刃口鈍化及涂層工藝是刀具切削性能及加工質量的重要刀具后處理方法。本文對鈍化未涂層、鈍化且涂層以及無鈍化涂層的硬質合金鉆頭鉆削42CrMo鋼板的鉆削性能進行對比研究,并分析了鈍化且涂層鉆頭刃口的K因子及平均圓度隨加工孔數(shù)變化情況。結果表明:刀具鈍化與涂層后處理工藝對刀具壽命及其失效形式有決定性影響。在實驗參數(shù)下,未后處理鉆頭加工孔數(shù)僅10孔就發(fā)生崩刃失效;鈍化未涂層鉆頭的壽命是鈍化涂層鉆頭的10倍,主要失效形式為粘結磨損與磨粒磨損;鈍化且涂層鉆頭壽命為無鈍化涂層的150倍,主要失效形式為磨粒磨損。鈍化且涂層鉆頭刃口在加工過程中的存在:"涂層破損—基體磨損—新刃口形成—刃口崩刃—刃口再形成"的變化趨勢。
利用摩擦磨損試驗探究不同激光功率下42CrMo鋼板激光熔覆層的耐磨性,采用SEM和OM觀察了試樣摩擦磨損前后的熔覆層組織形貌。結果表明:42CrMo鋼基體的摩擦因數(shù)較大,且在該摩擦磨損后出現(xiàn)了嚴重的脆性剝落現(xiàn)象,激光熔覆層可以42CrMo鋼的耐磨損性能;當激光功率為1600 W時,摩擦因數(shù)可降低至0.28,熔覆層表面SEM形貌較為光滑,耐磨性優(yōu)異,熔覆層組織中的晶粒細化均勻,主要表現(xiàn)為細小的等軸晶,組織較為致密,從而提高了熔覆層的耐磨損性能。
在42CrMo鋼的基礎成分上增加Al、Ti元素,通過末端淬火試驗和截面硬度試驗對比分析Al對42CrMo鋼淬透性的影響差異,通過常規(guī)力學性能檢測對比其與42CrMo鋼的力學性能差異。42crmo鋼板結果表明Al、Ti元素添加可進一步提高淬透性,并且使鋼的強度達到1200 MPa級,-40℃下KV2≥27 J,滿足低溫環(huán)境下螺栓用鋼的使用要求。采用化學相分析方法,對鋼中析出相進行了定性、定量分析,結果表明Ti在鋼中添加發(fā)揮明顯固氮作用,提高了Al元素的固溶量,利用熱膨脹法對比測定試驗鋼的等溫轉變曲線,證明了增加Al含量,降低了奧氏體臨界轉變溫度,使C曲線右移,明顯改善了鋼的淬透性。
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。在激光功率密度不變時,隨著垂直于掃描方向上的光斑寬度增加,硬化層寬度呈正比例增加,硬化層深度則先增后減,距離硬化層中心深處相同距離點的曲率則逐漸減少。結論通過優(yōu)化激光淬火工藝參數(shù),控制激光淬火的熱傳導時間和深度方向的溫度梯度分布,可以在表面不熔化的前提下,獲得較深的硬化層。光斑尺寸對42CrMo鋼板激光深層淬火硬化層深度和硬化層均勻性有較大影響,選擇較大的光斑寬度可以得到更為均勻的硬化層。
本文對實驗用鋼42CrMo進行了成分測定、熱處理工藝設計、組織表征、性能檢測與分析等研究。采用Jmat-pro軟件模擬了42CrMo鋼的冷卻轉變過程,并實測了實驗用鋼的連續(xù)冷卻轉變曲線和等溫轉變曲線,利用OM、SEM、硬度測量等手段分析了不同冷卻速度和等溫溫度下的組織及特征,特別是貝氏體轉變區(qū)間、類型、特征和含量等與硬度的關系,通過熱處理工藝設計調控組織,建立了觀組織與硬度、韌性和耐磨性等之間的關系。42CrMo鋼板的連續(xù)冷卻轉變曲線CCT圖表明,Ac1為743℃,Ac3為792℃,在實驗的冷速范圍內,存在有先共析鐵素體、珠光體、貝氏體和馬氏體四個轉變區(qū);冷速大于3℃/s,獲得羽毛狀上貝和針片狀下貝為主的復相組織,隨冷速增加,組織中馬氏體含量增加,混合貝氏體相中上貝氏體量減少,硬度呈上升趨勢,冷速20℃/s,獲得馬氏體基體+（3%5%）下貝氏體的復相組織。
