42crmo鋼板先進(jìn)高強(qiáng)度鋼憑借其優(yōu)異的力學(xué)性能、良好的成型性能以及較低的制造成本,在汽車制造、軍工以及航天等領(lǐng)域有著十分廣闊的應(yīng)用前景?？v觀 代到第三代先進(jìn)高強(qiáng)鋼的發(fā)展歷程,以“復(fù)相、多尺度”為基礎(chǔ)的調(diào)控理論研制具有“亞穩(wěn)相、超細(xì)晶基體”等特點(diǎn)的超級(jí)鋼逐漸受到青睞。現(xiàn)今,在輕量化和智能制造等一些列工業(yè)背景下,如何更快速且低能耗地開發(fā)更輕質(zhì)、高性能的鋼材也成為了材料加工領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

  高能瞬時(shí)電脈沖處理,自電致塑性效應(yīng)被發(fā)現(xiàn)以來(lái),就備受材料研究人員的關(guān)注。42crmo鋼板近些年來(lái),伴隨著對(duì)非平衡固態(tài)相變機(jī)理、多物理場(chǎng)作用下觀結(jié)構(gòu)的演變規(guī)律以及相應(yīng)伴生現(xiàn)象的深入研究,電致強(qiáng)化這一概念也逐漸受到重視,電脈沖處理在鋼鐵材料的強(qiáng)韌化等方面也實(shí)現(xiàn)了一定程度的工程化應(yīng)用。此外,基于電子風(fēng)沖擊、電遷移效應(yīng)對(duì)快速相變以及再結(jié)晶的影響,采用脈沖電流對(duì)鋼材進(jìn)行細(xì)化及強(qiáng)韌化處理完全符合第三代先進(jìn)高強(qiáng)鋼的開發(fā)宗旨和組織性能要求特點(diǎn)。但以往的工作多集中在對(duì)電脈沖處理誘發(fā)的組織細(xì)化以及強(qiáng)塑性同時(shí)等方面的淺層研究,而缺乏對(duì)位錯(cuò)組態(tài)、界面遷移、晶體取向以及析出行為等方向的實(shí)質(zhì)性深入探索。因此,研究脈沖電流作用下鋼材的亞結(jié)構(gòu)演化及強(qiáng)韌化機(jī)理,對(duì)進(jìn)一步豐富和完善鋼的非平衡相變理論以及開發(fā)新型的強(qiáng)韌化工藝有著重要的實(shí)際意義。

   本文采用高能瞬時(shí)電脈沖處理對(duì)兩種強(qiáng)化類型完全不同的鋼材（42CrMo鋼板及T250鋼）進(jìn)行了增強(qiáng)、增韌處理。同時(shí),結(jié)合相應(yīng)的傳統(tǒng)熱處理,規(guī)律性地研究了脈沖電流對(duì)不同鋼材顯組織及亞結(jié)構(gòu)的影響、定量地分析了脈沖電流作用下鋼材的強(qiáng)韌化機(jī)理、歸納概括了不同處理方式對(duì)鋼材具體作用機(jī)制的差異。

對(duì)磨煤機(jī)減速機(jī)齒輪進(jìn)行失效分析,結(jié)果表明:齒輪齒根彎曲疲勞強(qiáng)度不足,輪齒斷裂屬于多次累積損傷產(chǎn)生的疲勞斷裂42crmo鋼板,而且齒輪內(nèi)部不僅存在魏氏體組織,還存在較大的偏析區(qū),因而在材料內(nèi)部產(chǎn)生較大的組織應(yīng)力,該組織應(yīng)力與工作應(yīng)力疊加,容易誘發(fā)裂紋的形成及擴(kuò)展.分析結(jié)果還發(fā)現(xiàn)齒輪表面并沒(méi)有經(jīng)過(guò)表面熱處理,表面硬度未達(dá)到設(shè)計(jì)要求. 

   利用激光熔覆技術(shù)在42CrMo鋼板表面制備了Stellite-6鈷基涂層,然后在不同的溫度下對(duì)涂層進(jìn)行熱處理,探究了熱處理溫度對(duì)涂層顯組織、硬度、耐蝕性和摩擦學(xué)性能的影響。結(jié)果表明:熱處理能有效減小涂層內(nèi)部的殘余應(yīng)力,裂紋、孔洞等缺陷;在900℃下進(jìn)行熱處理后,FCC結(jié)構(gòu)的鈷演變?yōu)镠CP結(jié)構(gòu)的鈷,亞穩(wěn)態(tài)M7C3型碳化物演變?yōu)榉€(wěn)態(tài)M23C6型碳化物;經(jīng)過(guò)900℃×1 h的熱處理后,涂層的近表面硬度是未熱處理涂層的1.5倍,

  約為1300 HV;未熱處理涂層的摩擦因數(shù)為0.42,磨損機(jī)理主要表現(xiàn)為塑性變形、犁溝及脆性剝落;熱處理后,涂層的摩擦因數(shù)降至0.29,磨損機(jī)理主要為磨粒磨損和黏著磨損;熱處理后生成的穩(wěn)態(tài)M23C6型碳化物具有強(qiáng)化合金、涂層力學(xué)性能的作用;未熱處理涂層與熱處理涂層的自腐蝕電流密度均約為3.3×10-3 A·cm-2,自腐蝕電位均在-0.29 V左右,單個(gè)容抗弧特征近乎重合。熱處理過(guò)程中發(fā)生的再結(jié)晶和晶粒尺寸變化、馬氏體相變對(duì)鈷基涂層耐蝕性的影響不大。

 制造水平的不斷,對(duì)復(fù)雜精密的機(jī)械裝備、零件的品質(zhì)要求也越來(lái)越高,而塑性加工技術(shù)和熱處理技術(shù)作為材料成型及改善材料性能的關(guān)鍵手段,在制造加工工業(yè)中發(fā)揮著關(guān)鍵性作用。42crmo鋼板材料處理過(guò)程中,材料的終性能受多方面因素的影響,如塑性加工過(guò)程中的加載速度、幾何形狀、摩擦與接觸條件,熱處理過(guò)程中的溫度分布、組織分布和應(yīng)力分布等,如果僅通過(guò)試驗(yàn)來(lái)摸索設(shè)計(jì)工藝參數(shù),費(fèi)時(shí)費(fèi)力,無(wú)法滿足實(shí)際生產(chǎn)需求?，F(xiàn)階段,可以通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行塑性加工和熱處理過(guò)程的數(shù)值模擬,輔助工藝設(shè)計(jì)和工藝優(yōu)化,縮短研發(fā)周期,提高產(chǎn)品質(zhì)量,降低成本。因此,研究如何提高數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性具有十分重要的意義。

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周圍塊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)的柱狀樹枝晶、排列緊密的胞狀晶、方向均一的柱狀樹枝晶; 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陶瓷顆粒周圍的塊狀共晶物是由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。基體的質(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,