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。
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。
42CrMo钢板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、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。
为了提高刀具用42CrMo钢的耐磨性能采用电弧离子镀技术在其表面沉积制备TiAlSiN涂层并测试分析了励磁电压对其组织结构及摩擦学性能的影响。研究结果表明:提高电压后涂层表面粗糙度也随之增大制得厚度更大的TiAlSiN涂层从最初的2.16μm持续增大到4.85μm表面粗糙度增大。随电压升高涂层沿垂直基体表面的方向生长获得了更明显的柱状晶空隙数量也进一步增加降低了涂层的组织致密度。随着电压的上升等离子体离化率也明显提升制备得到了硬度更高的涂层涂层的厚度也明显增大。42crmo钢板电压增加过程中TiAlSiN涂层的摩擦系数和磨损率表现出先下降再升高的变化规律当电压达到30 V电压时获得了 磨损率。涂层存在磨粒磨损现象可以观察到部分涂层发生了剥落。30 V电压时涂层表面变得更加平整形成了更加致密的组织耐磨性显著提高。
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。
