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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。
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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。結果表明:螺栓光桿和法蘭盤轉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接圓角處的應力集中是導致螺栓斷裂的誘發因素。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,避免類似事件的發生。
利用ABAQUS有限元分析軟件及二次開發對42CrMo鋼板船用曲拐加熱和淬火過程進行數值模擬。結果表明:工件分段加熱過程中,表面與心部的 溫差出現在第二個保溫階段,達到88.6℃;第二階段保溫結束時,工件內外基本無溫差,珠光體完全轉變為奧氏體。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、物相、化學成分和顯硬度,并對其磨損性能進行了分析。結果表明,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。
