通过激光冲击强化对42CrMo钢板中碳合金钢进行了表面强化处理。采用显组织观察、硬度测试、摩擦磨损实验研究了不同脉冲能量的激光冲击强化处理对42CrMo钢组织和性能的影响。结果表明:未经激光冲击强化的42CrMo钢组织中铁素体均匀连续珠光体片层间铁素体较为明显。随着激光冲击强化输出能量的增加组织中铁素体越来越分散珠光体片层组织越来越不明显激光冲击强化后42CrMo钢中有大量位错、亚晶出现。在32～36 J的脉冲能量范围内激光冲击强化的该钢的表面硬度和耐磨性显著提高并在表面形成了厚度0.75 mm的硬化层。激光冲击强化冲击能量越高42CrMo钢硬度越高耐磨性越好。
目的探究二次喷丸工艺参数对42CrMo钢零件表面完整性的影响规律。方法建立三维随机喷丸有限元模型并通过实验验证有限元模型预测残余应力的准确性。将一次喷丸后零件的表面形貌和应力应变结果作为初始状态导入到二次喷丸模型中构建出二次喷丸预测模型。分析二次喷丸参数对42CrMo钢零件表面残余应力场、表面粗糙度以及等效塑性形变场的影响情况。
结果二次喷丸后42CrMo钢板零件近表层（0～100μm）的残余压应力值均比初始状态有所增加。增加二次喷丸覆盖率对表面残余应力的提升作用最为明显 可比初始状态提高63.3%而增加二次喷丸直径对残余应力的改善效果42crmo钢板不明显。过度增加二次喷丸速度会导致表面粗糙度明显增加提高二次喷丸覆盖率可显著降低表面粗糙度覆盖率为300%时粗糙度比初始状态减小了14.4%。表层PEEQ值随着二次喷丸速度、弹丸直径和覆盖率的增加而增加但当二次喷丸速度、弹丸直径和覆盖率增加到一定程度后表层PEEQ值会趋于饱和。
42crmo钢板先进高强度钢凭借其优异的力学性能、良好的成型性能以及较低的制造成本在汽车制造、军工以及航天等领域有着十分广阔的应用前景。纵观 代到第三代先进高强钢的发展历程以“复相、多尺度”为基础的调控理论研制具有“亚稳相、超细晶基体”等特点的超级钢逐渐受到青睐。现今在轻量化和智能制造等一些列工业背景下如何更快速高效且低能耗地开发更轻质、高性能的钢材也成为了材料加工领域的研究热点。
高能瞬时电脉冲处理自电致塑性效应被发现以来就备受材料研究人员的关注。42crmo钢板近些年来伴随着对非平衡固态相变机理、多物理场作用下观结构的演变规律以及相应伴生现象的深入研究电致强化这一概念也逐渐受到重视电脉冲处理在钢铁材料的强韧化等方面也实现了一定程度的工程化应用。此外基于电子风冲击、电迁移效应对快速相变以及再结晶的影响采用脉冲电流对钢材进行细化及强韧化处理完全符合第三代先进高强钢的开发宗旨和组织性能要求特点。但以往的工作多集中在对电脉冲处理诱发的组织细化以及强塑性同时提升等方面的浅层研究而缺乏对位错组态、界面迁移、晶体取向以及析出行为等方向的实质性深入探索。因此研究脉冲电流作用下钢材的亚结构演化及强韧化机理对进一步丰富和完善钢的非平衡相变理论以及开发新型的强韧化工艺有着重要的实际意义。
本文采用高能瞬时电脉冲处理对两种强化类型完全不同的钢材（42CrMo钢板及T250钢）进行了增强、增韧处理。同时结合相应的传统热处理规律性地研究了脉冲电流对不同钢材显组织及亚结构的影响、定量地分析了脉冲电流作用下钢材的强韧化机理、归纳概括了不同处理方式对钢材具体作用机制的差异。
针对石油平台35CrMo钢大齿轮、42CrMo钢板小齿轮的齿面缺陷修复任务对齿轮材质、零件现状开展了工艺修复研究。通过对CO2气体保护焊、氩弧焊、光纤激光焊三种焊接工艺进行分析比较发现光纤激光焊修复齿轮缺陷优势明显。经过齿轮实际修复后的检测与试验取得了比较好的效果。
通过显组织观察和力学性能检测分析了42CrMo钢板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。42crmo钢板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。
42CrMo钢板含有Cr、Mo等多种合金化元素具有优良的综合力学性能既具有较高的强度又具有较好的塑性在锻件特别是大型锻件领域有广泛的应用。本文采用计算机模拟与实验相结合的方法构建了 42CrMo钢较准确的本构模型和材料性能数据库并开展了材料变形和热处理淬火过程的计算机模拟和实验模拟结果与实验结果吻合较好。
通过热压缩实验测定了 42CrMo钢板在不同温度和应变速率下的应力-应变数据构建了改进的Johnson-Cook本构模型和应变补偿的Arrhenius本构模型得到了较大应变范围内较准确的42CrMo钢的本构方程。拟合了手册中标准的42CrMo钢的TTT曲线获得了较准确的TTT曲线数据。此外还构建了包含热导率、比热容、杨氏模量、泊松比、相变潜热、膨胀系数等较完善、准确的42CrMo钢数据库。以构建的数据库为基础通过DEFORM软件模拟了 42CrMo钢在变形温度为1123 K、应变速率为0.01 s-1条件下的热压缩过程将模拟结果中压缩后试样的尺寸数据、Top Die载荷-行程曲线以及计算得出的应力-应变曲线分别与相同实验条件下实测结果进行对比。结果显示载荷-行程曲线和应力-应变曲线在数值大小和变化趋势上与实验结果吻合较好表明选用的应变补偿的Arrhenius本构模型能够比较准确地描述42crmo钢板的变形行为。
通过DEFORM软件模拟了 42CrMo钢板在1123 K时的末端淬火过程结果显示试样末端与水的换热程度剧烈温度迅速下降形成大量马氏体组织随着远离淬火末端马氏体含量逐渐降低硬度也随之降低。同时进行了同条件的末端淬火实验对淬火后试样的轴向硬度分布进行了测量并观察不同位置组织组成实验结果与模拟结果基本一致这表明文中构建的42CrMo钢数值模拟数据库较为准确。可以在此基础上进行不同几何形状、不同变形条件、不同热处理过程的数值模拟为实际生产过程的模拟与优化打下了良好的基础。
