为了提高汽车传动件常用材料42CrMo钢板的耐腐蚀性能对42CrMo钢进行锰系磷化处理并考察了表面调整和磷化液温度对磷化膜耐腐蚀性能的影响。
结果表明表面调整后形成的磷化膜结晶细致均匀晶粒大小较均一较未表面调整直接形成的磷化膜的耐腐蚀性能有一定的提高;磷化液温度对磷化膜的观形貌、成分和耐腐蚀性能有较大影响随着磷化液温度从78℃升高到94℃晶粒先细化后粗化磷化膜致密性先变好后变差;磷化膜中Mn元素质量分数先升高后降低Fe元素质量分数先降低后升高而P和O元素质量分数变化不大;磷化膜的腐蚀电位先正移后负移腐蚀电流密度先降低后升高;表面调整后在86℃下形成的磷化膜具有良好的耐腐蚀性能其腐蚀电位和腐蚀电流密度分别为-527.46 mV、1.997×10-5A/cm2对42CrMo钢的保护效率为73.2%能有效提高42CrMo钢板的耐腐蚀性能。
42CrMo钢板经过调质处理（淬火+回火）可以获得良好的强度和韧性因此被作为制造大规格螺栓等零部件的常用材料。由于此类零部件应用环境的影响对于其制造材料不仅要求具备良好的强度、韧性、延展性等综合性能还要求高的低温冲击性能特别是大规格的螺栓（42mm≤Φ≤64mm）其截面尺寸的增加导致淬火后材料心部除马氏体组织产生外作为不完全淬火组织的贝氏体组织比例增加难以实现截面性能的均匀性和保证心部的低温冲击性能。因此为保证大规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马氏体组织达到90%以上。虽然通过控制生产工艺可以改善材料的淬透性但是影响材料淬透性的根本原因是材料的化学成分。本文针对大规格螺栓钢淬透性问题在42CrMo钢基础成分上配合添加元素Al、B、Ti同时控制钢的N含量研究了Al添加对42CrMo钢淬透性和淬火组织以及性能的影响并与含B钢进行对比揭示Al对不同尺寸42CrMo钢淬透性的影响规律。
具体研究内容如下:在42crmo钢板基础成分中配合添加Al-Ti和Al-B元素通过末端淬火实验和截面硬度实验对比分析设计钢与42CrMo钢淬透性的差异并通过金相显镜OM、扫描电镜SEM观察不同部位淬火后组织形貌以及回火后观组织和断口形貌通过常规力学性能检测其常温拉伸和低温冲击性能
为研究42CrMo钢板的冲击动态力学性能及本构模型进行了冲击动态压缩实验和金相观察.材料表现出强烈的应变率依赖性同时还得到不同应变率下力学性能差异的主要原因在于冲击动态载荷下的绝热剪切行为.采用热激活理论分别考虑热应力和非热应力来解释变形机理得到了应变率效应的描述.基于此本文提出含高应变率效应的动态本构模型通过绝热剪切准则来确定失稳的起始点并与模型进行耦合.该模型能很好地描述42Cr Mo钢的准静态和冲击动态力学行为特别是应变硬化效应和应变率效应.
42CrMo钢因具有良好的淬透性、强度以及韧性被广泛应用于拉矫辊制造中但是这种材料的耐蚀性、耐磨损性及耐疲劳性还不够理想限制了拉矫辊连续工作能力。为进一步提高拉矫辊基材强度和耐磨损性能利用激光熔凝技术对调质后42CrMo钢进行了激光强化工艺研究。采用光学显镜、金相显镜、显硬度计、摩擦磨损试验机等仪器对42CrMo钢激光熔凝后的显组织、42crmo钢板相结构、强度及摩擦磨损性能进行了分析研究了激光功率、扫描速度对熔凝层性能的影响规律。结果表明:工艺参数对熔凝区力学性能影响较大激光功率显著影响熔凝层的深度扫描速度影响表面成形质量;调质后42CrMo钢板基体组织主要为回火马氏体+残余奥氏体经过激光熔凝后基体组织发生转变马氏体含量显著提高。
采用硬度测试、显组织观察、脆性等级和疏松等级评价等方法研究了渗氮温度对42CrMo钢板零件渗氮后氧化渗层性能的影响。结果表明:在渗氮后氧化处理过程中渗层的表面硬度随着渗氮温度的升高出现先增后降的趋势;渗层深度和疏松等级随渗氮温度的升高而增加但脆性等级变化不大。当渗氮温度为560℃时42CrMo钢零件可获得表面硬度≥600 HV、渗层（白亮层）深度≥15μm、1级脆性等级、2级疏松等级的优秀渗层。
