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40Cr钢经调质处理后,具有良好的综合力学性能,常用于加工机械设备中重要的轴类、连杆和齿轮等零部件。在服役过程中,这类部件将会受到交变、冲击、振动等动载荷的作用,由疲劳、磨损引起的故障大大增加,这会带来难以估计的损失及隐患。本文采用激光重熔技术对调质40Cr钢表面进行处理。通过对处理后试样表层微观结构和受力状态的表征,获得了激光表面重熔处理后试样的组织及力学性能变化规律;根据疲劳裂纹扩展速率、摩擦系数、磨损量等数据,建立了疲劳裂纹扩展行为和摩擦磨损机制;探索了激光表面重熔技术在提高调质40Cr钢零件服役寿命领域应用的可行性。经过激光表面重熔处理后,熔化区的组织由细小的马氏体及碳化物颗粒组成,热影响区的组织多为熔化区与基体区组织的混合。
对40Cr钢进行QPQ盐浴氮氧化复合处理、离子渗氮、镀铬、氧化处理,用显微硬度计、金相显微镜测试了试样表面的显微硬度梯度,观察了渗层组织,用磨损试验机、中性盐雾试验机进行了耐磨性和耐腐蚀性研究。结果表明:经过QPQ处理后的40Cr钢表面生成了Fe2～3N高浓度氮化物层和致密Fe3O4氧化膜,其相应的耐磨性和耐蚀性是四种工艺中 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。
采用温挤压技术对40Cr钢进行成形试验,考察了不同温度下温挤压试样的摩擦-磨损行为.通过扫描电镜、能谱仪和X射线衍射仪分析了40Cr钢磨损后表面形貌、化学元素分布和物相组成,讨论了40Cr钢温挤压的磨损机理.结果表明,在挤压温度为550℃时试样晶粒尺寸细小,残余奥氏体含量较高,硬度 ,其磨损性能为 ;而当温度为650℃和750℃时,晶粒尺寸较粗大,残余奥氏体含量降低.在5N载荷作用下,挤压温度为550℃时,摩擦因数为0.7667;当挤压温度达到650℃,摩擦因数为0.8587,提高了12.01%,磨损性能降低;750℃时,摩擦因数为0.8764,相比550℃提高了14.31%,磨损性能进一步变差;在550、650和750℃时,磨损形式主要为磨粒磨损.
循环渗氮550 10 h℃试样的渗层厚度厚,随着渗氮温度的升高和渗氮时间的增加,试样的渗层厚度变厚,但时间超过6 h后,渗层厚度的增加较缓慢,6、8、10 h试样的渗层厚度差别不大。相同的渗氮温度下,循环渗氮6 h的试样的渗层厚度基本与常规恒温渗氮10 h试样的渗层厚度一样,相同渗氮时间内,循环渗氮510℃的试样的表面硬度高于恒温渗氮550℃试样的表面硬度,且两者的渗层厚度相差不多。结论循环离子渗氮工艺优于常规的恒温离子渗氮,循环离子渗氮550 8 h℃试样的综合性能 。
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