通過(guò)激光沖擊強(qiáng)化對(duì)42CrMo鋼板中碳合金鋼進(jìn)行了表面強(qiáng)化處理。采用顯組織觀(guān)察、硬度測(cè)試、摩擦磨損實(shí)驗(yàn)研究了不同脈沖能量的激光沖擊強(qiáng)化處理對(duì)42CrMo鋼組織和性能的影響。結(jié)果表明:未經(jīng)激光沖擊強(qiáng)化的42CrMo鋼組織中鐵素體均勻連續(xù),珠光體片層間鐵素體較為明顯。隨著激光沖擊強(qiáng)化輸出能量的增加,組織中鐵素體越來(lái)越分散,珠光體片層組織越來(lái)越不明顯,激光沖擊強(qiáng)化后42CrMo鋼中有大量位錯(cuò)、亞晶出現(xiàn)。在32～36 J的脈沖能量范圍內(nèi),激光沖擊強(qiáng)化的該鋼的表面硬度和耐磨性顯著提高,并在表面形成了厚度0.75 mm的硬化層。激光沖擊強(qiáng)化沖擊能量越高,42CrMo鋼硬度越高,耐磨性越好。
目的探究二次噴丸工藝參數(shù)對(duì)42CrMo鋼零件表面完整性的影響規(guī)律。方法建立三維隨機(jī)噴丸有限元模型,并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證有限元模型預(yù)測(cè)殘余應(yīng)力的準(zhǔn)確性。將一次噴丸后零件的表面形貌和應(yīng)力應(yīng)變結(jié)果作為初始狀態(tài)導(dǎo)入到二次噴丸模型中,構(gòu)建出二次噴丸預(yù)測(cè)模型。分析二次噴丸參數(shù)對(duì)42CrMo鋼零件表面殘余應(yīng)力場(chǎng)、表面粗糙度以及等效塑性形變場(chǎng)的影響情況。
結(jié)果二次噴丸后,42CrMo鋼板零件近表層（0～100μm）的殘余壓應(yīng)力值均比初始狀態(tài)有所增加。增加二次噴丸覆蓋率對(duì)表面殘余應(yīng)力的作用為明顯, 可比初始狀態(tài)提高63.3%,而增加二次噴丸直徑對(duì)殘余應(yīng)力的改善效果42crmo鋼板不明顯。過(guò)度增加二次噴丸速度會(huì)導(dǎo)致表面粗糙度明顯增加,提高二次噴丸覆蓋率可顯著降低表面粗糙度,覆蓋率為300%時(shí),粗糙度比初始狀態(tài)減小了14.4%。表層PEEQ值隨著二次噴丸速度、彈丸直徑和覆蓋率的增加而增加,但當(dāng)二次噴丸速度、彈丸直徑和覆蓋率增加到一定程度后,表層PEEQ值會(huì)趨于飽和。
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用同軸送粉的方式在42CrMo鋼板表面激光熔覆Fe-WC合金粉末,通過(guò)掃描電鏡、光學(xué)顯鏡、能譜儀觀(guān)察分析熔覆層的顯組織特征、WC陶瓷顆粒對(duì)熔覆層組織性能的影響、WC陶瓷顆粒分布特征及WC周?chē)鷫K狀共晶物的組成成分;用顯硬度計(jì)、摩擦磨損試驗(yàn)儀、高精度電子天平測(cè)量基體與熔覆層的性能及質(zhì)量損失,分析了引起性能曲線(xiàn)變化的原因。結(jié)果表明,熔覆層底部到頂部的組織變化為平面晶、晶界明顯的胞狀晶、交錯(cuò)生長(zhǎng)的柱狀樹(shù)枝晶、排列緊密的胞狀晶、方向均一的柱狀樹(shù)枝晶; WC陶瓷顆粒具有細(xì)化枝晶、阻斷枝晶生長(zhǎng),增強(qiáng)熔覆層性能的能力; WC陶瓷顆粒在熔覆層中聚集分布,形成較寬的陶瓷帶; WC陶瓷顆粒周?chē)膲K狀共晶物是由WC部分分解得到的,其組成元素包括C、W、Fe、P、Cr。熔覆層平均硬度達(dá)到850 HV0.3,是基體平均硬度的3.4倍。摩擦因數(shù)為0.275左右,比基體小0.525?；w的質(zhì)量損失是熔覆層的11倍多。說(shuō)明Fe-WC合金熔覆層能夠有效基體的硬度及其抗磨損能力。
在42CrMo鋼板基礎(chǔ)成分中配合添加Al-Ti和Al-B元素,通過(guò)末端淬火實(shí)驗(yàn)和截面硬度實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析3種42CrMo鋼淬透性的差異,并通過(guò)OM、SEM等手段觀(guān)察晶粒形貌以及不同部位淬火后顯組織,利用三維原子探針（3DAP）分析元素分布,通過(guò)常規(guī)力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)檢測(cè)其常溫拉伸和低溫沖擊性能。