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,并考察了表面調整和磷化液溫度對磷化膜耐腐蝕性能的影響。
結果表明,表面調整后形成的磷化膜結晶細致均勻,晶粒大小較均一,較未表面調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元素質量分數先升高后降低,Fe元素質量分數先降低后升高,而P和O元素質量分數變化不大;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鋼板經過調質處理（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格螺栓等零部件的常用材料。由于此類零部件應用環境的影響,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鋼淬透性的影響規律。
具體研究內容如下: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,通過常規力學性能檢測其常溫拉伸和低溫沖擊性能,
眾鑫42crmo冷軋耐磨錳鋼板圓鋼金屬材料有限公司位于經濟技術開發區大東鋼管城，公司是集產品研發、生產制造、銷售為一體的高新技術企業，從事生產 甘肅16錳鋼板。
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對42CrMo鋼板首先鍛造后淬火,再分別進行常規熱處理、淺冷處理和深冷處理,之后進行中溫回火,然后測試試樣的硬度和沖擊韌性,并采用掃描電子顯鏡觀察沖擊試樣的斷口形貌和試樣的觀組織,探索淺冷處理和深冷處理對42CrMo硬度和沖擊韌性及觀組織的影響。結果表明,相比于常規熱處理,42CrMo經淺冷處理和深冷處理后硬度略下降,沖擊韌性有所,并且試樣經深冷處理后的沖擊韌性程度高于淺冷處理的沖擊韌性。沖擊試樣斷口呈準解理斷裂,屬于脆性斷裂。觀組織分析表明,淺冷處理和深冷處理均能促進試樣組織中細小碳化物彌散分布析出。
利用光學顯鏡、掃描電鏡和電子探針對熱處理后開裂的42CrMo鋼板制大型風電主軸進行觀組織形貌及區成分分析。結果表明,主軸裂紋附近存在大量的硫化物及氮化物夾雜,且夾雜物與基體存在明顯的間隙面,易以界面脫粘開裂機制產生裂紋,同時夾雜處的區成分偏析及裂紋附近的縮松缺陷共同作用終導致主軸開裂。
用光學顯鏡、42crmo鋼板掃描電鏡、透射電鏡和顯硬度研究了回火溫度和時間對42CrMo鋼顯組織和硬度的影響,并推導獲得了回火后屈服強度的計算模型。結果表明:隨著回火溫度的升高和時間的延長,馬氏體的板條界面逐漸模糊或消失,板條寬度增加,位錯密度顯著減少,析出相由針狀的過渡性碳化物逐漸向球形的穩定滲碳體轉變,顯組織從回火馬氏體演變為碳化物彌散分布的回火屈氏體（400℃）和索氏體（600℃）,同時硬度不斷降低,且在前2 h回火內降低顯著,而后趨于穩定。由于擴散控制的回火組織演變類同于單一相變過程,基于JMAK方程建立的強度計算模型,可以較好地預測42CrMo鋼在200～600℃回火時的屈服強度變化。
刃口鈍化及涂層工藝是刀具切削性能及加工質量的重要刀具后處理方法。本文對鈍化未涂層、鈍化且涂層以及無鈍化涂層的硬質合金鉆頭鉆削42CrMo鋼板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變化情況。結果表明: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。在實驗參數下,未后處理鉆頭加工孔數僅10孔就發生崩刃失效;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。
利用摩擦磨損試驗探究不同激光功率下42CrMo鋼板激光熔覆層的耐磨性,采用SEM和OM觀察了試樣摩擦磨損前后的熔覆層組織形貌。結果表明:42CrMo鋼基體的摩擦因數較大,且在該摩擦磨損后出現了嚴重的脆性剝落現象,激光熔覆層可以42CrMo鋼的耐磨損性能;當激光功率為1600 W時,摩擦因數可降低至0.28,熔覆層表面SEM形貌較為光滑,耐磨性優異,熔覆層組織中的晶粒細化均勻,主要表現為細小的等軸晶,組織較為致密,從而提高了熔覆層的耐磨損性能。
在42CrMo鋼的基礎成分上增加Al、Ti元素,通過末端淬火試驗和截面硬度試驗對比分析Al對42CrMo鋼淬透性的影響差異,通過常規力學性能檢測對比其與42CrMo鋼的力學性能差異。42crmo鋼板結果表明Al、Ti元素添加可進一步提高淬透性,并且使鋼的強度達到1200 MPa級,-40℃下KV2≥27 J,滿足低溫環境下螺栓用鋼的使用要求。采用化學相分析方法,對鋼中析出相進行了定性、定量分析,結果表明Ti在鋼中添加發揮明顯固氮作用,提高了Al元素的固溶量,利用熱膨脹法對比測定試驗鋼的等溫轉變曲線,證明了增加Al含量,降低了奧氏體臨界轉變溫度,使C曲線右移,明顯改善了鋼的淬透性。
基于深冷處理提供的溫度場和永磁體提供的勻強磁場,對42CrMo鋼板合金鋼進行磁場深冷處理,并與常規工藝和深冷處理工藝進行了對比分析。結果表明:磁冷工藝在深冷處理工藝的基礎上進一步提高了42CrMo鋼的耐磨性,磁冷工藝處理材料的耐磨性較常規工藝和深冷工藝分別提高約26. 7%和22. 2%。
這是由于深冷處理使得殘留奧氏體進一步轉化為馬氏體;深冷處理也使得過飽和馬氏體析出大量碳生成碳化物;深冷處理中磁場的存在對α-Fe晶格的作用使過飽和馬氏體析出碳的方向得到優化,回火屈氏體在磁場方向致密聚集,耐磨性提高。 基于有限元計算分析了直徑為Φ40 mm的42CrMo鋼圓棒試樣分別使用淬火油和PAG水基液淬火后試樣不同位置的組織、硬度以及淬火過程中的溫度變化,采用硬度檢測和顯組織分析對模擬結果進行了驗證。42crmo鋼板結果表明,當使用淬火油淬火時,試樣表面由奧氏體向馬氏體和貝氏體轉變,心部由奧氏體向貝氏體轉變;當使用PAG水基液淬火時,試樣表層幾乎轉變成馬氏體,心部轉變成馬氏體和貝氏體;試樣經淬火油和PAG水基液淬火后,表面硬度分別為58和55 HRC,均由表面至心部硬度逐漸降低,但使用PAG水基液淬火后試樣的心部硬度比用淬火油的高5 HRC,約為50 HRC。
目的提高42CrMo鋼板激光淬火后硬化層的深度和分布均勻性。方法利用COMSOL Multiphysics軟件對42CrMo鋼激光淬火過程中溫度場的演變進行分析,且考慮材料的熱物性參數隨溫度變化。通過設定激光工藝參數模擬試樣的溫度場分布,利用馬氏體轉變條件得到硬化層形貌尺寸。參照模擬結果,利用連續輸出的光纖耦合半導體激光器對42CrMo鋼進行激光淬火實驗,用熱電偶測溫儀對試樣測溫并與模擬的溫度歷史曲線進行對比,用光學顯鏡對試樣橫截面處硬化層形貌進行分析,將實驗所得硬化層形貌與模擬結果進行比較。并在相同的功率密度下,改變光斑的幾何尺寸進行模擬,分析并比較硬化層的幾何特征。結果實驗所測某點的溫度歷史曲線與模擬結果一致性較高,硬化層實際形貌與模擬結果基本吻合。