用同轴送粉的方式在42CrMo钢板表面激光熔覆Fe-WC合金粉末通过扫描电镜、光学显镜、能谱仪观察分析熔覆层的显组织特征、WC陶瓷颗粒对熔覆层组织性能的影响、WC陶瓷颗粒分布特征及WC周围块状共晶物的组成成分;用显硬度计、摩擦磨损试验仪、高精度电子天平测量基体与熔覆层的性能及质量损失分析了引起性能曲线变化的原因。结果表明熔覆层底部到顶部的组织变化为平面晶、晶界明显的胞状晶、交错生长的柱状树枝晶、排列紧密的胞状晶、方向均一的柱状树枝晶; WC陶瓷颗粒具有细化枝晶、阻断枝晶生长增强熔覆层性能的能力; WC陶瓷颗粒在熔覆层中聚集分布形成较宽的陶瓷带; WC陶瓷颗粒周围的块状共晶物是由WC部分分解得到的其组成元素包括C、W、Fe、P、Cr。熔覆层平均硬度达到850 HV0.3是基体平均硬度的3.4倍。摩擦因数为0.275左右比基体小0.525。基体的质量损失是熔覆层的11倍多。说明Fe-WC合金熔覆层能够有效提升基体的硬度及其抗磨损能力。
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3种42CrMo钢淬透性的差异并通过OM、SEM等手段观察晶粒形貌以及不同部位淬火后显组织利用三维原子探针（3DAP）分析元素分布通过常规力学性能实验检测其常温拉伸和低温冲击性能。结果表明AlTi、Al-B的添加均使42CrMo钢淬透性提高Al-B钢增加淬透性作用更大淬火后距淬火端25 mm处的硬度增加6 HRC直径42、48和56 mm截面的心部硬度分别增加7、10和14 HRC并且使钢的抗拉强度Rm≥1200 MPa-40℃下冲击吸收功KV2≥27 J力学性能满足低温环境下螺栓用钢的使用要求。42crmo钢板通过化学相分析实验和TTT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
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。
针对模铸锻材42crmo钢板表面出现裂纹缺陷通过对锻材表面裂纹进行试验分析结果表明裂纹表面有平面等轴晶粒的多边形轮廓形态具有锻造开裂后又发生高温再结晶的形貌特征进而推断出锻材上的裂纹形成于高温锻造变形过程中。
在42CrMo钢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钢板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。
为研究42Cr Mo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42crmog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。
连接柴油机凸轮轴与正时齿轮的42CrMo钢板螺栓在试机过程中断裂。对断裂螺栓进行了宏观检验、化学成分分析、硬度测定、金相检验和能谱分析。结果表明:螺栓的化学成分、显组织和硬度均正常但氧化物夹杂的含量较高且 直径达350μm大大降低了螺栓的有效承载面积导致其断裂。
为调控离子渗氮渗层特性获得少脆性化合物层、厚韧性扩散层的渗氮层提高离子渗氮渗层抗冲击性和重载下的耐磨性对42CrMo钢板进行了添加量钛的创新离子渗氮处理。利用光学显镜、SEM、XRD和显硬度计对渗层的截面显组织、表面形貌和成分、物相和截面硬度进行了测试和分析。结果表明:添加量钛离子渗氮可显著改善渗层特性获得少化合物层的高硬高韧渗氮层同时显著提高离子渗氮效率。
在540℃×4h工艺条件下添加量钛可使离子渗氮有效硬化层厚度显著增加由常规离子渗氮的225μm增加到380μm即渗氮效率提高近70%;有效硬化层厚度提高的情况下化合物层厚度反而减薄由常规离子渗氮的19μm降低到10μm即化合物层厚度降低了约50%;渗层中化合物层与有效硬化层之比值由常规离子渗氮的8.5%降低到2.6%。同时添加量钛离子渗氮渗层中形成了高硬度强化相Ti N使渗层表面硬度由703HV0.05提高至895HV0.05。42crmo钢板添加量钛离子渗氮获得了薄化合物层、高硬高韧、厚有效硬化层的优良渗氮层特性该渗层特性对改善离子渗氮零部件抗冲击性和重载下的耐磨性具有重要研究和应用价值。
