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42CrMo钢离子渗氮层组织对冲击磨损性能的影响

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机械强度 2021年第2期43卷 300-307页

作者：张志星任岩平高恒李忠文卢金生蔡振兵朱旻昊西南交通大学摩擦学研究所成都610031 中车青岛四方机车车辆股份有限公司青岛266111 郑州机械研究所有限公司郑州450052

采用调质态的42CrMo钢作为基材在530℃,在N2比例为3%和80%的两种氮氢混合气体中进行离子氮化,获得了两种具备不同化合物层的试样,化合物层分别是ε+γ’复合相以及γ’单相。并在基于能量控制的冲击磨损试验机上考察了不同离子渗氮工艺... 详细信息

采用调质态的42CrMo钢作为基材在530℃,在N2比例为3%和80%的两种氮氢混合气体中进行离子氮化,获得了两种具备不同化合物层的试样,化合物层分别是ε+γ’复合相以及γ’单相。并在基于能量控制的冲击磨损试验机上考察了不同离子渗氮工艺对42CrMo钢冲击磨损行为的影响。结果表明:氮化试样的硬度更高,其冲击力峰值和冲击能量吸收率均低于42crmo基材试样,离子氮化显著提高了42CrMo钢的抗冲击磨损性能。与γ’单相试样相比,ε+γ’复合相试样由于更高的硬度和更优良的冲击动力学响应,显示出更强的抗冲击磨损性能。42CrMo钢的冲击磨损机制为塑性变形、剥层磨损和氧化磨损,氮化试样的冲击磨损机制为疲劳剥落、轻微的磨粒磨损和氧化磨损,离子氮化显著减轻了42CrMo钢在冲击磨损中的剥落和氧化,γ’单相试样磨痕的氧化程度还要轻于ε+γ’复合相试样。

关键词： 42CrMo钢离子氮化冲击磨损化合物层磨损机制

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42CrMo钢热变形行为及热模拟的研究

42CrMo钢热变形行为及热模拟的研究

作者：周雨童山东大学

学位级别：硕士

大型锻件强度高、结构完整,广泛应用于电力、船舶、冶金、石化、重型机械和国防等工业领域。大型锻件的制造过程是重大装备制造业的关键技术之一,其质量好坏直接影响设备运行的可靠性和最终产品的性能,是发展先进装备制造业的基础。大... 详细信息

大型锻件强度高、结构完整,广泛应用于电力、船舶、冶金、石化、重型机械和国防等工业领域。大型锻件的制造过程是重大装备制造业的关键技术之一,其质量好坏直接影响设备运行的可靠性和最终产品的性能,是发展先进装备制造业的基础。大型锻件所要求的各项力学性能都比较高,而这些指标通常是通过热机械加工和随后的热处理来保证的。但大型锻件的制造工艺复杂,且由于体积较大,很容易出现组织缺陷、应力集中等问题。在微观层面上,热加工时的热变形行为受多种变形机制影响,内部组织、结构都会发生变化,导致最终产品性能发生变化。在科学技术发展的今天,可以使用数值模拟方法简化问题,指导优化生产加工工艺参数。本文针对大型风电主轴用42CrMo钢开展热变形和热处理过程的数值模拟仿真,目的是建立材料的本构方程和热处理过程优化。42CrMo钢是制造大型锻件的常用材料,可加工性好,性能优异。本文使用42CrMo钢作为实验材料,根据变形温度850℃、950℃、1050℃,应变速率0.01 s-1、0.1 s-1、1 s-1下的热压缩实验结果,研究其在不同条件下的热变形行为。发现其热变形过程中加工硬化和动态软化同时发生,曲线呈现典型的动态再结晶特征。在相同变形量下,流变应力随着变形温度的降低和应变速率的增大而增大。依据42CrMo钢热压缩的真应力-应变曲线构建现象学与物理基结合的本构模型,并从指标分析、数据比较和组织验证三方面对模型的准确性进行评价,发现与动态回复、动态再结晶结合的Arrhenius模型准确性更高,预测能力更好。在此基础上,计算了热物性参数、力学性能参数和相变参数,构建了针对42CrMo钢热变形和热处理模拟用数据库。使用Deform-3D软件,模拟分析了 42CrMo钢在900℃,应变速率0.01 s-1、0.1 s-1、1 s-1下热压缩行为。模拟出的真应力-应变曲线与实际实验曲线吻合得较好,且模拟预测的动态再结晶体积分数与根据金相图估算的值基本一致,证明所构建的本构方程准确性较高。在Deform-HT模块中进行42CrMo钢的末端淬火模拟。模拟过程中,端淬面温度下降迅速,表面与心部温度变化相差不大。工件发生奥氏体转变,端淬面处马氏体含量较高。模拟预测的残余奥氏体含量与根据实验计算的数值比较接近,预测的硬度值与实验值基本相符。说明根据42CrMo钢数据库模拟端淬过程可靠有效,可根据模拟结果分析热处理过程、改进生产加工工艺参数。

