通过激光冲击强化对42CrMo钢板中碳合金钢进行了表面强化处理。采用显组织观察、硬度测试、摩擦磨损实验研究了不同脉冲能量的激光冲击强化处理对42CrMo钢组织和性能的影响。结果表明:未经激光冲击强化的42CrMo钢组织中铁素体均匀连续珠光体片层间铁素体较为明显。随着激光冲击强化输出能量的增加组织中铁素体越来越分散珠光体片层组织越来越不明显激光冲击强化后42CrMo钢中有大量位错、亚晶出现。在32～36 J的脉冲能量范围内激光冲击强化的该钢的表面硬度和耐磨性显著提高并在表面形成了厚度0.75 mm的硬化层。激光冲击强化冲击能量越高42CrMo钢硬度越高耐磨性越好。 

  目的探究二次喷丸工艺参数对42CrMo钢零件表面完整性的影响规律。方法建立三维随机喷丸有限元模型并通过实验验证有限元模型预测残余应力的准确性。将一次喷丸后零件的表面形貌和应力应变结果作为初始状态导入到二次喷丸模型中构建出二次喷丸预测模型。分析二次喷丸参数对42CrMo钢零件表面残余应力场、表面粗糙度以及等效塑性形变场的影响情况。

  结果二次喷丸后42CrMo钢板零件近表层（0～100μm）的残余压应力值均比初始状态有所增加。增加二次喷丸覆盖率对表面残余应力的作用为明显 可比初始状态提高63.3%而增加二次喷丸直径对残余应力的改善效果42crmo钢板不明显。过度增加二次喷丸速度会导致表面粗糙度明显增加提高二次喷丸覆盖率可显著降低表面粗糙度覆盖率为300%时粗糙度比初始状态减小了14.4%。表层PEEQ值随着二次喷丸速度、弹丸直径和覆盖率的增加而增加但当二次喷丸速度、弹丸直径和覆盖率增加到一定程度后表层PEEQ值会趋于饱和。

用同轴送粉的方式在42CrMo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、42cr钢板排列紧密的胞状晶、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基体的硬度及其抗磨损能力。

  在42CrMo钢板的基础成分上增加Al、Ti元素通过末端淬火试验和截面硬度试验对比分析Al对42CrMo钢淬透性的影响差异通过常规力学性能检测对比其与42CrMo钢的力学性能差异。结果表明Al、Ti元素添加可进一步提高淬透性并且使钢的强度达到1200 MPa级-40℃下KV2≥27 J满足低温环境下螺栓用钢的使用要求。采用化学相分析方法对钢中析出相进行了定性、定量分析结果表明Ti在钢中添加发挥明显固氮作用提高了Al元素的固溶量利用热膨胀法对比测定试验钢的等温转变曲线证明了增加Al含量降低了奥氏体临界转变温度使C曲线右移明显改善了钢的淬透性。 

  通过宏观及观分析手段对42CrMo钢板阀体内孔表面裂纹开裂原因进行分析。42crmo钢板结果表明:铸造缺陷、非金属夹杂物含量较多、调质处理温度过高、保温时间较长以致形成粗大珠光体和大量的魏氏组织是造成锻件开裂的主要原因应力过大导致了锻件的开裂。 

42crmo钢板具体的研究结果如下:（1）采用电脉冲处理地实现了钢材的晶粒细化明确了脉冲电流诱导晶粒细化的具体机理。瞬时的高能量输入显著降低了奥氏体相变能障极大地提高了奥氏体的形核率短时间的作用以及随后快速的水冷处理抑制了奥氏体晶粒的长大。电脉冲处理后淬火态42CrMo钢的晶粒细化了56.3%固溶态T250钢的晶粒尺寸下降了74.6%。

    （2）揭示出电脉冲处理提高钢材中残余奥氏体稳定性的具体机制:i)若处理前钢材中的合金元素是不均匀分布的则电脉冲处理的瞬时性也就决定了处理后的元素无法充分均匀化奥氏体稳定化元素浓度高的区域将为残余奥氏体的形成提供足够的化学驱动力;ii)晶粒的细化以及电脉冲处理过程中界面处大量晶体缺陷的形成使马氏体与奥氏体的界面能得到提高这将使马氏体的生长提前停滞同时马氏体转变起始温度也会显著下降;iii)奥氏体向马氏体转变是一个体积膨胀的过程电脉冲处理过程中存在的热压应力可有效地抑制马氏体转变。

