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

通过显组织观察和力学性能检测分析了42CrMo钢在不同回火温度下观组织形貌和力学性能的变化。通过三维原子探针（3DAP）技术分析500℃回火温度下42CrMo钢中元素分布情况研究了Cr、Mn、Mo等合金元素对钢性能的影响。结果表明42CrMo钢水淬后在450℃回火时显组织为回火屈氏体在500～650℃区间回火时显组织均为回火索氏体随着回火温度的增加颗粒状碳化物增多;抗拉强度和规定塑性延伸强度降低-40℃低温冲击性能升高。在500℃回火可达到12.9级螺栓力学指标（Rm≥1200 MPaKV2≥27 J）力学性能 且满足低温环境下螺栓用钢的使用要求。3DAP结果表明钢中的合金元素通过固溶强化和沉淀强化提高了钢的性能。 

  针对42CrMo钢板合结钢轧材超声波探伤合格率低的问题利用扫描电镜等设备对探伤不合样品进行分析发现探伤不合样品中有直径为100μm左右的球形夹杂物或者尺寸为1 000μm左右的长条形夹杂物。通过钢液内生夹杂和生产过程接触的原辅料的分析比对认为大尺寸夹杂物主要由于外来夹杂进入钢液中终造成轧材探伤合格率低。通过增加硅钙线用量、钢包浇铸后期不下渣、浸入式水口侵蚀速率小于1.5 mm/h、结晶器液位波动不大于±3 mm和恒定拉速浇铸等控制方式减少了钢中外来大尺寸夹杂提高了钢液洁净度使探伤合格率提高到97.5%以上。 

  刃口钝化及涂层工艺是刀具切削性能及加工质量的重要刀具后处理方法。42crmo钢板本文对钝化未涂层、钝化且涂层以及无钝化涂层的硬质合金钻头钻削42CrMo钢的钻削性能进行对比研究并分析了钝化且涂层钻头刃口的K因子及平均圆度随加工孔数变化情况。结果表明:刀具钝化与涂层后处理工艺对刀具寿命及其失效形式有决定性影响。在实验参数下未后处理钻头加工孔数仅10孔就发生崩刃失效;钝化未涂层钻头的寿命是钝化涂层钻头的10倍主要失效形式为粘结磨损与磨粒磨损;钝化且涂层钻头寿命为无钝化涂层的150倍主要失效形式为磨粒磨损。钝化且涂层钻头刃口在加工过程中的存在:"涂层破损—基体磨损—新刃口形成—刃口崩刃—刃口再形成"的变化趋势。 

42CrMo钢板齿圈毛坯的淬火通常采用油淬或聚合物水溶液淬火来避免淬火的开裂但油淬或聚合物水溶液淬火导致严重的环境污染。改用水淬不仅可满足绿色环保的要求而且可降低成本但极易产生开裂。针对上述问题本研究基于温度场、组织场和应力场的有限元模拟获得优化的水-空交替控时淬火冷却（ATQ）工艺成功应用于大直径（ф1970 mm）的42CrMo钢齿圈毛坯的淬火冷却。结果表明:采用ATQ工艺处理42CrMo钢齿圈毛坯不仅回火后的力学性能高于性能指标要求而且有效避免了淬火开裂。 

  对42CrMo钢板轧制工艺参数进行了的优化研究了不同加热、轧制温度的42CrMo钢棒材组织及布氏硬度变化规律。结果表明通过控制加热、均热段温度和终轧温度可有效控制热轧态42CrMo钢棒材组织及布氏硬度;42CrMo钢棒材开裂原因主要是轧制后产生大量的贝氏体组织且沿棒材横断面分布不均匀由边部到心部的贝氏体含量减小布氏硬度则由大变小。热轧钢布氏硬度≤260HBW时可避免在棒材剪切下料过程开裂、掉块现象。 

   利用高压水射流喷丸技术（WSP）和真空脉冲等离子氮化技术研究了水射流喷丸预处理对42CrMo钢等离子氮化后的滚动接触疲劳性能的影响。采用OM、SEM、TEM、XRD应力测定仪、表面粗糙度仪、显硬度仪对等离子氮化和复合处理后试样的渗层显组织、结构以及表面完整性进行了表征并对疲劳断口形貌进行了分析。42crmo钢板结果表明:经过WSP预处理后42CrMo钢获得了更好的氮化效果疲劳性能得到大幅。原因是经WSP预处理后试样表面细小弥散的氮化物和表层晶粒的细化有利于抑制表面裂纹的萌生与扩展改变了疲劳裂纹的萌生机制次表层硬度的提高以及更深的残余压应力影响层推迟了次表层裂纹的萌生更高的次表层残余压应力抑制了次表层二次裂纹的萌生以及主裂纹的扩展延长了42CrMo钢渗氮后的接触疲劳寿命使得失效机理更接近于赫兹理论。 

针对石油平台35CrMo钢大齿轮、42CrMo钢板小齿轮的齿面缺陷修复任务对齿轮材质、零件现状开展了工艺修复研究。通过对CO2气体保护焊、氩弧焊、光纤激光焊三种焊接工艺进行分析比较发现光纤激光焊修复齿轮缺陷优势明显。经过齿轮实际修复后的检测与试验取得了比较好的效果。 

  通过显组织观察和力学性能检测分析了42CrMo钢板在不同回火温度下观组织形貌和力学性能的变化。通过三维原子探针（3DAP）技术分析500℃回火温度下42CrMo钢中元素分布情况研究了Cr、Mn、Mo等合金元素对钢性能的影响。结果表明42CrMo钢水淬后在450℃回火时显组织为回火屈氏体在500～650℃区间回火时显组织均为回火索氏体随着回火温度的增加颗粒状碳化物增多;抗拉强度和规定塑性延伸强度降低-40℃低温冲击性能升高。在500℃回火可达到12.9级螺栓力学指标（Rm≥1200 MPaKV2≥27 J）力学性能 且满足低温环境下螺栓用钢的使用要求。3DAP结果表明钢中的合金元素通过固溶强化和沉淀强化提高了钢的性能。 

   针对42CrMo合结钢轧材超声波探伤合格率低的问题利用扫描电镜等设备对探伤不合样品进行分析发现探伤不合样品中有直径为100μm左右的球形夹杂物或者尺寸为1 000μm左右的长条形夹杂物。42crmo钢板通过钢液内生夹杂和生产过程接触的原辅料的分析比对认为大尺寸夹杂物主要由于外来夹杂进入钢液中终造成轧材探伤合格率低。通过增加硅钙线用量、钢包浇铸后期不下渣、浸入式水口侵蚀速率小于1.5 mm/h、结晶器液位波动不大于±3 mm和恒定拉速浇铸等控制方式减少了钢中外来大尺寸夹杂提高了钢液洁净度使探伤合格率提高到97.5%以上。