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針對石油平臺35CrMo鋼大齒輪、42CrMo鋼板小齒輪的齒面缺陷修復任務,對齒輪材質(zhì)、零件現(xiàn)狀開展了工藝修復研究。通過對CO2氣體保護焊、氬弧焊、光纖激光焊三種焊接工藝進行分析比較,發(fā)現(xiàn)光纖激光焊修復齒輪缺陷優(yōu)勢明顯。經(jīng)過齒輪實際修復后的檢測與試驗,取得了比較好的效果。
通過顯組織觀察和力學性能檢測,分析了42CrMo鋼板在不同回火溫度下觀組織形貌和力學性能的變化。通過三維原子探針（3DAP）技術分析500℃回火溫度下42CrMo鋼中元素分布情況,研究了Cr、Mn、Mo等合金元素對鋼性能的影響。結(jié)果表明,42CrMo鋼水淬后在450℃回火時顯組織為回火屈氏體,在500～650℃區(qū)間回火時顯組織均為回火索氏體,隨著回火溫度的增加,顆粒狀碳化物增多;抗拉強度和規(guī)定塑性延伸強度降低,-40℃低溫沖擊性能升高。在500℃回火可達到12.9級螺栓力學指標（Rm≥1200 MPa,KV2≥27 J）,力學性能 ,且滿足低溫環(huán)境下螺栓用鋼的使用要求。3DAP結(jié)果表明,鋼中的合金元素通過固溶強化和沉淀強化提高了鋼的性能。
針對42CrMo合結(jié)鋼軋材超聲波探傷合格率低的問題,利用掃描電鏡等設備對探傷不合樣品進行分析,發(fā)現(xiàn)探傷不合樣品中有直徑為100μm左右的球形夾雜物或者尺寸為1 000μm左右的長條形夾雜物。42crmo鋼板通過鋼液內(nèi)生夾雜和生產(chǎn)過程接觸的原輔料的分析比對,認為大尺寸夾雜物主要由于外來夾雜進入鋼液中,終造成軋材探傷合格率低。通過增加硅鈣線用量、鋼包澆鑄后期不下渣、浸入式水口侵蝕速率小于1.5 mm/h、結(jié)晶器液位波動不大于±3 mm和恒定拉速澆鑄等控制方式,減少了鋼中外來大尺寸夾雜,提高了鋼液潔凈度,使探傷合格率提高到97.5%以上。
為了提高汽車傳動件常用材料42CrMo鋼板的耐腐蝕性能,對42CrMo鋼進行錳系磷化處理,并考察了表面調(diào)整和磷化液溫度對磷化膜耐腐蝕性能的影響。
結(jié)果表明,表面調(diào)整后形成的磷化膜結(jié)晶細致均勻,晶粒大小較均一,較未表面調(diào)整直接形成的磷化膜的耐腐蝕性能有一定的提高;磷化液溫度對磷化膜的觀形貌、成分和耐腐蝕性能有較大影響,隨著磷化液溫度從78℃升高到94℃,晶粒先細化后粗化,磷化膜致密性先變好后變差;磷化膜中Mn元素質(zhì)量分數(shù)先升高后降低,Fe元素質(zhì)量分數(shù)先降低后升高,而P和O元素質(zhì)量分數(shù)變化不大;磷化膜的腐蝕電位先正移后負移,腐蝕電流密度先降低后升高;表面調(diào)整后在86℃下形成的磷化膜具有良好的耐腐蝕性能,其腐蝕電位和腐蝕電流密度分別為-527.46 mV、1.997×10-5A/cm2,對42CrMo鋼的保護效率為73.2%,能有效提高42CrMo鋼板的耐腐蝕性能。
42CrMo鋼板經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理（淬火+回火）可以獲得良好的強度和韌性,因此被作為制造大規(guī)格螺栓等零部件的常用材料。由于此類零部件應用環(huán)境的影響,對于其制造材料不僅要求具備良好的強度、韌性、延展性等綜合性能,還要求高的低溫沖擊性能,特別是大規(guī)格的螺栓（42mm≤Φ≤64mm）,其截面尺寸的增加導致淬火后材料心部除馬氏體組織產(chǎn)生外,作為不完全淬火組織的貝氏體組織比例增加,難以實現(xiàn)截面性能的均勻性和保證心部的低溫沖擊性能。