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目的提高40Cr齿轮在重载低速下的摩擦学性能。方法采用离子渗氮和电弧离子蒸发镀(AED)技术在40Cr钢基体上制备了渗氮层和Cr N涂层。用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、能谱仪和往复式摩擦磨损试验机,研究了经两种表面处理后40Cr钢的物相组成、形貌和摩擦学性能。结果渗氮样品表面化合物层厚度约10μm,硬度约为558HV。
Cr N涂层表面厚度约为4μm,涂层硬度约为1341HV。在60 N载荷的条件下,渗氮处理后40Cr钢的磨损率为104.17×10-6 mm3/(N·m),其磨损机理主要为轻微的粘着磨损和磨粒磨损;制备Cr N涂层后40Cr钢的磨损率为17.36×10-6 mm3/(N·m),其磨损机理主要为轻微的磨粒磨损。结论在20~60 N法向载荷下,制备Cr N涂层后,40Cr钢均表现出 异的耐磨减摩性能。
利用Nd:YAG激光器对40Cr表面进行不同光斑搭接率的激光冲击强化处理。采用XRD-350A型X射线衍射仪对冲击后表面不同搭接区域的残余应力进行分析。结果表明:激光冲击后的表面残余压应力明显大于未冲击的表面残余压应力。当光斑搭接率为50%时,测得的小残余压应力为基体的3.3倍。随光斑搭接率的增加,不同搭接区域表面的平均残余压应力随之增加。搭接率50%时表面平均残余压应力为搭接率30%时表面平均残余压应力的1.36倍。随着搭接次数的增加,表面残余压应力也随之增加,而增幅随之减小。
随着科学技术不断发展,热处理工艺水平随之提高,本文以40cr钢刀垫为例,具体分析钢刀垫性能以及热处理工艺应用优势,能够满足机床应用需要,大大优化产品质量。本文首先对40cr钢刀垫做了简要介绍,然后重点分析了热处理工艺。
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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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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