42CrMo钢板含有Cr、Mo等多种合金化元素具有优良的综合力学性能既具有较高的强度又具有较好的塑性在锻件特别是大型锻件领域有广泛的应用。本文采用计算机模拟与实验相结合的方法构建了 42CrMo钢较准确的本构模型和材料性能数据库并开展了材料变形和热处理淬火过程的计算机模拟和实验模拟结果与实验结果吻合较好。

   通过热压缩实验测定了 42CrMo钢板在不同温度和应变速率下的应力-应变数据构建了改进的Johnson-Cook本构模型和应变补偿的Arrhenius本构模型得到了较大应变范围内较准确的42CrMo钢的本构方程。拟合了手册中标准的42CrMo钢的TTT曲线获得了较准确的TTT曲线数据。此外还构建了包含热导率、比热容、杨氏模量、泊松比、相变潜热、膨胀系数等较完善、准确的42CrMo钢数据库。以构建的数据库为基础通过DEFORM软件模拟了 42CrMo钢在变形温度为1123 K、应变速率为0.01 s-1条件下的热压缩过程将模拟结果中压缩后试样的尺寸数据、Top Die载荷-行程曲线以及计算得出的应力-应变曲线分别与相同实验条件下实测结果进行对比。结果显示载荷-行程曲线和应力-应变曲线在数值大小和变化趋势上与实验结果吻合较好表明选用的应变补偿的Arrhenius本构模型能够比较准确地描述42crmo钢板的变形行为。

    通过DEFORM软件模拟了 42CrMo钢板在1123 K时的末端淬火过程结果显示试样末端与水的换热程度剧烈温度迅速下降形成大量马氏体组织随着远离淬火末端马氏体含量逐渐降低硬度也随之降低。同时进行了同条件的末端淬火实验对淬火后试样的轴向硬度分布进行了测量并观察不同位置组织组成实验结果与模拟结果基本一致这表明文中构建的42CrMo钢数值模拟数据库较为准确。可以在此基础上进行不同几何形状、不同变形条件、不同热处理过程的数值模拟为实际生产过程的模拟与优化打下了良好的基础。

为研究42CrMo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.采用热理论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、42crmo钢板相结构、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钢板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级疏松等级的渗层。 

对磨煤机减速机齿轮进行失效分析结果表明:齿轮齿根弯曲疲劳强度不足轮齿断裂属于多次累积损伤产生的疲劳断裂42crmo钢板而且齿轮内部不仅存在魏氏体组织还存在较大的偏析区因而在材料内部产生较大的组织应力该组织应力与工作应力叠加容易诱发裂纹的形成及扩展.分析结果还发现齿轮表面并没有经过表面热处理表面硬度未达到设计要求. 

   利用激光熔覆技术在42CrMo钢板表面制备了Stellite-6钴基涂层然后在不同的温度下对涂层进行热处理探究了热处理温度对涂层显组织、硬度、耐蚀性和摩擦学性能的影响。结果表明:热处理能有效减小涂层内部的残余应力裂纹、孔洞等缺陷;在900℃下进行热处理后FCC结构的钴演变为HCP结构的钴亚稳态M7C3型碳化物演变为稳态M23C6型碳化物;经过900℃×1 h的热处理后涂层的近表面硬度是未热处理涂层的1.5倍

  约为1300 HV;未热处理涂层的摩擦因数为0.42磨损机理主要表现为塑性变形、犁沟及脆性剥落;热处理后涂层的摩擦因数降至0.29磨损机理主要为磨粒磨损和黏着磨损;热处理后生成的稳态M23C6型碳化物具有强化合金、涂层力学性能的作用;未热处理涂层与热处理涂层的自腐蚀电流密度均约为3.3×10-3 A·cm-2自腐蚀电位均在-0.29 V左右单个容抗弧特征近乎重合。热处理过程中发生的再结晶和晶粒尺寸变化、马氏体相变对钴基涂层耐蚀性的影响不大。

 制造水平的不断对复杂精密的机械装备、零件的品质要求也越来越高而塑性加工技术和热处理技术作为材料成型及改善材料性能的关键手段在制造加工工业中发挥着关键性作用。42crmo钢板材料处理过程中材料的终性能受多方面因素的影响如塑性加工过程中的加载速度、几何形状、摩擦与接触条件热处理过程中的温度分布、组织分布和应力分布等如果仅通过试验来摸索设计工艺参数费时费力无法满足实际生产需求。现阶段可以通过计算机进行塑性加工和热处理过程的数值模拟辅助工艺设计和工艺优化缩短研发周期提高产品质量降低成本。因此研究如何提高数值模拟的准确性具有十分重要的意义。

淬硬42CrMo钢板以其高强度、高韧性、优异的淬透性适用于制造多种高载荷、交变载荷、高精密等多因素疲劳损伤失效的零件。该材料硬度高因此普通加工方式加工难度大加工后表面应力不可控表面质量差。超声辅助磨削在加工硬脆材料方面具有优异性能本文采用轴向超声振动辅助磨削方式以及普通磨削方式对淬硬42CrMo钢进行加工试验使用各种测量仪器测量两种磨削后的42CrMo表面质量并观察分析。结果表明两种方式加工后工件表面均有残余压应力超声辅助磨削加工后工件表面残余压应力提高11.0%～30.8%形貌优于普通磨削加工的粗糙度降低约80%显硬度高于普通磨削约10%。 

 采用不同的旋转速度对42CrMo钢汽车半轴进行了旋锻并进行了磨损性能和冲击性能的测试与分析。结果表明随旋转速度从30 r/min增大至110 r/min半轴试样的磨损体积先减小后增大冲击吸收功先增大后减小磨损性能和冲击性能先后下降。当旋转速度70 r/min时试样的磨损体积达到小值17×10-3mm3冲击吸收功达到 值89 J与30 r/min旋转速度相比磨损体积减小了29.17%冲击吸收功增大了11.25%。旋锻42CrMo钢半轴的 旋转速度为70 r/min。 

  大批量42crmo钢板M24螺栓在淬火、回火后发现纵向开裂。对开裂螺栓进行了宏观检验、化学成分检测、硬度试验和金相检验。结果表明:裂纹两侧有氧化现象裂纹具有沿晶开断裂的特征为淬火裂纹及螺栓开裂是由淬火不当所致。 

  

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