基于深冷處理提供的溫度場和永磁體提供的勻強(qiáng)磁場,對42CrMo鋼板合金鋼進(jìn)行磁場深冷處理,并與常規(guī)工藝和深冷處理工藝進(jìn)行了對比分析。結(jié)果表明:磁冷工藝在深冷處理工藝的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高了42CrMo鋼的耐磨性,磁冷工藝處理材料的耐磨性較常規(guī)工藝和深冷工藝分別提高約26. 7%和22. 2%。

   這是由于深冷處理使得殘留奧氏體進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為馬氏體;深冷處理也使得過飽和馬氏體析出大量碳生成碳化物;深冷處理中磁場的存在對α-Fe晶格的作用使過飽和馬氏體析出碳的方向得到優(yōu)化,回火屈氏體在磁場方向致密聚集,耐磨性提高。 基于有限元計算分析了直徑為Φ40 mm的42CrMo鋼圓棒試樣分別使用淬火油和PAG水基液淬火后試樣不同位置的組織、硬度以及淬火過程中的溫度變化,采用硬度檢測和顯組織分析對模擬結(jié)果進(jìn)行了驗證。42crmo鋼板結(jié)果表明,當(dāng)使用淬火油淬火時,試樣表面由奧氏體向馬氏體和貝氏體轉(zhuǎn)變,心部由奧氏體向貝氏體轉(zhuǎn)變;當(dāng)使用PAG水基液淬火時,試樣表層幾乎轉(zhuǎn)變成馬氏體,心部轉(zhuǎn)變成馬氏體和貝氏體;試樣經(jīng)淬火油和PAG水基液淬火后,表面硬度分別為58和55 HRC,均由表面至心部硬度逐漸降低,但使用PAG水基液淬火后試樣的心部硬度比用淬火油的高5 HRC,約為50 HRC。 

  目的提高42CrMo鋼板激光淬火后硬化層的深度和分布均勻性。方法利用COMSOL Multiphysics軟件對42CrMo鋼激光淬火過程中溫度場的演變進(jìn)行分析,且考慮材料的熱物性參數(shù)隨溫度變化。通過設(shè)定激光工藝參數(shù)模擬試樣的溫度場分布,利用馬氏體轉(zhuǎn)變條件得到硬化層形貌尺寸。參照模擬結(jié)果,利用連續(xù)輸出的光纖耦合半導(dǎo)體激光器對42CrMo鋼進(jìn)行激光淬火實驗,用熱電偶測溫儀對試樣測溫并與模擬的溫度歷史曲線進(jìn)行對比,用光學(xué)顯鏡對試樣橫截面處硬化層形貌進(jìn)行分析,將實驗所得硬化層形貌與模擬結(jié)果進(jìn)行比較。并在相同的功率密度下,改變光斑的幾何尺寸進(jìn)行模擬,分析并比較硬化層的幾何特征。結(jié)果實驗所測某點的溫度歷史曲線與模擬結(jié)果一致性較高,硬化層實際形貌與模擬結(jié)果基本吻合。

對于大傾覆力矩、重載疲勞和高沖擊高磨損的軸承材料,通常采用感應(yīng)淬火進(jìn)行表面強(qiáng)化,但存在軟帶和變形大等問題。而使用激光淬火硬化層深度在1 mm以內(nèi),42crmo鋼板且橫截面硬化層為"月牙形",試樣表面各點硬化層分布不均,較淺處易提前發(fā)生損壞。

   為解決以上問題,利用COMSOL軟件模擬激光深層淬火過程溫度場時空分布,與常規(guī)激光淬火不同,激光深層淬火采用了寬光斑、低速掃描,且輔助用于提高吸光率的涂料,在軟件中設(shè)定不同激光功率、掃描速度和光斑尺寸,分析得到不同工藝參數(shù)下的溫度場分布、硬化層形貌和特征尺寸,并在模擬指導(dǎo)下進(jìn)行實驗得到深層硬化層,并探究光斑尺寸對硬化層深度、寬度、均勻性的影響。模擬結(jié)果表明,選擇適當(dāng)?shù)募す夤β拭芏群蛼呙杷俣冗M(jìn)行激光淬火溫度場的模擬,可以得到3.6 mm深的硬化層。以此進(jìn)行光纖耦合半導(dǎo)體激光器淬火實驗,實驗所得有效硬化層深度為3.7 mm,硬化層平均硬度為774 HV0.3。42crmo鋼板將實驗所得硬化層形貌和模擬結(jié)果進(jìn)行對比,平均誤差為6.5%。模擬結(jié)果還表明,在激光功率、光斑面積和掃描速度不變時,改變光斑的寬度,硬化層的寬度與光斑的寬度成正比例,硬化層的深度隨光斑寬度增加先增加后減小。隨著光斑寬度增加,硬化層分布更加均勻。