因此為保證大規(guī)格螺栓的服役性能,要求材料要具有良好的淬透性,即淬火后心部馬氏體組織達到90%以上。雖然通過控制生產(chǎn)工藝可以改善材料的淬透性,但是影響材料淬透性的根本原因是材料的化學成分。本文針對大規(guī)格螺栓鋼淬透性問題,在42CrMo鋼基礎成分上配合添加元素Al、B、Ti,同時控制鋼的N含量,研究了Al添加對42CrMo鋼淬透性和淬火組織以及性能的影響,并與含B鋼進行對比,揭示Al對不同尺寸42CrMo鋼淬透性的影響規(guī)律。
具體研究內(nèi)容如下:在42crmo鋼板基礎成分中配合添加Al-Ti和Al-B元素,通過末端淬火實驗和截面硬度實驗對比分析設計鋼與42CrMo鋼淬透性的差異,并通過金相顯鏡OM、掃描電鏡SEM觀察不同部位淬火后組織形貌以及回火后觀組織和斷口形貌,通過常規(guī)力學性能檢測其常溫拉伸和低溫沖擊性能,
為了查找某42CrMo鋼板制螺栓斷裂失效的原因,采用光學顯鏡、掃描電鏡、電感耦合等離子體光譜儀、碳硫分析儀、硬度計等對斷裂件的宏觀斷口形貌、顯組織、硬度和化學成分等進行觀察和檢測分析。結(jié)果表明:螺栓光桿和法蘭盤轉(zhuǎn)接圓角處局部過燒和脫碳是引起螺栓斷裂的主要原因,使用過程中螺栓光桿和法蘭盤轉(zhuǎn)接圓角處的應力集中是導致螺栓斷裂的誘發(fā)因素。通過嚴格控制熱鐓溫度,退火氣氛,增加毛坯的切削余量,可有效防止過燒及脫碳層在成品零件上出現(xiàn),避免類似事件的發(fā)生。
利用ABAQUS有限元分析軟件及二次開發(fā)對42CrMo鋼板船用曲拐加熱和淬火過程進行數(shù)值模擬。結(jié)果表明:工件分段加熱過程中,表面與心部的 溫差出現(xiàn)在第二個保溫階段,達到88.6℃;第二階段保溫結(jié)束時,工件內(nèi)外基本無溫差,珠光體完全轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體。在淬火過程中,曲拐表層形成了一定厚度的馬氏體組織,至半馬氏體處厚度約為70 mm,其表面馬氏體含量的體積分數(shù)約為96%;貝氏體主要集中在曲拐的次表層,且其 含量約為56%;曲拐的心部為完全的珠光體組織;殘留奧氏體主要集中在曲拐的表層,且其大含量約為4%。
通過使用光纖激光器,激光熔覆鎳基復合合金粉末在42CrMo鋼表面獲得了成形良好的激光熔覆層。采用掃描電子顯鏡（SEM）、能譜儀（EDS）、X射線衍射（XRD）、顯硬度計和磨損試驗機研究了熔覆層組織形態(tài)、物相、化學成分和顯硬度,并對其磨損性能進行了分析。結(jié)果表明,激光鎳基復合熔覆層的物相主要有γ-Ni、M7C3、M23C6、CrB、Fe6W6C、Mo2FeB2和WC。熔覆層組織主要以胞狀晶和胞狀樹枝晶為主,并有大量的共晶組織。42crmo鋼板激光熔覆層的顯硬度分布比較均勻,相對基體硬度提高了1.42倍。激光熔覆層的耐磨性是基體的3倍以上,熔覆層的主要磨損機制為磨粒磨損,并伴隨著粘著磨損和氧化磨損。
42crmo鋼板電脈沖處理有促進鋼材中復相組織形成的趨勢。對于傳統(tǒng)調(diào)質(zhì)態(tài)的42CrMo鋼,其組織僅包含索氏體,而受板條/孿晶馬氏體短時間處理回火抗性的差異以及殘余奧氏體穩(wěn)定性提高的影響,電脈沖處理后的42CrMo鋼板中包含回火馬氏體、索氏體及殘余奧氏體這三種組織