結(jié)果表明,AlTi、Al-B的添加均使42CrMo鋼淬透性提高,Al-B鋼增加淬透性作用更大,淬火后距淬火端25 mm處的硬度增加6 HRC,直徑42、48和56 mm截面的心部硬度分別增加7、10和14 HRC,并且使鋼的抗拉強(qiáng)度Rm≥1200 MPa,-40℃下沖擊吸收功KV2≥27 J,力學(xué)性能滿(mǎn)足低溫環(huán)境下螺栓用鋼的使用要求。42crmo鋼板通過(guò)化學(xué)相分析實(shí)驗(yàn)和TTT曲線(xiàn)測(cè)定,表明Al-Ti配合添加,Ti發(fā)揮固氮作用形成TiN,使Al固溶于鐵素體中,抑制貝氏體產(chǎn)生;Al-B配合添加,一部分Al發(fā)揮固氮作用,另外一部分Al與B共同固溶于鋼中,
42CrMo鋼板含有Cr、Mo等多種合金化元素,具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能,既具有較高的強(qiáng)度,又具有較好的塑性,在鍛件,特別是大型鍛件領(lǐng)域,有廣泛的應(yīng)用。本文采用計(jì)算機(jī)模擬與實(shí)驗(yàn)相結(jié)合的方法,構(gòu)建了 42CrMo鋼較準(zhǔn)確的本構(gòu)模型和材料性能數(shù)據(jù)庫(kù),并開(kāi)展了材料變形和熱處理淬火過(guò)程的計(jì)算機(jī)模擬和實(shí)驗(yàn),模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好。
通過(guò)熱壓縮實(shí)驗(yàn),測(cè)定了 42CrMo鋼板在不同溫度和應(yīng)變速率下的應(yīng)力-應(yīng)變數(shù)據(jù),構(gòu)建了改進(jìn)的Johnson-Cook本構(gòu)模型和應(yīng)變補(bǔ)償?shù)腁rrhenius本構(gòu)模型,得到了較大應(yīng)變范圍內(nèi)較準(zhǔn)確的42CrMo鋼的本構(gòu)方程。擬合了手冊(cè)中標(biāo)準(zhǔn)的42CrMo鋼的TTT曲線(xiàn),獲得了較準(zhǔn)確的TTT曲線(xiàn)數(shù)據(jù)。此外還構(gòu)建了包含熱導(dǎo)率、比熱容、楊氏模量、泊松比、相變潛熱、膨脹系數(shù)等較完善、準(zhǔn)確的42CrMo鋼數(shù)據(jù)庫(kù)。以構(gòu)建的數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ),通過(guò)DEFORM軟件模擬了 42CrMo鋼在變形溫度為1123 K、應(yīng)變速率為0.01 s-1條件下的熱壓縮過(guò)程,將模擬結(jié)果中壓縮后試樣的尺寸數(shù)據(jù)、Top Die載荷-行程曲線(xiàn)以及計(jì)算得出的應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)分別與相同實(shí)驗(yàn)條件下實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果顯示,載荷-行程曲線(xiàn)和應(yīng)力-應(yīng)變曲線(xiàn)在數(shù)值大小和變化趨勢(shì)上與實(shí)驗(yàn)結(jié)果吻合較好,表明選用的應(yīng)變補(bǔ)償?shù)腁rrhenius本構(gòu)模型能夠比較準(zhǔn)確地描述42crmo鋼板的變形行為。
通過(guò)DEFORM軟件模擬了 42CrMo鋼板在1123 K時(shí)的末端淬火過(guò)程,結(jié)果顯示試樣末端與水的換熱程度劇烈,溫度迅速下降,形成大量馬氏體組織,隨著遠(yuǎn)離淬火末端,馬氏體含量逐漸降低,硬度也隨之降低。同時(shí)進(jìn)行了同條件的末端淬火實(shí)驗(yàn),對(duì)淬火后試樣的軸向硬度分布進(jìn)行了測(cè)量,并觀(guān)察不同位置組織組成,實(shí)驗(yàn)結(jié)果與模擬結(jié)果基本一致,這表明文中構(gòu)建的42CrMo鋼數(shù)值模擬數(shù)據(jù)庫(kù)較為準(zhǔn)確。可以在此基礎(chǔ)上進(jìn)行不同幾何形狀、不同變形條件、不同熱處理過(guò)程的數(shù)值模擬,為實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程的模擬與優(yōu)化打下了良好的基礎(chǔ)。
