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采用电沉积方法在汽车传动部件用40Cr钢表面制备Ni-nanoSiC复合镀层。以复合镀层中SiC质量分数和复合镀层的硬度作为指标,通过正交实验优化施镀工艺参数,得到 施镀工艺参数:搅拌速度为300 r/min、镀液中SiC颗粒质量浓度为20 g/L、温度为50℃、阴极电流密度为14 A/dm2。结果表明:采用 施镀工艺参数制备的Ni-SiC复合镀层表面平整、组织致密,其磨损机制为轻度磨粒磨损,平均摩擦因数约为0.45,低于40Cr钢的0.6;磨损量约为6.27 mg,相比40Cr钢约降低25.6%。Ni-nanoSiC复合镀层能够提供有效的防护,改善和提高40Cr钢的抗磨损性能。
对0.027%S的XGML40Cr和0.006%S的ML40Cr盘条试样进行进刀量0.015 mm/r,切削深度0.1 mm,切削速度1230 m/min的切削试验。试验结果表明,XGML40Cr断屑性能优于ML40Cr,其切削长度为ML40Cr钢1/53/5,XGML40Cr切削过程产生更低的切削热,蓝色切屑比例为10%,ML40Cr钢为70%,XGML40Cr切屑变形系数低于ML40Cr,XGML40Cr表面粗糙度（Ra 10.2μm）优于ML40Cr（Ra 22.4μm）。含硫XGML40Cr钢的力学性能与ML40Cr相当,870℃淬火和500℃回火后的力学性能为抗拉强度1 082 MPa,断面收缩率70%,HRC硬度值40,冲击功AKV272 J
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,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450~550HV0.3; 的是原V/Cu接触面处,仅为50HV0.3左右;此外,40Cr钢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, 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,采用0.7mmV/1.0mm
设计了40Cr钢的端面淬火工艺,研究了φ110 mm工件断面从表层到心部淬火后的组织,并测试了从表层到心部的硬度分布。结果表明:40Cr 淬火工艺为淬火3 min后250℃回火;按照此淬火工艺,φ110 mm工件断面淬火后淬硬层硬度为53~55 HRC,半马氏体深度为5~10 mm。在距表面深度超过15 mm后,马氏体消失,显微组织主要为片层状珠光体+先共析铁素体,硬度下降到表面硬度的1/2。
惯性径向摩擦焊接头40Cr侧金相组织也可分为三个区域:亮白区,热影响区和母材区。当压力相同时,亮白区宽度随转速增加而增加;当转速相同时,亮白区宽度随压力增加而增加。亮白区有索氏体和少量淬火马氏体。热影响区和母材区中组织为珠光体和铁素体。但热影响区晶粒尺寸比母材区小。焊缝两侧各区域平均晶粒尺寸随工艺参数改变而改变,当压力相同时,晶粒尺寸随转速先增大后降低;当转速相同时,压力较大的一组晶粒尺寸较小。(3)T2紫铜环和40Cr钢棒惯性径向摩擦焊接接头的显微硬度在界面处达到峰值。随后铜侧硬度随着远离焊缝,硬度迅速降低;钢侧硬度在远离焊缝后,下降缓慢。(4)在T2紫铜环和40Cr钢棒惯性径向摩擦焊接接头的剪切试验中,所得 剪切强度为182.8MPa,明显高于其他铜钢径向焊接工艺所达到的剪切强度。在全部十组试样中,有四组试样剪切强度大于或等于母材T2紫铜的剪切强度。同时考虑到宏微观分析中所得结论,认为 转速4500rpm、顶锻压力8MPa, 转速4800rpm、
为了更好地指导TiAlN涂层刀具在金属切削加工中的应用,采用物理气相沉积法制备了TiAlN涂层刀具,应用TiAlN涂层刀具和未涂层刀具对不同调质状态的40Cr钢进行了干式切削试验。通过对切削过程中切削力和切削温度检测,考察了TiAlN涂层刀具的切削性能。结果表明,与YT15硬质合金刀具相比,TiAlN涂层刀具适合切削高硬度的金属材料,且优越性更明显。
为了研究40Cr钢表面纳米化对其耐磨性能的影响,对40Cr钢表面进行高能喷丸处理,获得纳米结构表层,分析了材料表面高能喷丸前后的微观组织变化,测定了纳米化材料表层的残余应力及显微硬度,研究了纳米化表层的磨损性能。结果表明:高能喷丸使40Cr钢表层发生了严重塑性变形,显微硬度较基体提高了68%,并使材料表面分布了较高幅值残余压应力, 可达-736 MPa,残余压应力层深度达0.9 mm;高能喷丸表面纳米化能在一定程度上降低40Cr钢表面的摩擦系数,且大大减小其磨损失重,显著改善了40Cr钢的耐磨性能。
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在真空钎焊炉中,采用Ag-Cu-Ti钎料,在10、15、30 min三种钎焊保温时间下对Ti(C,N)与40Cr钢进行钎焊试验,利用扫描电镜和能谱分析对三种保温时间下钎焊界面的微观组织进行分析。结果表明,随着钎焊保温时间的延长,接头钎料与母材之间的元素扩散越充分,反应层厚度越大。界面产物主要为:金属陶瓷侧为Cu基固溶体、(Cu,Ni)固溶体、Ag基固溶体及少量金属间化合物AlCu2Ti;钎料中间层为Ag基固溶体和Cu基固溶体;40Cr钢侧为(Fe,Ni)固溶体及少量TiC颗粒层。
为了改善金属卷筒的组织性能,采用Mo+Y2O3制成合金粉末,将粘接剂均匀涂覆在40Cr钢基材表面,用CO2激光器对材料表面进行了激光合金化处理。利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微硬度计、磨损试验机研究了Mo+Y2O3对合金化层的硬度、耐磨性、组织结构、形成机理的影响。结果表明,在加入稀土氧化物Y2O3后,合金层晶粒显著细化,晶界得到强化,增加了显微组织的均匀性、致密性,硬度、耐磨性得到显著提高,有利于提高金属卷筒表面的硬度和耐磨性。
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