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激光冲击强化作为一种前沿的表面处理技术,具备“三高一快”(高压、高能、超快、高应变率)特点,可以广泛应用在金属和零部件的强化上。各国研究人员已经对激光冲击强化技术进行了系统研究,但都是在航空铝合金材料方面,而在航空工业有重要作用的高质量合金钢的科学研究则比较少。40Cr钢在航空工业上常使用在高速和冲击负荷小的工作环境中,而传统的表面强化方法主要存在效率低、温度高、工作环境差等缺点。
针对上面提到的问题,本文以40Cr钢为研究对象,采用ABAQUS有限元软件系统研究了不同工艺参数(冲击次数、光斑直径、冲击波加载时间、激光能量和压力幅值上升时间)对激光冲击强化的影响。对不同的搭接率布置方案激光冲击强化进行了分析。研究了正反表面同时冲击和间隔冲击在残余应力和表面变形的差异,并探讨了正反表面间隔冲击两次,三种顺序对残余应力和“残余应力洞”的影响。采用脉冲激光器对40Cr钢方块试样进行激光冲击强化处理并与模拟结果进行对比。分析“残余应力洞”产生原理、以及不同工艺参数对其影响,研究了两种对“残余应力洞”抑制的方法。
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
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、
分别以淬火和正火为预处理工艺,研究了不同原始组织条件下,40Cr钢亚温淬火后的强度和硬度,并进行了组织分析。结果表明,预处理影响40Cr钢亚温淬火组织中马氏体含量和晶粒大小,从而影响其力学性能。两次淬火后该钢得到极细的马氏体组织,具有较高的强硬性,其性能优于正火态亚温淬火。亚温奥氏体逆相变淬火可提高该钢的力学性能。
研究了汽车连杆常用材料40Cr钢在不同热疲劳阶段其磁性能参数, 磁感应强度(Bmax)、剩余磁感应强度(Br)和矫顽力(Hc)的变化,并优化了外磁场强度的测量参数。结果表明:检测磁场为25A/cm时,Bmax和Br值随热疲劳循环次数的增加而单调减小,且Br曲线的变化幅度大于Bmax曲线的变化幅度,用Br能表征出材料的热疲劳状态。
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