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为明确转炉→LF精炼→连铸工艺条件下生产40Cr钢浸入式水口结瘤分层结构的形成机理,采用扫描电镜、阴极发光仪以及FactSage 7.1热力学软件,对40Cr钢水口结瘤形貌及分层结构进行了研究。结果表明,浸入式水口结瘤物分为水口脱碳层、凝钢层、夹杂物堆积层、凝钢层和表面疏松层。分析了40Cr钢在连铸过程中钢中Al2O3、Al2O3-CaO（SiO2）和Al2O3-MgO尖晶石在水口内壁上的分层沉积现象。结合现场工艺,研究了双凝钢层的形成机理,并通过热力学计算解释了结瘤物的形成机理。
激光表面重熔后的平均硬度约378 HV,相比于基体硬度增加了45%。激光表面重熔处理后,表面存在残余拉应力, 值为310 MPa,随着深度的增加,残余拉应力迅速减小到零并转变为残余压应力,残余压应力 值为133 MPa。激光表面重熔试样的Paris常数C和m分别为7.00874×10-8和3.02707,未处理试样的C和m分别为2.63445×10-7和2.71917。通过疲劳裂纹扩展速率表达式得知,经过激光表面重熔后调质40Cr钢的疲劳裂纹扩展速率明显下降。激光表面重熔处理后组织的细化及次表面残余压应力的出现是裂纹扩展速率降低的主要原因。根据摩擦系数和磨损量数据可知,激光表面重熔处理后试样的磨损量和摩擦系数明显低于未处理试样,说明激光表面重熔处理可以改善调质40Cr钢的磨损性能。对于未处理试样,随着载荷的增加,其磨损机制由粘着磨损和磨粒磨损逐渐演变为疲劳磨损;对于激光表面重熔处理试样,磨粒磨损是整个磨损过程的主要磨损机制,并伴有不同程度的氧化磨损
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。
对采用自主开发的气体氧-氮碳复合处理的40Cr钢与QPQ技术处理的40Cr钢的硬化层进行组织、硬度和耐蚀性对比。结果表明,经气体氧-氮碳复合处理的40Cr钢白亮层厚度为17~22μm,后氧化层厚度为3~5μm,硬度 达到573.0 HV0.025,有效硬化层厚度达到370μm。由自腐蚀电位和自腐蚀电流密度测量可知,气体氧-氮碳复合处理的40Cr钢与QPQ处理的几乎具有一样的耐蚀性。
连铸中,钢的导热性影响着铸坯的凝固行为,铸坯的凝固组织结构及合金元素的分布行为又影响着钢的导热性。研究冷却速率对含铬钢凝固组织的影响,可以为进一步研究铸坯凝固组织与含铬钢导热性之间的关联性提供基础,为优化含铬钢的连铸冷却制度提供理论依据。为此,本文通过热模拟实验及化学分析、能谱分析的方法,以40Cr钢为研究对象,研究冷却速率对40Cr钢凝固行为的影响,分析冷却速率对40Cr钢凝固组织、晶粒尺寸、Cr元素宏观偏析、显微偏析行为的影响。论文主要结论如下:(1)不吹氩冷却控制条件下,40Cr钢样为全等轴晶凝固组织结构,其中钢样边缘和上部有较多的细小等轴晶;吹氩强冷条件下,钢样凝固组织出现粗大的类柱状晶结构,随吹氩强度的进一步增大,铸坯内的缩孔缺陷显著增大,
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