等溫轉變曲線TTT圖表明,在410℃500℃區(qū)間等溫將發(fā)生上貝氏體轉變,組織為羽毛狀特征為主,下貝氏體轉變的等溫溫度介于310℃410℃之間,組織為針片狀貝氏體+板條狀馬氏體的復相組織,隨等溫溫度降低,馬氏體含量增加;在560℃-590℃之間等溫出現(xiàn)的大量針狀魏氏組織,與實驗材料組織不均,晶粒粗大有關。42crmo鋼板調質熱處理工藝實驗結果表明,淬火加熱溫度840℃,采用18%水基淬火介質冷卻,獲得下貝氏體含量約為20.3%的馬/貝復相組織,經(jīng)560℃回火,其綜合力學性能達到良好匹配;等溫熱處理工藝實驗表明,在320℃380℃區(qū)間等溫,
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42CrMo鋼板因具有良好的淬透性、強度以及韌性,被廣泛應用于拉矯輥制造中,但是這種材料的耐蝕性、耐磨損性及耐疲勞性還不夠理想,限制了拉矯輥連續(xù)工作能力。為進一步提高拉矯輥基材強度和耐磨損性能,利用激光熔凝技術對調質后42CrMo鋼進行了激光強化工藝研究。采用光學顯鏡、金相顯鏡、顯硬度計、摩擦磨損試驗機等儀器對42CrMo鋼激光熔凝后的顯組織、相結構、強度及摩擦磨損性能進行了分析,研究了激光功率、掃描速度對熔凝層性能的影響規(guī)律。結果表明:工藝參數(shù)對熔凝區(qū)力學性能影響較大,激光功率顯著影響熔凝層的深度,掃描速度影響表面成形質量;調質后42CrMo鋼基體組織主要為回火馬氏體+殘余奧氏體,經(jīng)過激光熔凝后,基體組織發(fā)生轉變,馬氏體含量顯著提高。
采用硬度測試、顯組織觀察、脆性等級和疏松等級評價等方法研究了滲氮溫度對42CrMo鋼板零件滲氮后氧化滲層性能的影響。結果表明:在滲氮后氧化處理過程中,滲層的表面硬度隨著滲氮溫度的升高出現(xiàn)先增后降的趨勢;滲層深度和疏松等級隨滲氮溫度的升高而增加,但脆性等級變化不大。當滲氮溫度為560℃時,42CrMo鋼零件可獲得表面硬度≥600 HV、滲層（白亮層）深度≥15μm、1級脆性等級、2級疏松等級的滲層。
為了提高刀具用42CrMo鋼的耐磨性能,采用電弧離子鍍技術在其表面沉積制備TiAlSiN涂層,并測試分析了勵磁電壓對其組織結構及摩擦學性能的影響。研究結果表明:提高電壓后涂層表面粗糙度也隨之增大,制得厚度更大的TiAlSiN涂層,從初的2.16μm持續(xù)增大到4.85μm,表面粗糙度增大。隨電壓升高,涂層沿垂直基體表面的方向生長,獲得了更明顯的柱狀晶,空隙數(shù)量也進一步增加,降低了涂層的組織致密度。隨著電壓的上升,等離子體離化率也明顯,制備得到了硬度更高的涂層,涂層的厚度也明顯增大。42crmo鋼板電壓增加過程中,TiAlSiN涂層的摩擦系數(shù)和磨損率表現(xiàn)出先下降再升高的變化規(guī)律,當電壓達到30 V電壓時獲得了 磨損率。涂層存在磨粒磨損現(xiàn)象,可以觀察到部分涂層發(fā)生了剝落。30 V電壓時涂層表面變得更加平整,形成了更加致密的組織,耐磨性顯著提高。