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某40Cr钢齿轴在使用过程中发生早期断裂失效,通过宏观检验、化学成分分析及金相检验的方法,对齿轴断裂的原因进行了分析。结果表明:齿轴在加工过程中,由于切削刀具吃刀量过大或刀具过钝,使齿轴表面产生铁屑翻皮卷曲,导致表层晶粒脱落及切削挤压微裂纹。同时原材料中非金属夹杂物过多,材料的强度大幅度降低,脆性显著增大,淬火应力集中形成开裂。齿轴服役承载时,淬火形成的裂纹继续扩展,终导致齿轴断裂失效。
通过观察金相组织、测量表面硬度和渗层深度、检测耐蚀性等方法,研究了激光淬火预处理对40Cr钢离子碳氮氧硫共渗层组织和性能的影响。结果表明,激光淬火预处理缩短了离子碳氮氧硫共渗的时间,降低了共渗的温度。激光淬火预处理可提高共渗工件表面硬度及渗层深度,经激光淬火/离子多元共渗处理后,40Cr钢表面的ε-Fe2-3N相和FeS含量增多,Fe3C含量减少,可明显地改善其耐蚀性。
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
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就热处理工艺对40Cr钢表面粗糙度影响的问题,进行试验研究。通过五种不同的热处理工艺,得到五种不同的表面粗糙度,由此确认热处理工艺与40Cr钢表面粗糙度的关系。基于两者的关系,可以通过热处理工艺来使机械零件达到表面粗糙度要求。 针对40Cr铸坯锭型偏析缺陷,利用碳硫分析法对不同连铸工艺条件下该钢种铸坯截面各处碳元素偏析值及偏析极差进行分析。结果表明:连铸拉速控制在0.7-0.75 m/min、过热度控制在15-25℃、比水量控制在0.25 L/kg、结晶器电磁搅拌参数控制在180 A、3 Hz(单向旋转)、末端电磁搅拌参数控制在400 A、8 Hz条件下,铸坯碳元素偏析极差可控制在0.05%以内。
活塞杆在往复试验过程中,导块滑槽部位发生开裂故障现象。通过显微硬度计、体视显微镜、扫描电镜等手段对开裂的40Cr钢导块的硬度、裂纹形态及扩展方式、断口表面特征及显微组织进行分析。结果表明:导块淬火不充分,组织转变不完全,调质处理后基体硬度低是导块产生裂纹的根本原因。
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