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。

42CrMo属于中碳低合金结构钢经调质处理后具有较高的疲劳极限、良好的低温冲击韧性多用于制造断面尺寸较大的重要零件如汽车部件、高铁支座、连杆、齿轮转动件等部件高铁转动件受使用环境的影响对材料的低温冲击性能提出高的要求。资料显示钢锭中元素偏析在锻造过程中拉长沿轧制方向形成纤维组织。在随后淬火冷却过 

  利用扫描电镜、电子背散射衍射技术等手段研究了42CrMo钢板折弯模具的激光表面淬火特性。研究结果表明激光扫描速度、功率、工件厚度等对淬硬层深度及硬度有显著影响。在激光功率2200 W、扫描速度1800 mm/min、光斑2 mm、辅助水冷、一道次扫描条件下折弯模具刀刃硬度和淬硬层厚度分别达到734 HV0.2和1.05 mm且刀刃两侧的硬度分布均匀。42crmo钢板激光淬硬层组织为细小的马氏体尤其靠近基体处。 

 经过调质处理的42CrMo钢花键轴在使用过程中断裂。对断裂的花键轴进行了宏观断口分析、化学成分检测、硬度试验和金相检验。结果表明:花键轴的化学成分符合要求近表面与内侧的硬度差较大特别是存在严重的带状偏析和铁素体、贝氏体等异常组织。据此断定花键轴在使用中断裂主要是偏析及不良组织引起的。根据花键轴断裂的原因提出了改进建议。 

  利用金相显观察及力学性能分析研究调质处理、正火+调质热处理对42CrMo曲轴钢组织与性能的影响。42crmo热轧钢板结果表明经过860℃淬火+580℃回火处理后曲轴钢基体组织为回火索氏体但轴颈心部区域白色铁素体数量较多且晶粒粗大、分布不均。其力学性能为抗拉强度997～1 211 MPa屈服强度990～1 204 MPa伸长率11%～13%断面收缩率40%～48%冲击功72～90 J。而在调质热处理前增加一次（880℃空冷）正火预处理后42CrMo曲轴钢的显组织更趋均匀化其力学性能为抗拉强度1 100～1 220 MPa屈服强度1 107～1 188 MPa伸长率13%～15%断面收缩率50%～56%冲击功83-91 J。因此880℃空冷正火预处理+860℃淬火与580℃高温回火是42CrMo曲轴钢优化的热处理工艺。 

 

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。 

本试验在一定切削条件下对42CrMo钢板进行干切削研究刀具累计加工1 035 s过程中前后刀面的磨损形貌。试验结果表明:累计加工时间T从0增加到1 035 s的过程中刀具前刀面参与切削的区域亮度增加磨损区域增大;当加工时间T为1 035 s时刀具前刀面磨损明显出现颜色较深面磨损区域、亮度较高的部分刀具涂层材料磨损区域、磨粒磨损明显的磨损区域。加工时间T从0增加到435 s的过程中刀具后刀面出现明显的磨损带涂层材料磨损带逐渐增大。加工时间T从435 s增加到1 035 s的过程中磨损带缓慢增大出现基体磨损现象随着磨损时间延长基体磨损逐渐增大。当加工时间T从48 s增加到1 035 s已加工表面粗糙度Ra由3.46μm逐渐增大到3.91μm。

  在42CrMo钢板常规处理的基础上增加了冷处理研究浅冷处理和深冷处理对42CrMo钢硬度和耐磨性的影响。结果表明经浅冷处理和深冷处理后42CrMo钢中残留奥氏体向马氏体发生转变且碳化物析出增多致使钢的硬度和耐磨性均有且深冷处理后硬度和耐磨性幅度高于浅冷处理。 

  利用JMat-Pro软件模拟了42CrMo钢的连续冷却转变曲线并采用DIL805L相变42crmo钢板淬火膨胀仪实测了钢的各相变点对不同冷却速度下的组织转变和贝氏体含量进行了分析并绘制其CCT曲线。结果表明:42CrMo钢Ac1=743℃Ac3=792℃。冷速小于0.5℃/s时组织为先共析铁素体与珠光体混合组织;冷速0.5～10℃/s之间存在一定量的贝氏体随冷速加快贝氏体量先增后降马氏体含量逐渐增多使得硬度呈现较大增幅。冷速大于10℃/s组织为基体马氏体+少量贝氏体的混合组织。 

---