;對于傳統(tǒng)時效態(tài)T250鋼,其內(nèi)部只存在η-Ni3（Ti,Mo）相,而受電流對非均勻形核的影響,電脈沖處理后的T250鋼中包含Ni3（Ti,Al）團簇、Ni2.67Ti1.33相以及大尺度NiTi金屬間化合物這三種析出物。（6）通過電脈沖處理,成功地在短時間內(nèi),同時且大幅了42CrMo鋼板與T250鋼的強度與塑性,定量分析了高能脈沖電流作用下不同類型鋼材的強韌化機制,結(jié)果表明:i)采用脈沖電流進行淬火或固溶處理可提高晶界強化以及位錯強化的強度貢獻,而若進行回火或時效處理則可更顯著地提高析出強化對強度的貢獻;ii)電脈沖處理能增大必要幾何位錯的滑移距離,提高有利晶體取向的含量以及高施密特因子的比例,使鋼材具有更大的塑性變形量;iii)利用電脈沖處理形成的復相組織在性能上的耦合及變形上的協(xié)調(diào),鋼材的強韌性也能得到有效改善。綜上所述,經(jīng)電脈沖處理后具有 性能的42CrMo鋼板與T250鋼的綜合力學性能分別比傳統(tǒng)處理態(tài)的鋼材提高了22.82%和117.26%,增強、增韌效果十分明顯。
同時,也揭示出電脈沖處理過程中42crmo鋼板異于常態(tài)處理的組織、亞結(jié)構變化及力學行為,為豐富極端非平衡相變理論、更地開發(fā)具有更高力學性能的先進高強鋼提供了充足的實驗依據(jù)和技術參考。
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通過顯組織觀察和力學性能檢測,分析了42CrMo鋼在不同回火溫度下觀組織形貌和力學性能的變化。通過三維原子探針（3DAP）技術分析500℃回火溫度下42CrMo鋼中元素分布情況,研究了Cr、Mn、Mo等合金元素對鋼性能的影響。結(jié)果表明,42CrMo鋼水淬后在450℃回火時顯組織為回火屈氏體,在500～650℃區(qū)間回火時顯組織均為回火索氏體,隨著回火溫度的增加,顆粒狀碳化物增多;抗拉強度和規(guī)定塑性延伸強度降低,-40℃低溫沖擊性能升高。在500℃回火可達到12.9級螺栓力學指標（Rm≥1200 MPa,KV2≥27 J）,力學性能 ,且滿足低溫環(huán)境下螺栓用鋼的使用要求。3DAP結(jié)果表明,鋼中的合金元素通過固溶強化和沉淀強化提高了鋼的性能。
針對42CrMo鋼板合結(jié)鋼軋材超聲波探傷合格率低的問題,利用掃描電鏡等設備對探傷不合樣品進行分析,發(fā)現(xiàn)探傷不合樣品中有直徑為100μm左右的球形夾雜物或者尺寸為1 000μm左右的長條形夾雜物。通過鋼液內(nèi)生夾雜和生產(chǎn)過程接觸的原輔料的分析比對,認為大尺寸夾雜物主要由于外來夾雜進入鋼液中,終造成軋材探傷合格率低。通過增加硅鈣線用量、鋼包澆鑄后期不下渣、浸入式水口侵蝕速率小于1.5 mm/h、結(jié)晶器液位波動不大于±3 mm和恒定拉速澆鑄等控制方式,減少了鋼中外來大尺寸夾雜,提高了鋼液潔凈度,使探傷合格率提高到97.5%以上。
刃口鈍化及涂層工藝是刀具切削性能及加工質(zhì)量的重要刀具后處理方法。42crmo鋼板本文對鈍化未涂層、鈍化且涂層以及無鈍化涂層的硬質(zhì)合金鉆頭鉆削42CrMo鋼的鉆削性能進行對比研究,并分析了鈍化且涂層鉆頭刃口的K因子及平均圓度隨加工孔數(shù)變化情況。結(jié)果表明:刀具鈍化與涂層后處理工藝對刀具壽命及其失效形式有決定性影響。在實驗參數(shù)下,未后處理鉆頭加工孔數(shù)僅10孔就發(fā)生崩刃失效;鈍化未涂層鉆頭的壽命是鈍化涂層鉆頭的10倍,主要失效形式為粘結(jié)磨損與磨粒磨損;鈍化且涂層鉆頭壽命為無鈍化涂層的150倍,主要失效形式為磨粒磨損。鈍化且涂層鉆頭刃口在加工過程中的存在:"涂層破損—基體磨損—新刃口形成—刃口崩刃—刃口再形成"的變化趨勢。