42CrMo属于中碳低合金结构钢经调质处理后具有较高的疲劳极限、良好的低温冲击韧性多用于制造断面尺寸较大的重要零件如汽车部件、高铁支座、连杆、齿轮转动件等部件高铁转动件受使用环境的影响对材料的低温冲击性能提出高的要求。资料显示钢锭中元素偏析在锻造过程中拉长沿轧制方向形成纤维组织。在随后淬火冷却过
利用扫描电镜、电子背散射衍射技术等手段研究了42CrMo钢板折弯模具的激光表面淬火特性。研究结果表明激光扫描速度、功率、工件厚度等对淬硬层深度及硬度有显著影响。在激光功率2200 W、扫描速度1800 mm/min、光斑2 mm、辅助水冷、一道次扫描条件下折弯模具刀刃硬度和淬硬层厚度分别达到734 HV0.2和1.05 mm且刀刃两侧的硬度分布均匀。42crmo钢板激光淬硬层组织为细小的马氏体尤其靠近基体处。
经过调质处理的42CrMo钢花键轴在使用过程中断裂。对断裂的花键轴进行了宏观断口分析、化学成分检测、硬度试验和金相检验。结果表明:花键轴的化学成分符合要求近表面与内侧的硬度差较大特别是存在严重的带状偏析和铁素体、贝氏体等异常组织。据此断定花键轴在使用中断裂主要是偏析及不良组织引起的。根据花键轴断裂的原因提出了改进建议。
利用金相显观察及力学性能分析研究调质处理、正火+调质热处理对42CrMo曲轴钢组织与性能的影响。42crmo热轧钢板结果表明经过860℃淬火+580℃回火处理后曲轴钢基体组织为回火索氏体但轴颈心部区域白色铁素体数量较多且晶粒粗大、分布不均。其力学性能为抗拉强度997～1 211 MPa屈服强度990～1 204 MPa伸长率11%～13%断面收缩率40%～48%冲击功72～90 J。而在调质热处理前增加一次（880℃空冷）正火预处理后42CrMo曲轴钢的显组织更趋均匀化其力学性能为抗拉强度1 100～1 220 MPa屈服强度1 107～1 188 MPa伸长率13%～15%断面收缩率50%～56%冲击功83-91 J。因此880℃空冷正火预处理+860℃淬火与580℃高温回火是42CrMo曲轴钢优化的热处理工艺。
利用三维原子探针（3DAP）分析元素分布。结果表明Al-Ti、Al-B的添加均使42CrMo钢板淬透性提高Al-B配合添加的42CrMo钢淬透性 直接淬火后截面心部马氏体组织大于90%;并且使钢的抗拉强度Rm≥1200MPa-40℃下冲击吸收功KV2≥27J力学性能满足低温环境下12.9级螺栓用钢的使用要求。
通过化学相分析实验和CCT曲线测定表明Al-Ti配合添加Ti发挥固氮作用形成TiN使Al固溶于铁素体中抑制贝氏体产生;Al-B配合添加当Al的添加含量较高使得相同温度下AlN优先BN析出这一部分Al发挥固氮作用另外一部分Al与B共同固溶于钢中抑制珠光体和铁素体的转变增加实验钢在较低的冷速下获得马氏体的能力提高钢的淬透性。通过3DAP实验分析钢中各元素的分布情况其中Al元素在钢中弥散分布抑制C的扩散从而抑制贝氏体的形成提高钢的淬透性。
采用电弧离子镀技术在刀具42CrMo钢板表面沉积制备TiAlSiN涂层实验测试分析励磁电压对其的组织结构及其摩擦性能的影响。研究结果表明不同电压制备的TiAlSiN涂层表面形成了大量孔洞。随着电压升高后涂层的粗糙度和厚度明显增加。所有层都形成了紧密结合状态未产生明显缝隙结构涂层都形成了具有柱状结构。当电压上升后产生了更多的空隙导致涂层致密度发生减小。逐渐提高电压后获得了具备更高显硬度的涂层达到了比合金钢基体更高的硬度。随着电压升高涂层的摩擦系数和磨损率先降低再升高到达30 V电压时达到了最小的磨损率。涂层主要发生了42crmo钢板磨粒磨损的情况。30 V电压时形成了更加平整的涂层表面涂层的组织结构也变得更加致密显著提高了耐磨性。
