn)行光纖耦合半導(dǎo)體激光器淬火實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)所得硬化層形貌和模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,平均誤差為6.5%。模擬結(jié)果還表明,在激光功率、光斑面積和掃描速度不變時(shí),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(jì)和掃描電鏡,對(duì)經(jīng)過預(yù)備熱處理（退火、淬火、調(diào)質(zhì)）+亞溫淬火+高溫回火處理（又稱臨界區(qū)淬火+回火）后的42CrMo鋼的組織、沖擊性能以及斷口形貌進(jìn)行了觀察和分析。結(jié)果表明,預(yù)備熱處理為退火處理時(shí),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(yù)備熱處理為淬火處理和調(diào)質(zhì)處理時(shí),殘留的鐵素體形態(tài)細(xì)小,且與回火索氏體均勻分布。采用不同預(yù)備熱處理時(shí),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(guī)調(diào)質(zhì)處理后的沖擊性能;預(yù)備熱處理為調(diào)質(zhì)處理時(shí),亞溫處理后的沖擊功 ,從其斷口形貌中可以看出,其起裂區(qū)和裂紋纖維擴(kuò)展區(qū)所占比例較退火處理和淬火處理時(shí)要大。因此,調(diào)質(zhì)處理更適合作為42CrMo鋼的預(yù)備處理。
42crmo鋼板先進(jìn)高強(qiáng)度鋼憑借其優(yōu)異的力學(xué)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(lǐng)域有著十分廣闊的應(yīng)用前景。縱觀 代到第三代先進(jìn)高強(qiáng)鋼的發(fā)展歷程,以“復(fù)相、多尺度”為基礎(chǔ)的調(diào)控理論研制具有“亞穩(wěn)相、超細(xì)晶基體”等特點(diǎn)的超級(jí)鋼逐漸受到青睞。現(xiàn)今,在輕量化和智能制造等一些列工業(yè)背景下,如何更快速且低能耗地開發(fā)更輕質(zhì)、高性能的鋼材也成為了材料加工領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。
高能瞬時(shí)電脈沖處理,自電致塑性效應(yīng)被發(fā)現(xiàn)以來,就備受材料研究人員的關(guān)注。42crmo鋼板近些年來,伴隨著對(duì)非平衡固態(tài)相變機(jī)理、多物理場(chǎng)作用下觀結(jié)構(gòu)的演變規(guī)律以及相應(yīng)伴生現(xiàn)象的深入研究,電致強(qiáng)化這一概念也逐漸受到重視,電脈沖處理在鋼鐵材料的強(qiáng)韌化等方面也實(shí)現(xiàn)了一定程度的工程化應(yīng)用。此外,基于電子風(fēng)沖擊、電遷移效應(yīng)對(duì)快速相變以及再結(jié)晶的影響,采用脈沖電流對(duì)鋼材進(jìn)行細(xì)化及強(qiáng)韌化處理完全符合第三代先進(jìn)高強(qiáng)鋼的開發(fā)宗旨和組織性能要求特點(diǎn)。但以往的工作多集中在對(duì)電脈沖處理誘發(fā)的組織細(xì)化以及強(qiáng)塑性同時(shí)等方面的淺層研究,而缺乏對(duì)位錯(cuò)組態(tài)、界面遷移、晶體取向以及析出行為等方向的實(shí)質(zhì)性深入探索。因此,研究脈沖電流作用下鋼材的亞結(jié)構(gòu)演化及強(qiáng)韌化機(jī)理,對(duì)進(jìn)一步豐富和完善鋼的非平衡相變理論以及開發(fā)新型的強(qiáng)韌化工藝有著重要的實(shí)際意義。
本文采用高能瞬時(shí)電脈沖處理對(duì)兩種強(qiáng)化類型完全不同的鋼材（42CrMo鋼板及T250鋼）進(jìn)行了增強(qiáng)、增韌處理。同時(shí),結(jié)合相應(yīng)的傳統(tǒng)熱處理,規(guī)律性地研究了脈沖電流對(duì)不同鋼材顯組織及亞結(jié)構(gòu)的影響、定量地分析了脈沖電流作用下鋼材的強(qiáng)韌化機(jī)理、歸納概括了不同處理方式對(duì)鋼材具體作用機(jī)制的差異。
本試驗(yàn)在一定切削條件下對(duì)42CrMo鋼板進(jìn)行干切削,研究刀具累計(jì)加工1 035 s過程中前后刀面的磨損形貌。試驗(yàn)結(jié)果表明:累計(jì)加工時(shí)間T從0增加到1 035 s的過程中,刀具前刀面參與切削的區(qū)域亮度增加,磨損區(qū)域增大;當(dāng)加工時(shí)間T為1 035 s時(shí),刀具前刀面磨損明顯,出現(xiàn)顏色較深面磨損區(qū)域、亮度較高的部分刀具涂層材料磨損區(qū)域、磨粒磨損明顯的磨損區(qū)域。加工時(shí)間T從0增加到435 s的過程中,刀具后刀面出現(xiàn)明顯的磨損帶,涂層材料磨損帶逐漸增大。加工時(shí)間T從435 s增加到1 035 s的過程中,磨損帶緩慢增大,出現(xiàn)基體磨損現(xiàn)象,隨著磨損時(shí)間延長(zhǎng),基體磨損逐漸增大。當(dāng)加工時(shí)間T從48 s增加到1 035 s,已加工表面粗糙度Ra由3.46μm逐漸增大到3.91μm。
針對(duì)模鑄鍛材42crmo鋼板表面出現(xiàn)裂紋缺陷,通過對(duì)鍛材表面裂紋進(jìn)行試驗(yàn)分析,結(jié)果表明,裂紋表面有平面等軸晶粒的多邊形輪廓形態(tài),具有鍛造開裂后又發(fā)生高溫再結(jié)晶的形貌特征,進(jìn)而推斷出鍛材上的裂紋形成于高溫鍛造變形過程中。
在42CrMo鋼常規(guī)處理的基礎(chǔ)上增加了冷處理,研究淺冷處理和深冷處理對(duì)42CrMo鋼硬度和耐磨性的影響。結(jié)果表明,經(jīng)淺冷處理和深冷處理后,42CrMo鋼板中殘留奧氏體向馬氏體發(fā)生轉(zhuǎn)變,且碳化物析出增多,致使鋼的硬度和耐磨性均有,且深冷處理后硬度和耐磨性幅度高于淺冷處理。
為研究42Cr Mo鋼板的沖擊動(dòng)態(tài)力學(xué)性能及本構(gòu)模型,進(jìn)行了沖擊動(dòng)態(tài)壓縮實(shí)驗(yàn)和金相觀察.材料表現(xiàn)出強(qiáng)烈的應(yīng)變率依賴性,同時(shí)還得到不同應(yīng)變率下力學(xué)性能差異的主要原因在于沖擊動(dòng)態(tài)載荷下的絕熱剪切行為.采用熱理論,42crmog分別考慮熱應(yīng)力和非熱應(yīng)力來解釋變形機(jī)理,得到了應(yīng)變率效應(yīng)的描述.基于此,本文提出含高應(yīng)變率效應(yīng)的動(dòng)態(tài)本構(gòu)模型,通過絕熱剪切準(zhǔn)則來確定失穩(wěn)的起始點(diǎn),并與模型進(jìn)行耦合.該模型能很好地描述42Cr Mo鋼的準(zhǔn)靜態(tài)和沖擊動(dòng)態(tài)力學(xué)行為,特別是應(yīng)變硬化效應(yīng)和應(yīng)變率效應(yīng).
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