  利用金相顯鏡、洛氏硬度計和掃描電鏡,對經(jīng)過預(yù)備熱處理（退火、淬火、調(diào)質(zhì)）+亞溫淬火+高溫回火處理（又稱臨界區(qū)淬火+回火）后的42CrMo鋼的組織、沖擊性能以及斷口形貌進(jìn)行了觀察和分析。結(jié)果表明,預(yù)備熱處理為退火處理時,亞溫處理后殘留的鐵素體粗大不均;且在回火索氏體之間分布不均勻;預(yù)備熱處理為淬火處理和調(diào)質(zhì)處理時,殘留的鐵素體形態(tài)細(xì)小,且與回火索氏體均勻分布。采用不同預(yù)備熱處理時,亞溫處理后的硬度差別很小。亞溫處理后42CrMo鋼的沖擊性能均高于常規(guī)調(diào)質(zhì)處理后的沖擊性能;預(yù)備熱處理為調(diào)質(zhì)處理時,亞溫處理后的沖擊功 ,從其斷口形貌中可以看出,其起裂區(qū)和裂紋纖維擴(kuò)展區(qū)所占比例較退火處理和淬火處理時要大。因此,調(diào)質(zhì)處理更適合作為42CrMo鋼的預(yù)備處理。 

淬硬42CrMo鋼板以其高強(qiáng)度、高韌性、優(yōu)異的淬透性,適用于制造多種高載荷、交變載荷、高精密等多因素疲勞損傷失效的零件。該材料硬度高,因此普通加工方式加工難度大,加工后表面應(yīng)力不可控,表面質(zhì)量差。超聲輔助磨削在加工硬脆材料方面具有優(yōu)異性能,本文采用軸向超聲振動輔助磨削方式以及普通磨削方式對淬硬42CrMo鋼進(jìn)行加工試驗,使用各種測量儀器測量兩種磨削后的42CrMo表面質(zhì)量并觀察分析。結(jié)果表明,兩種方式加工后工件表面均有殘余壓應(yīng)力,超聲輔助磨削加工后工件表面殘余壓應(yīng)力提高11.0%～30.8%,形貌優(yōu)于普通磨削加工的粗糙度降低約80%,顯硬度高于普通磨削約10%。 

 采用不同的旋轉(zhuǎn)速度對42CrMo鋼汽車半軸進(jìn)行了旋鍛,并進(jìn)行了磨損性能和沖擊性能的測試與分析。結(jié)果表明,隨旋轉(zhuǎn)速度從30 r/min增大至110 r/min,半軸試樣的磨損體積先減小后增大,沖擊吸收功先增大后減小,磨損性能和沖擊性能先后下降。當(dāng)旋轉(zhuǎn)速度70 r/min時,試樣的磨損體積達(dá)到小值17×10-3mm3,沖擊吸收功達(dá)到 值89 J,與30 r/min旋轉(zhuǎn)速度相比,磨損體積減小了29.17%,沖擊吸收功增大了11.25%。旋鍛42CrMo鋼半軸的 旋轉(zhuǎn)速度為70 r/min。 

  大批量42crmo鋼板M24螺栓在淬火、回火后發(fā)現(xiàn)縱向開裂。對開裂螺栓進(jìn)行了宏觀檢驗、化學(xué)成分檢測、硬度試驗和金相檢驗。結(jié)果表明:裂紋兩側(cè)有氧化現(xiàn)象,裂紋具有沿晶開斷裂的特征,為淬火裂紋,及螺栓開裂是由淬火不當(dāng)所致。