关键词： 42CrMo钢本构模型热变形热模拟显微组织

42CrMo钢激光-感应复合淬火淬硬层几何特征及组织

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稀有金属材料与工程 2022年第7期51卷 2519-2528页

作者：唐泽浩张群莉黄华陈智君曹军胜姚建华浙江工业大学机械工程学院浙江杭州310023 浙江工业大学激光先进制造研究院浙江杭州310023 高端激光制造装备省部共建协同创新中心浙江杭州310023 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033

采用激光-感应复合淬火的新工艺,将激光和电磁感应2种热源复合提高42CrMo钢激光淬火的淬硬层深度和均匀性。利用COMSOL Multiphysics 5.5软件对42crmo复合淬火过程中温度场的演变过程进行分析,通过淬火实验对模型进行了验证,淬硬层深度... 详细信息

采用激光-感应复合淬火的新工艺,将激光和电磁感应2种热源复合提高42CrMo钢激光淬火的淬硬层深度和均匀性。利用COMSOL Multiphysics 5.5软件对42crmo复合淬火过程中温度场的演变过程进行分析,通过淬火实验对模型进行了验证,淬硬层深度模拟值与实验值一致性较高。采用该模型,比较了复合淬火与单一激光淬火和单一感应淬火在同工艺下淬硬层的表面温度和深度,分析了不同扫描速度和激光光斑尺寸对淬硬层深度的影响。通过实验对复合淬火的淬硬层深度、硬度、晶粒大小和显微组织进行分析。结果表明,激光-感应复合淬火可以有效提高试样的表面淬火温度,增大淬硬层宽度和深度,弥补单一激光淬火激光功率不足的缺点,通过模型预测了复合淬火最优扫描速度和光斑尺寸。相较于2种单一热源淬火,复合淬火的晶粒度和显微组织形态在深度方向上的变化趋势与激光淬火相似,但具有更高的淬硬层平均硬度。

关键词：激光淬火电磁感应 42CrMo钢数值模拟几何特征组织

渗氮层组织调控对42CrMo钢磨损性能的影响

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材料热处理学报 2018年第1期39卷 116-122页

作者：李文政王博郭正洪顾剑锋上海交通大学材料科学与工程学院

研究了42CrMo钢在530℃,0.02 MPa^1/2氮势和0.365 MPa^1/2氮势条件下的气体渗氮行为,表征了其渗氮层的相结构、显微组织、硬度以及韧性,通过调控氮势和渗氮时间获得了有效硬化层厚度相同的有化合物层和无化合物层试样,并在100 N和300 N... 详细信息

研究了42CrMo钢在530℃,0.02 MPa^1/2氮势和0.365 MPa^1/2氮势条件下的气体渗氮行为,表征了其渗氮层的相结构、显微组织、硬度以及韧性,通过调控氮势和渗氮时间获得了有效硬化层厚度相同的有化合物层和无化合物层试样,并在100 N和300 N的载荷下进行了磨损实验,建立了质量损失速率模型。结果表明：渗氮处理能有效提高材料的耐磨性,在100 N载荷时,试样为典型的粘着磨损,有化合物层试样由于具有较高的硬度,在低载时表现出较好的耐磨性,而在300 N载荷时,由于化合物层韧性较差,极易剥落,其主要磨损形式由粘着磨损变为磨粒磨损,磨损量急剧增加,耐磨性下降,无化合物层试样在高载时具有更好的耐磨性。

关键词：气体渗氮 42CrMo钢磨损性能组织调控

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42CrMo钢长轴感应淬火裂纹原因分析

金属加工（热加工） 2024年第1期 76-81页

作者：陈步超宋翊刘海明陈露王致远牛宗冉鞠玉琳袁志钟江苏大学材料科学与工程学院江苏镇江212013

观察了感应淬火后42CrMo钢长轴开裂的微观组织、裂纹形貌并测试其化学成分和力学性能,分析了裂纹的形成原因。结果表明:裂纹沿轴向分布且仅存在于大直径区域的淬硬层,与心部相比,该区域晶粒异常粗大且部分晶界熔化,裂纹沿晶扩展,裂纹内... 详细信息

观察了感应淬火后42CrMo钢长轴开裂的微观组织、裂纹形貌并测试其化学成分和力学性能,分析了裂纹的形成原因。结果表明:裂纹沿轴向分布且仅存在于大直径区域的淬硬层,与心部相比,该区域晶粒异常粗大且部分晶界熔化,裂纹沿晶扩展,裂纹内存在氧化物,因此判断裂纹产生的主要原因是感应淬火工艺参数不当,导致在长轴直径增大区域的淬火加热温度过高,从而造成淬硬层发生过烧、晶界弱化甚至烧蚀,从而出现裂纹。相比小直径区域,大直径区域的淬硬层较厚、硬度偏低,也佐证了该论断。

