40Cr钢板汽车转向节锻坯常常出现鼓包等缺陷。为此对产生鼓包的锻件进行了化学成分分析、金相检验和能谱分析。结果表明:锻件的成分符合要求鼓包金属为碳含量为3.5%～4.0%的铸铁鼓包附近基体金属有0.4～0.5 mm的增碳层。鼓包是连铸坯表面的粘渣在锻造过程中以液态形式存在于锻件表面随后冷却过程中凝固并与基体金属焊合而产生的。通过优化铸造工艺、稳定浇铸过程及选用黏度小、熔点低和熔速快的保护渣等了40Cr钢转向节锻件的鼓包缺陷。 

  对退火态40Cr钢板进行双道搭接磨削淬硬试验并结合单道磨削淬硬试验和磨削淬硬表面温度仿真研究了搭接量对软化区硬度分布、形状特征和组织形貌的影响。结果表明 道磨削淬硬表面存在回火软化现象。搭接量Cr=0时软化区近似梯形Cr≥1 mm时软化区近似平行四边形。随着搭接量的增加软化区宽度相应增大;其组织也由回火屈氏体、回火索氏体、铁素体、珠光体和马氏体转变为回火屈氏体、回火索氏体和马氏体。从提高磨削淬硬面积和磨削淬硬加工效率的角度出发宜采用Cr=1 mm的搭接量。 

   针对某厂水处理站服役4年便发生早期断裂失效的40Cr螺栓采用化学成分分析、力学性能检测、扫描电镜以及光学显镜等方法对其断裂原因进行了分析。结果表明断裂起源于第二道螺纹根部该处存在多道次焊接是引起疲劳断裂的诱因;轴的心部组织是珠光体+网状铁素体属未经调质处理的原材料组织其力学性能和疲劳强度不能满足使用要求;40cr钢板疲劳源处发现硬脆相马氏体组织与轴在运转过程中不同心（偏心）产生交变应力的共同作用下使裂纹快速扩展直至断裂。 

大型机床传动机构用齿条锻件材质为40Cr钢板经热锻造及调质处理后在压床校直过程中发生断裂。对其理化检测分析结果表明试样组织中非金属夹杂物异常严重组织发生脆化。且锻造的原始粗大组织未得到细化材料的抗破断强度显著降低。锻造应力及淬火应力使锻件的大部分截面开裂压床校直时沿原始裂纹继续扩展至整体断裂。 

  利用扫描电镜及能谱仪对40Cr钢板中厚板环形件的断口形貌与观成分进行了系统分析。结果表明:零件断口形貌呈脆性解理断裂零件中心区域的夹杂物以及淬火残余应力大是其开裂的主要原因。裂纹于夹杂物附近萌生随后逐渐扩展直至零件断裂。 

  以机床主轴用40Cr钢板、65Mn钢为研究对象对其不同热处理工艺下的力学性能进行了测试研究。实验结果表明:随着回火温度的升高65Mn钢和40Cr钢力学性能有着相同的变化趋势抗拉强度和屈服强度下降伸长率和断面收缩率升高硬度下降耐磨性变化不显著。在相同的热处理条件下65Mn钢比40cr钢板钢强度高、塑性差、耐磨性好、综合力学性能要更好。两种材料在用于机床主轴时经过调质处理便可很好地满足生产需要。 

   采用计算机模拟40cr钢板冷却过程中的CCT曲线和TTT曲线并预测其组织分布状态 采用硬度测试、OM和SEM等对其组织进行分析并对计算机模拟结果进行验证。结果表明当电机转速为350 r/min时试验钢表层组织由奥氏体向贝氏体转变心部组织由奥氏体向马氏体和贝氏体转变;当转速为550 r/min时试件表层已经全部转变为马氏体;随着离表层距离的增加试验钢硬度降低且硬度分布曲线与计算机预测结果一致。 

