通过显组织观察和力学性能检测分析了42CrMo钢在不同回火温度下观组织形貌和力学性能的变化。通过三维原子探针（3DAP）技术分析500℃回火温度下42CrMo钢中元素分布情况研究了Cr、Mn、Mo等合金元素对钢性能的影响。结果表明42CrMo钢水淬后在450℃回火时显组织为回火屈氏体在500～650℃区间回火时显组织均为回火索氏体随着回火温度的增加颗粒状碳化物增多;抗拉强度和规定塑性延伸强度降低-40℃低温冲击性能升高。在500℃回火可达到12.9级螺栓力学指标（Rm≥1200 MPaKV2≥27 J）力学性能 且满足低温环境下螺栓用钢的使用要求。3DAP结果表明钢中的合金元素通过固溶强化和沉淀强化提高了钢的性能。
针对42CrMo钢板合结钢轧材超声波探伤合格率低的问题利用扫描电镜等设备对探伤不合样品进行分析发现探伤不合样品中有直径为100μm左右的球形夹杂物或者尺寸为1 000μm左右的长条形夹杂物。通过钢液内生夹杂和生产过程接触的原辅料的分析比对认为大尺寸夹杂物主要由于外来夹杂进入钢液中最终造成轧材探伤合格率低。通过增加硅钙线用量、钢包浇铸后期不下渣、浸入式水口侵蚀速率小于1.5 mm/h、结晶器液位波动不大于±3 mm和恒定拉速浇铸等控制方式减少了钢中外来大尺寸夹杂提高了钢液洁净度使探伤合格率提高到97.5%以上。
刃口钝化及涂层工艺是提升刀具切削性能及加工质量的重要刀具后处理方法。42crmo钢板本文对钝化未涂层、钝化且涂层以及无钝化涂层的硬质合金钻头钻削42CrMo钢的钻削性能进行对比研究并分析了钝化且涂层钻头刃口的K因子及平均圆度随加工孔数变化情况。结果表明:刀具钝化与涂层后处理工艺对刀具寿命及其失效形式有决定性影响。在实验参数下未后处理钻头加工孔数仅10孔就发生崩刃失效;钝化未涂层钻头的寿命是钝化涂层钻头的10倍主要失效形式为粘结磨损与磨粒磨损;钝化且涂层钻头寿命为无钝化涂层的150倍主要失效形式为磨粒磨损。钝化且涂层钻头刃口在加工过程中的存在:"涂层破损—基体磨损—新刃口形成—刃口崩刃—刃口再形成"的变化趋势。
42CrMo钢板齿圈毛坯的淬火通常采用油淬或聚合物水溶液淬火来避免淬火的开裂但油淬或聚合物水溶液淬火导致严重的环境污染。改用水淬不仅可满足绿色环保的要求而且可降低成本但极易产生开裂。针对上述问题本研究基于温度场、组织场和应力场的有限元模拟获得优化的水-空交替控时淬火冷却（ATQ）工艺成功应用于大直径（ф1970 mm）的42CrMo钢齿圈毛坯的淬火冷却。结果表明:采用ATQ工艺处理42CrMo钢齿圈毛坯不仅回火后的力学性能高于性能指标要求而且有效避免了淬火开裂。
对42CrMo钢板轧制工艺参数进行了的优化研究了不同加热、轧制温度的42CrMo钢棒材组织及布氏硬度变化规律。结果表明通过控制加热、均热段温度和终轧温度可有效控制热轧态42CrMo钢棒材组织及布氏硬度;42CrMo钢棒材开裂原因主要是轧制后产生大量的贝氏体组织且沿棒材横断面分布不均匀由边部到心部的贝氏体含量减小布氏硬度则由大变小。热轧钢布氏硬度≤260HBW时可避免在棒材剪切下料过程开裂、掉块现象。
利用高压水射流喷丸技术（WSP）和真空脉冲等离子氮化技术研究了水射流喷丸预处理对42CrMo钢等离子氮化后的滚动接触疲劳性能的影响。采用OM、SEM、TEM、XRD应力测定仪、表面粗糙度仪、显硬度仪对等离子氮化和复合处理后试样的渗层显组织、结构以及表面完整性进行了表征并对疲劳断口形貌进行了分析。42crmo钢板结果表明:经过WSP预处理后42CrMo钢获得了更好的氮化效果疲劳性能得到大幅提升。原因是经WSP预处理后试样表面细小弥散的氮化物和表层晶粒的细化有利于抑制表面裂纹的萌生与扩展改变了疲劳裂纹的萌生机制次表层硬度的提高以及更深的残余压应力影响层推迟了次表层裂纹的萌生更高的次表层残余压应力抑制了次表层二次裂纹的萌生以及主裂纹的扩展延长了42CrMo钢渗氮后的接触疲劳寿命使得失效机理更接近于赫兹理论。
