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

温度、时间是离子共渗工艺中的重要两个因素本文通过实验寻找佳的工艺参数并与常规等温离子共渗作比较。利用显硬度计对试样进行研究分析。40cr钢板结果表明:40cr钢板经530°变温共渗6h氨气流量0.3L/h乙醇流量0.4L/min循环离子共渗处理表面硬度高达到硬化要求共渗层厚度为0.245mm且梯度平缓优于常规恒温离子共渗使工件达到了优化的目的。 

  汽车传动轴总成是汽车的关键零部件之一。其中传动轴部分常采用45钢的空心管和40Cr钢板实心轴焊接获得以实现汽车传动轴的轻量化和低成本。开展45#-40Cr传动轴激光焊接工艺研究具有重要意义。采用激光焊接技术进行传动轴的焊接主要面临以下问题:不同钢材料传动轴激光焊接过程中的接头性能的不一致和管材焊缝搭接的焊接缺陷问题。针对上述问题本文主要研究内容如下:首先提出采用偏移激光光斑的方法来解决不同钢焊接接头性能不一致的问题

  先对40Cr-45钢进行激光对接焊的激光功率和焊接速度的优化实验再基于激光深熔焊原理及上述优化参数进行光斑偏移影响焊接接头性能的实验研究。并对比分析焊缝成型、观组织和力学性能。研究表明:采用偏移激光光斑的方法能较好的解决焊接接头性能一致性的问题。优化参数为激光功率4.65 kW、焊接速度0.9m·min-1、离焦量-2mm。即当激光偏向40Cr钢侧0.1mm时获得的焊缝成型较好且关于连接线对称分布;焊缝各区域显组织和硬度均匀且焊件的抗拉强度高于母材45钢。其次提出实时调控焊接工艺参数的方法来解决管材焊缝搭接的焊接缺陷问题。采用40cr中厚钢板管材进行了管材环缝激光焊实验。选择易于控制的激光功率为变量研究不同变激光功率下所获得焊接接头的优劣。并结合理论分析和实验结果作为参照优化激光功率变化趋势。研究结果表明:管材焊接缺陷主要为收尾处的凹陷缺陷和焊缝前后段工件基础温度差引起的焊缝不均匀缺陷。

本课题对TA2与40Cr钢进行了激光焊接试验分析了接头中添加过渡层金属后TA2与40Cr钢板的焊接性从而确定以金属V、Cu组成复合过渡层其中V的厚度为0.3mm0.7mm、Cu的厚度为0.5mm1.5mm。研究复合过渡层的不同厚度组合及不同激光焊工艺参数对接头组织和性能的影响。通过光学显镜、扫描电镜、XRD等分析测试手段对接头的组织、断口形貌和物相进行分析通过抗拉强度和显硬度测试对接头的力学性能作出评价。

  采用ANSYS软件对TA2/40Cr钢添加0.3mmV/1mmCu过渡层金属与添加0.7mmV/1mmCu过渡层金属的激光对焊的温度场和应力场进行数值模拟并通过实测残余应力对模拟结果进行验证。研究结果表明:在TA2/40Cr钢对接接头中加入0.5mmV/0.5mmCu复合过渡层金属后进行激光焊接无法实现TA2与40Cr钢的可靠连接接头焊后即发生开裂断口处有脆性Ti-Cu系列化合物但未发现Fe-Ti间脆性化合物。当复合过渡层中的V层厚度保持0.5mm不变而Cu层厚度由0.75mm增至1.5mm时40cr钢板接头强度先增加后降低激光功率在TA2侧为2.9KW、40Cr钢侧为2.7KW复合过渡层为0.5mmV/1mmCu时强度 达到了251MPa。当复合过渡层中的Cu层厚度保持1.0mm不变而V层厚度在0.4mm以下时工艺上很难实现TA2与40Cr钢的可靠连接接头强度波动很大;当V层厚度为0.7mm、Cu层厚度为1.0mm激光功率在TA2侧为2.7KW、40Cr钢侧为2.5KW时强度 达到了311MPa。

添加中间过渡层一方面可缓解焊接应力40cr钢板另一方面可有效阻止Ti和Fe元素的结合避免形成Fe-Ti间脆性化合物因而可提高接头强度。在一定范围内改变离焦量和偏移量对接头强度也有一定影响。采用0.5mmV/1mmCu的复合过渡层激光功率在TA2侧为2.7KW、40Cr钢侧为2.5KW离焦量为-1.0mm时强度 为313MPa;在离焦量为0其他条件相同的情况下改变偏移量接头强度都有不同程度的下降当偏移量为0.30mm时强度 为252MPa。接头的硬度分布波动很大。硬度 处位于40Cr钢侧熔合线附近的热影响区 达800HV0.3左右;其次是第二道焊缝中心处大约为450550HV0.3; 的是原V/Cu接触面处仅为50HV0.3左右;

  此外40Cr钢板热影响区中的软化区也是硬度偏低的区域。TA2与40Cr钢焊接温度场与应力场模拟结果表明激光焊过程中温度上升、下降速率非常快焊缝凝固过程为极端非平衡过程。 纵向残余拉应力和横向残余拉应力均位于40Cr侧的Cu/40Cr钢焊缝中。当复合过渡层中的Cu层厚度为1mm而V层厚度由0.3mm增至0.7mm时40cr钢板大纵向残余拉应力和横向残余拉应力均有明显的下降因而在本课题的试验条件下40cr钢板采用0.7mmV/1.0mmCu的复合过渡层可以获得更优质的焊接接头。

  采用SQC-100高焓等离子喷涂设备在启闭机活塞杆用40Cr钢表面制备Cr2O3涂层。对Cr2O3涂层的观组织结构、显硬度、孔隙率、结合强度、抗磨损性能、电化学性能等进行分析与测试并分析Cr2O3涂层的磨损机理。结果表明:高焓等离子喷涂获得的Cr2O3涂层孔隙率为0.81%平均显硬度（HV0.2）达1 310.3结合强度均值为60.6 MPa。摩擦磨损实验表明Cr2O3涂层的质量损失仅为0.001 3 g基体材料40Cr钢的质量损失为0.101 8 g涂层的抗摩擦磨损性能为基体材料的78倍涂层的磨损机理为磨粒磨损和粘着磨损。同时Cr2O3涂层的抗电化学腐蚀能力优于基体材料。40cr钢板利用高焓等离子喷涂制备Cr2O3涂层具有优良好的应用前景。