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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。
以WC、Ti C、Co和Co50合金粉末为原料,通过设计不同的成分配比,在40Cr刀具钢表面激光熔覆了WC/Co、WC/Co50和WC-Ti C/Co50钴基碳化物复合涂层。借助XRD、OM、SEM和EDS等表征手段分析了粉末成分配比和激光熔覆工艺参数对刀具表面复合涂层物相结构、宏观形貌和微观组织的影响。结果表明,当激光功率为4.2 k W,扫描速度为350 mm/min时,制备的WC/Co50和WC-Ti C/Co50复合涂层表面形貌良好,平整连续且无宏观裂纹。硬度测试和摩擦磨损试验表明,复合涂层具有高的硬度和良好的耐磨性, 显微硬度达到1211 HV0.2, 磨损失重2.1 mg,分别为基材的3.03倍和34.4%。熔覆层中大量存在的WC、Ti C以及原位自生的W2C、Fe3W3C等碳化物增强相对提高复合涂层的硬度和耐磨性起到了主要作用。
研究了渗硼温度、保温时间、供硼剂含量和稀土氧化铈含量对40Cr钢渗层厚度及组织和硬度的影响。结果表明,随渗硼温度升高、保温时间延长,40Cr钢表面渗层厚度增大;随碳化硼加入量的增加,渗层厚度在渗硼剂中含1%B4C和5%B4C时出现两个极大值点;适量的稀土氧化铈可以促进硼的渗入,过多的稀土氧化铈的加入反而不利于渗层厚度的增大。稀土氧化铈的加入能够改善渗层的组织,渗硼层硬度亦有所提高。
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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。
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