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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。
针对磁研磨法抛光铁磁性管件内表面时的磁屏蔽问题,研制出一套磁力光整加工装置。对4种形状的磁极模型进行有限元分析,研究磁极形状、磁极转速及运动状态对抛光效果的影响,并以40Cr钢为材料进行试验验证,利用扫描电子显微镜观察加工前后工件的微观表面形貌。结果表明:磁极为环形磁极且与工件反向旋转、磁极转速为2 000r/min时加工效果好、加工效率较高;表面粗糙度值可降到Ra 0.25μm以下;工件内表面的微裂纹、凹坑等表面缺陷基本被去除,表面质量得到明显改善。由此表明,利用磁极内置的方法可以很好的解决磁屏蔽问题,并获得良好的表面加工质量。
为提高40Cr钢的耐磨性和疲劳性能,利用YLS-4000型光纤激光器对40Cr钢表面进行淬火强化。利用扫描电镜、显微硬度计等对淬硬层组织和硬度进行了分析,采用X-350A型应力测定仪对淬硬层的残余应力和残留奥氏体进行了测试。结果表明:40Cr钢表面激光淬硬层主要由板条状马氏体组成,马氏体的体积分数在95%以上,马氏体晶粒较基体组织有明显细化;淬硬表层的平均显微硬度(710.5 HV)显著高于基体(235.5 HV),随着到表面距离的增加硬度值逐渐降低至基体硬度;淬硬层表面产生较大的残余压应力,压应力值高达230 MPa以上。
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