（3）脉冲电流特定的物理场分布及物理效应可明显改变亚结构及第二相的形态和分布。受热压应力的影响原本在高层错能钢材中难以形成的堆垛层错在电脉冲处理中得以形成而堆垛层错的形成又为回火态42CrMo钢板中超细珠光体类组织的形成奠定了基础;合金元素贫瘠区与富集区之间的应力可促进孪晶或残余奥氏体的形成;电子风强烈冲击界面形成大量的晶体缺陷可使第二相主动地浸润晶界而若使界面处的缺陷得到回复第二相则被动浸润其他界面;多个物理场的重叠可使亚结构的分布具有方向性如42CrMo钢中沿电流方向分布的位错、T250钢中沿电流方向分布的Ni3（TiAl）团簇;电迁移效应可促进位错形成具有小角度取向差的亚晶界。

（4）研究发现脉冲电流对优滑移系上原子或位错运动的促进42crmo钢板可使沿电流方向的特定取向强度增强形成了沿电流方向（ED）的织构。如固溶态T250钢中{112}//ED织构、TS+EPA态T250钢中残余奥氏体{111}//ED及EPS+EPA态T250钢中小角度{110}//ED织构的形成。

针对淬火油污染严重、生产不因素等问题介绍一种新型水基淬火介质及替代传统油淬的工艺。利用光学显镜、洛氏硬度计、 试验机和冲击试验机等手段对不同规格的42CrMo钢板在无机高分子水基淬火液中淬火再高温回火后的组织及性能进行了研究并分析了用无机高分子水溶性淬火介质替代淬火油的可能性。结果表明42CrMo钢在淬火后的硬度值为55～56 HRC;回火后的硬度值为285 HBW;显组织主要为粒状索氏体。其抗拉强度、屈服强度、伸长率、断面收缩率等力学性能均达到大型合金钢锻件的JB/T6396技术条件要求。因此改进后的热处理工艺可以更好地应用于42CrMo钢板的淬火显著提高了偏航齿圈综合热处理质量。 

  42CrMo钢板作为现代社会使用广泛的材料之一往往在服役环境中容易遭受腐蚀和磨损等破坏使得其使用寿命大大降低。气体渗氮（gas nitriding）是一种能够显著钢铁材料表面耐腐蚀性能和耐磨损性能的技术。但是其效率往往很低也导致了其生产成本的增加。因此越来越多的研究集中到了气体渗氮效率上。铁酸镧是一种稀土钙钛矿氧化物在催化领域的应用前景也非常有潜力。本论文以42CrMo钢为基体在基体表面通过溶胶凝胶法预制备一层铁酸镧薄膜这也是 次将铁酸镧引入到气体渗氮中。并且研究了不同薄膜厚度、渗氮温度以及不同混合气体比例等参数的改变对渗层组织、结构及性能的影响。

   通过光学显镜（OM）和扫描电镜（SEM）观察样品表面和横截面结构和形貌;通过X射线衍射仪（XRD）和能谱仪（EDS）表征渗氮层物相和化学成分组成;通过显硬度计表征渗氮层显力学性能和有效硬化层厚度;利用削盘式摩擦磨损仪和电化学工作站分别表征样品耐磨损性能和耐腐蚀性能;后续利用超景深显镜观察样品摩擦磨损和电化学腐蚀形貌;通过X射线光谱（XPS）和透射电镜（TEM）研究样品表面化学和成键状态及区形貌讨论了铁酸镧在气体渗氮过程中催渗机理。42crmo钢板结果表明在样品表面预制备一层铁酸镧薄膜后可以有效地促进化合物层和有效硬化层增厚。雾化沉积铁酸镧薄膜样品在550℃下气体渗氮4h后具有厚的化合物层和有效硬化层厚度分别为15.29μm和305.8μm;此外表面氮含量增加也使得表面硬度有了显著表面硬度 值为910.5HV0