关键词： 42CrMo钢沿晶裂纹感应淬火夹杂物过烧

42CrMo钢等离子氮化和水射流喷丸复合处理

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中国表面工程 2016年第6期29卷 23-29页

作者：范航京梁益龙邹雄杜霈轩胡君杰杨明贵州大学材料与冶金学院贵阳550025 贵州大学贵州省材料结构与强度重点实验室贵阳550025

利用真空脉冲等离子氮化技术,探究等离子氮化处理的最佳工艺参数;而后利用高压水射流喷丸技术研究了氮化前进行水射流喷丸预处理对氮化层的组织和性能的影响。采用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪等对氮化层的显微组织、形貌、含氮... 详细信息

利用真空脉冲等离子氮化技术,探究等离子氮化处理的最佳工艺参数;而后利用高压水射流喷丸技术研究了氮化前进行水射流喷丸预处理对氮化层的组织和性能的影响。采用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪等对氮化层的显微组织、形貌、含氮量、相成分进行检测和分析,采用XRD应力测定仪,表面粗糙度仪,显微硬度仪对渗氮层表面完整性进行了分析。结果表明：等离子氮化工艺最佳温度为530~540℃,等离子氮化后表面完整性（表面残余应力,粗糙度,表层硬度梯度,渗层形貌）得到改善。而经过复合处理使γ＇相衍射强度增强,氮化层均匀,渗层厚度增加超过100μm,进一步改善了等离子渗氮层质量和性能。

关键词： 42CrMo钢等离子氮化水射流喷丸复合处理表面完整性

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42CrMo钢表面脱碳行为研究

钢铁研究学报 2019年第2期31卷 196-201页

作者：赵宪明张坤杨洋东北大学轧制技术及连轧自动化国家重点实验室辽宁沈阳110819

利用S60/58507型高温热重分析仪研究了加热温度对42CrMo钢脱碳的影响,分析了脱碳组织形貌规律,对传统脱碳模型进行了修正。结果表明,总脱碳深度随加热温度的升高而增加。当加热温度为900℃时,42CrMo钢表面出现完全脱碳层和部分脱碳层,... 详细信息

利用S60/58507型高温热重分析仪研究了加热温度对42CrMo钢脱碳的影响,分析了脱碳组织形貌规律,对传统脱碳模型进行了修正。结果表明,总脱碳深度随加热温度的升高而增加。当加热温度为900℃时,42CrMo钢表面出现完全脱碳层和部分脱碳层,当温度为950℃及以上温度时,42CrMo钢表面只出现部分脱碳层。部分脱碳层中铁素体沿晶界分布,形成网状铁素体组织。由于合金元素的作用,传统的脱碳模型不能适用于42crmo,修正之后的模型能够较为准确地预测42CrMo钢的总脱碳深度。

关键词： 42CrMo钢脱碳合金元素动力学模型

42CrMo钢船用曲拐加热和淬火过程数值模拟

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金属热处理 2019年第11期44卷 188-195页

作者：刘杰李萌蘖李绍宏卜恒勇昆明理工大学材料科学与工程学院

利用ABAQUS有限元分析软件及二次开发对42crmo船用曲拐加热和淬火过程进行数值模拟。结果表明:工件分段加热过程中,表面与心部的最大温差出现在第二个保温阶段,达到88.6℃;第二阶段保温结束时,工件内外基本无温差,珠光体完全转变为奥氏... 详细信息

利用ABAQUS有限元分析软件及二次开发对42crmo船用曲拐加热和淬火过程进行数值模拟。结果表明:工件分段加热过程中,表面与心部的最大温差出现在第二个保温阶段,达到88.6℃;第二阶段保温结束时,工件内外基本无温差,珠光体完全转变为奥氏体。在淬火过程中,曲拐表层形成了一定厚度的马氏体组织,至半马氏体处厚度约为70 mm,其表面马氏体含量的体积分数约为96%;贝氏体主要集中在曲拐的次表层,且其最大含量约为56%;曲拐的心部为完全的珠光体组织;残留奥氏体主要集中在曲拐的表层,且其最大含量约为4%。

关键词： 42CrMo钢数值模拟温度场组织场

42CrMo钢离子渗氮过程氮浓度分布的数值模拟

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材料热处理学报 2017年第12期38卷 129-138页

作者：丁一杨兴宽彭明霞申灏石伟清华大学机械工程系北京100084 中国铁道科学研究院金属及化学研究所北京100081

在氨气气氛中对42crmo试样在510、540和560℃下离子渗氮1、3、5和7 h,并进行微观组织观察、复合层厚度测定、相成分表征和氮浓度分布测定。采用改进Wagner模型实现了对复合层氮浓度与层厚的数值模拟,考虑了(ε+γ')混合相的存在,所建模... 详细信息

在氨气气氛中对42crmo试样在510、540和560℃下离子渗氮1、3、5和7 h,并进行微观组织观察、复合层厚度测定、相成分表征和氮浓度分布测定。采用改进Wagner模型实现了对复合层氮浓度与层厚的数值模拟,考虑了(ε+γ')混合相的存在,所建模型对高渗氮量情况的模拟精度较高,复合层厚度的模拟值与实验值的相对误差小于13.6%。实现了对于扩散区α相部分的氮浓度分布模拟,计算结果与实验结果的相对误差小于19%。

关键词：渗氮离子表面处理 42CrMo钢数值模拟