40Cr钢板是一种常见的齿轮钢其机械加工性能较好为突破传统齿轮表面强化方式采用具有操作简单、成本低、强化效果显著等特点的TD盐浴渗钒技术通过高温扩散作用于试样表面形成稳定性良好和耐磨性优异的钒碳化物渗层以延长齿轮使用寿命极具重要研究价值。但TD盐浴渗钒技术在基体选材上有含碳量要求以及技术方面需解决减小变形等问题。40Cr钢含碳量高于0.35%淬透性良好配合淬火缓冷操作即可有效解决在研究齿轮钢表面强化的基体材料上选择40Cr钢能够达到技术要求。本实验在设定合理工艺参数上选择无水硼砂（Na2B4O7）作为基盐充分利用硼砂在高温熔融态与基体表面氧化物反应生成物能清洁表面以及形成渗层厚度较大的特点配合流动性较好的活化剂NaF以及能大量减少粘稠物生成量的还原剂B4C以进一步改善盐浴流动性添加供钒剂V2O5按照盐浴配方77%Na2B4O7+4%B4C+9%NaF+10%V2O5（wt.%）分别选取900℃、950℃、1000℃和1050℃盐浴渗钒4h、6h和8h制备渗钒层研究的主要内容及成果如下:

   （1）在采取设定的合理工艺参数下制得一定厚度渗钒层。40cr钢板利用金相显镜观察结果发现不同工艺参数渗层连续性和致密性各不同900℃和1050℃渗层连续性和致密性很差晶粒为等轴晶950℃和1000℃渗层连续性和致密性相对有所改善晶粒为柱状晶。（2）利用X射线衍射（XRD）检测与分析渗层物相。结果发现不同工艺参数渗层VC晶粒生长具有择优取向。40cr钢板900℃渗层VC晶粒生长具有2个择优取向;950℃和1000℃渗层存在不同晶面指数VC相相互转化;1050℃渗层可能脱落导致VC相较少。

以试验、理论和模拟相结合的方法通过综合考虑应力梯度、残余应力、加工硬化和表面粗糙度的影响对喷丸处理过的40Cr钢缺口试样进行了局部疲劳强度的预测评估。试验研究表明调质40Cr钢板经过喷丸处理后在试样表面形成了一定深度的塑性变形层和较高数值的残余压缩应力。随着喷丸强度的增大材料表面显硬度明显增加。通过观察表面三维形貌发现随喷丸强度的增大表面粗糙度逐渐增大;提高喷丸覆盖率参数可以明显降低表面粗糙度从而提高了材料表面完整性。

  疲劳试验结果表明喷丸强化处理能够提高40Cr钢缺口构件的疲劳性能当试样循环寿命在2×106次时不同喷丸参数下的疲劳极限相对于未喷丸试样了14.3%29%当喷丸强度为0.2 mmA覆盖率为400%时疲劳极限提高幅度 。本文在“线弹性有限元法—应力梯度法”进行缺口构件疲劳寿命评估的基础上综合考虑喷丸处理对材料表面完整性的影响如残余应力、加工硬化和表面粗糙度等的变化修正了40Cr钢缺口构件喷丸试样的局部疲劳强度评估方法40cr钢板终获得了良好的预测精度平均误差均在±5%以内为直接预测经过喷丸处理后的缺口部件疲劳寿命提供了新的方法。

  绝大多数工程构件不可避免的存在缺口、裂缝等横截面突变的情况这种情况在实际应用中会在局部造成严重的应力集中从而在交变载荷作用下容易断裂失效。为了研究这类工程上遇到的实际问题往往采用带缺口小试样来探究循环载荷对构件性能的影响。本文以齿轮常用的材料中碳合金调质40Cr钢为研究对象利用喷丸强化处理技术改善缺口部位的表面完整性通过综合对比分析了不同喷丸强度及覆盖率参数下材料的显硬度、观组织、表面形貌、残余应力、疲劳极限以及疲劳断口形貌变化情况系统研究了喷丸处理对40Cr钢表面完整性和疲劳性能的影响。同时在已有的带缺口构件局部疲劳强度预测方法的基础上对喷丸强化处理后缺口构件的局部疲劳强度预测做了深入探究。以试验、理论和模拟相结合的方法通过综合考虑应力梯度、残余应力、加工硬化和表面粗糙度的影响对喷丸处理过的40Cr钢缺口试样进行了局部疲劳强度的预测评估。试验研究表明调质40cr钢板钢经过喷丸处理后在试样表面形成了一定深度的塑性变形层和较高数值的残余压缩应力

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