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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。
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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。
分别以淬火和正火为预处理工艺,研究了不同原始组织条件下,40Cr钢亚温淬火后的强度和硬度,并进行了组织分析。结果表明,预处理影响40Cr钢亚温淬火组织中马氏体含量和晶粒大小,从而影响其力学性能。两次淬火后该钢得到极细的马氏体组织,具有较高的强硬性,其性能优于正火态亚温淬火。亚温奥氏体逆相变淬火可提高该钢的力学性能。
研究了汽车连杆常用材料40Cr钢在不同热疲劳阶段其磁性能参数, 磁感应强度(Bmax)、剩余磁感应强度(Br)和矫顽力(Hc)的变化,并优化了外磁场强度的测量参数。结果表明:检测磁场为25A/cm时,Bmax和Br值随热疲劳循环次数的增加而单调减小,且Br曲线的变化幅度大于Bmax曲线的变化幅度,用Br能表征出材料的热疲劳状态。
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