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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。
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。
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
对40Cr钢进行了三种不同淬火温度的调质处理,进行了试样硬度测定和拉伸试验。通过金相显微组织分析了不同淬火温度对试样力学性能影响。结果表明,经830℃亚温淬火处理的试样的综合力学性能 ,其显微组织中回火索氏体较其它试样细小均匀。这主要是采用临界淬火温度加热后奥氏体晶粒细化造成的。
采用随焊冲击旋转挤压法控制高强钢冷裂纹。为了增强加载区域的塑性延展,进行了曲面冲击头的设计,对强拘束度条件下40Cr钢工件,利用冲击旋转挤压曲面头进行了间距分别为80mm、100mm和110mm的随焊加载。采用小孔法测量了接头处的残余应力。实验结果表明,随焊冲击旋转挤压法能够显著减小残余应力,从减小接头残余应力的角度控制了高强钢焊接冷裂纹
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