本试验在一定切削条件下对42CrMo钢板进行干切削研究刀具累计加工1 035 s过程中前后刀面的磨损形貌。试验结果表明:累计加工时间T从0增加到1 035 s的过程中刀具前刀面参与切削的区域亮度增加磨损区域增大;当加工时间T为1 035 s时刀具前刀面磨损明显出现颜色较深面磨损区域、亮度较高的部分刀具涂层材料磨损区域、磨粒磨损明显的磨损区域。加工时间T从0增加到435 s的过程中刀具后刀面出现明显的磨损带涂层材料磨损带逐渐增大。加工时间T从435 s增加到1 035 s的过程中磨损带缓慢增大出现基体磨损现象随着磨损时间延长基体磨损逐渐增大。当加工时间T从48 s增加到1 035 s已加工表面粗糙度Ra由3.46μm逐渐增大到3.91μm。
在42CrMo钢板常规处理的基础上增加了冷处理研究浅冷处理和深冷处理对42CrMo钢硬度和耐磨性的影响。结果表明经浅冷处理和深冷处理后42CrMo钢中残留奥氏体向马氏体发生转变且碳化物析出增多致使钢的硬度和耐磨性均有提升且深冷处理后硬度和耐磨性提升幅度高于浅冷处理。
利用JMat-Pro软件模拟了42CrMo钢的连续冷却转变曲线并采用DIL805L相变42crmo钢板淬火膨胀仪实测了钢的各相变点对不同冷却速度下的组织转变和贝氏体含量进行了分析并绘制其CCT曲线。结果表明:42CrMo钢Ac1=743℃Ac3=792℃。冷速小于0.5℃/s时组织为先共析铁素体与珠光体混合组织;冷速0.5～10℃/s之间存在一定量的贝氏体随冷速加快贝氏体量先增后降马氏体含量逐渐增多使得硬度呈现较大增幅。冷速大于10℃/s组织为基体马氏体+少量贝氏体的混合组织。
对磨煤机减速机齿轮进行失效分析结果表明:齿轮齿根弯曲疲劳强度不足轮齿断裂属于多次累积损伤产生的疲劳断裂42crmo钢板而且齿轮内部不仅存在魏氏体组织还存在较大的偏析区因而在材料内部产生较大的组织应力该组织应力与工作应力叠加容易诱发裂纹的形成及扩展.分析结果还发现齿轮表面并没有经过表面热处理表面硬度未达到设计要求.
利用激光熔覆技术在42CrMo钢板表面制备了Stellite-6钴基涂层然后在不同的温度下对涂层进行热处理探究了热处理温度对涂层显组织、硬度、耐蚀性和摩擦学性能的影响。结果表明:热处理能有效减小涂层内部的残余应力消除裂纹、孔洞等缺陷;在900℃下进行热处理后FCC结构的钴演变为HCP结构的钴亚稳态M7C3型碳化物演变为稳态M23C6型碳化物;经过900℃×1 h的热处理后涂层的近表面硬度是未热处理涂层的1.5倍
约为1300 HV;未热处理涂层的摩擦因数为0.42磨损机理主要表现为塑性变形、犁沟及脆性剥落;热处理后涂层的摩擦因数降至0.29磨损机理主要为磨粒磨损和黏着磨损;热处理后生成的稳态M23C6型碳化物具有强化合金、提升涂层力学性能的作用;未热处理涂层与热处理涂层的自腐蚀电流密度均约为3.3×10-3 A·cm-2自腐蚀电位均在-0.29 V左右单个容抗弧特征近乎重合。热处理过程中发生的再结晶和晶粒尺寸变化、马氏体相变对钴基涂层耐蚀性的影响不大。
制造水平的不断提升对复杂精密的机械装备、零件的品质要求也越来越高而塑性加工技术和热处理技术作为材料成型及改善材料性能的关键手段在制造加工工业中发挥着关键性作用。42crmo钢板材料处理过程中材料的最终性能受多方面因素的影响如塑性加工过程中的加载速度、几何形状、摩擦与接触条件热处理过程中的温度分布、组织分布和应力分布等如果仅通过试验来摸索设计工艺参数费时费力无法满足实际生产需求。现阶段可以通过计算机进行塑性加工和热处理过程的数值模拟辅助工艺设计和工艺优化缩短研发周期提高产品质量降低成本。因此研究如何提高数值模拟的准确性具有十分重要的意义。
