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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、
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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,
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。
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