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利用Gleeble3800型热力模拟试验机对40Cr试样进行热压缩试验,得到不同温度和应变速率下的应力-应变曲线。用XRD、SEM和OM对热压缩后试样表面物相和金相形貌进行表征,分析了不同温度和不同应变速率下,热压缩对试样表面组织性能的影响。结果表明:变形抗力与应变速率成正比,与试验温度成反比,残留奥氏体含量同样遵循此规律;650℃时表面以片状珠光体为主,750℃时表面组织以马氏体和贝氏体为主,随着温度升高,材料表面出现轻微氧化;在650℃时可获得约350 MPa的平均残余应力,且在同一温度下,应变速率的提高有利于提高表面残余应力,这将有利于提高材料的抗疲劳性能。
基于对超细化预处理的40Cr/40Cr电场作用下超塑性焊接可行性的分析,在非真空、无保护气氛下,以电场作用下40Cr/40Cr的超塑性焊接工艺为研究对象,探讨其在非真空、无保护气氛下,有、无电场作用下40Cr钢的压缩及40Cr/40Cr的超塑性焊接工艺,根据压缩试验结果选E=0和2 k V/cm进行压接。结果表明:在750℃、应变速率为1.5×10-4s-1、保温时间20 min条件下压缩时,E=2 k V/cm时电场作用效果明显;并选E=0和2 k V/cm焊接试样拉伸强度分别为636.7和657.8 MPa,通过扫描电镜对压缩、焊接试样及拉伸断口进行微观分析,可以看出加2 k V/cm电场的试样组织更细化,结合更紧密,说明电场是有利于超塑性固态焊接的。
针对复杂盘饼类零件铸造成形合格率低的弊端,本文提出了等温锻造生产盘饼类零件的方案。本文从零件的结构出发,拟定了三种原始坯料的结构,并对比研究了锻造过程中三种初始坯料结构对锻件应变的影响。结果表明,使用椭圆形坯料,锻件凸耳处应变较小,原始坯料质量少,节省原材料。
在以40Cr钢为基材的汽车传动轴表面制备出Ni-SiC纳米复合镀层,检测并分析了复合镀层的显微结构、硬度、抗磨损性能和耐腐蚀性能,并与40Cr钢基材进行了对比。结果表明,Ni-SiC纳米复合镀层主要由Ni、SiC相组成,其平均硬度约为558.4 HV,是40Cr钢硬度的1.5倍。镀层稳定时的摩擦因数维持在0.39左右,相比40Cr钢明显降低,镀层的腐蚀速率也明显低于40Cr钢。Ni-SiC纳米复合镀层能提高汽车传动轴的抗磨损性能和耐腐蚀性能。
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0.3mm~0.7mm、Cu的厚度为0.5mm~1.5mm。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。通过光学显微镜、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,通过抗拉强度和显微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,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、
40Cr钢经调质处理后,具有良好的综合力学性能,常用于加工机械设备中重要的轴类、连杆和齿轮等零部件。在服役过程中,这类部件将会受到交变、冲击、振动等动载荷的作用,由疲劳、磨损引起的故障大大增加,这会带来难以估计的损失及隐患。本文采用激光重熔技术对调质40Cr钢表面进行处理。通过对处理后试样表层微观结构和受力状态的表征,获得了激光表面重熔处理后试样的组织及力学性能变化规律;根据疲劳裂纹扩展速率、摩擦系数、磨损量等数据,建立了疲劳裂纹扩展行为和摩擦磨损机制;探索了激光表面重熔技术在提高调质40Cr钢零件服役寿命领域应用的可行性。经过激光表面重熔处理后,熔化区的组织由细小的马氏体及碳化物颗粒组成,热影响区的组织多为熔化区与基体区组织的混合。
对40Cr钢进行QPQ盐浴氮氧化复合处理、离子渗氮、镀铬、氧化处理,用显微硬度计、金相显微镜测试了试样表面的显微硬度梯度,观察了渗层组织,用磨损试验机、中性盐雾试验机进行了耐磨性和耐腐蚀性研究。结果表明:经过QPQ处理后的40Cr钢表面生成了Fe2～3N高浓度氮化物层和致密Fe3O4氧化膜,其相应的耐磨性和耐蚀性是四种工艺中 的。
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