针对石油平台35CrMo钢大齿轮、42CrMo钢板小齿轮的齿面缺陷修复任务,对齿轮材质、零件现状开展了工艺修复研究。通过对CO2气体保护焊、氩弧焊、光纤激光焊三种焊接工艺进行分析比较,发现光纤激光焊修复齿轮缺陷优势明显。经过齿轮实际修复后的检测与试验,取得了比较好的效果。
通过显组织观察和力学性能检测,分析了42CrMo钢板在不同回火温度下观组织形貌和力学性能的变化。通过三维原子探针（3DAP）技术分析500℃回火温度下42CrMo钢中元素分布情况,研究了Cr、Mn、Mo等合金元素对钢性能的影响。结果表明,42CrMo钢水淬后在450℃回火时显组织为回火屈氏体,在500～650℃区间回火时显组织均为回火索氏体,随着回火温度的增加,颗粒状碳化物增多;抗拉强度和规定塑性延伸强度降低,-40℃低温冲击性能升高。在500℃回火可达到12.9级螺栓力学指标（Rm≥1200 MPa,KV2≥27 J）,力学性能 ,且满足低温环境下螺栓用钢的使用要求。3DAP结果表明,钢中的合金元素通过固溶强化和沉淀强化提高了钢的性能。
针对42CrMo合结钢轧材超声波探伤合格率低的问题,利用扫描电镜等设备对探伤不合样品进行分析,发现探伤不合样品中有直径为100μm左右的球形夹杂物或者尺寸为1 000μm左右的长条形夹杂物。42crmo钢板通过钢液内生夹杂和生产过程接触的原辅料的分析比对,认为大尺寸夹杂物主要由于外来夹杂进入钢液中,最终造成轧材探伤合格率低。通过增加硅钙线用量、钢包浇铸后期不下渣、浸入式水口侵蚀速率小于1.5 mm/h、结晶器液位波动不大于±3 mm和恒定拉速浇铸等控制方式,减少了钢中外来大尺寸夹杂,提高了钢液洁净度,使探伤合格率提高到97.5%以上。
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用同轴送粉的方式在42CrMo钢板表面激光熔覆Fe-WC合金粉末,通过扫描电镜、光学显镜、能谱仪观察分析熔覆层的显组织特征、WC陶瓷颗粒对熔覆层组织性能的影响、WC陶瓷颗粒分布特征及WC周围块状共晶物的组成成分;用显硬度计、摩擦磨损试验仪、高精度电子天平测量基体与熔覆层的性能及质量损失,分析了引起性能曲线变化的原因。结果表明,熔覆层底部到顶部的组织变化为平面晶、晶界明显的胞状晶、交错生长的柱状树枝晶、排列紧密的胞状晶、方向均一的柱状树枝晶; WC陶瓷颗粒具有细化枝晶、阻断枝晶生长,增强熔覆层性能的能力; WC陶瓷颗粒在熔覆层中聚集分布,形成较宽的陶瓷带; WC陶瓷颗粒周围的块状共晶物是由WC部分分解得到的,其组成元素包括C、W、Fe、P、Cr。熔覆层平均硬度达到850 HV0.3,是基体平均硬度的3.4倍。摩擦因数为0.275左右,比基体小0.525。基体的质量损失是熔覆层的11倍多。说明Fe-WC合金熔覆层能够有效提升基体的硬度及其抗磨损能力。
在42CrMo钢板基础成分中配合添加Al-Ti和Al-B元素,通过末端淬火实验和截面硬度实验对比分析3种42CrMo钢淬透性的差异,并通过OM、SEM等手段观察晶粒形貌以及不同部位淬火后显组织,利用三维原子探针（3DAP）分析元素分布,通过常规力学性能实验检测其常温拉伸和低温冲击性能。结果表明,AlTi、Al-B的添加均使42CrMo钢淬透性提高,Al-B钢增加淬透性作用更大,淬火后距淬火端25 mm处的硬度增加6 HRC,直径42、48和56 mm截面的心部硬度分别增加7、10和14 HRC,并且使钢的抗拉强度Rm≥1200 MPa,-40℃下冲击吸收功KV2≥27 J,力学性能满足低温环境下螺栓用钢的使用要求。42crmo钢板通过化学相分析实验和TTT曲线测定,表明Al-Ti配合添加,Ti发挥固氮作用形成TiN,使Al固溶于铁素体中,抑制贝氏体产生;Al-B配合添加,一部分Al发挥固氮作用,另外一部分Al与B共同固溶于钢中,
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42CrMo钢板齿圈毛坯的淬火通常采用油淬或聚合物水溶液淬火来避免淬火的开裂,但油淬或聚合物水溶液淬火导致严重的环境污染。改用水淬不仅可满足绿色环保的要求而且可降低成本,但极易产生开裂。针对上述问题,本研究基于温度场、组织场和应力场的有限元模拟,获得优化的水-空交替控时淬火冷却（ATQ）工艺,成功应用于大直径（ф1970 mm）的42CrMo钢齿圈毛坯的淬火冷却。结果表明:采用ATQ工艺处理42CrMo钢齿圈毛坯,不仅回火后的力学性能高于性能指标要求,而且有效避免了淬火开裂。
对42CrMo钢板轧制工艺参数进行了的优化,研究了不同加热、轧制温度的42CrMo钢棒材组织及布氏硬度变化规律。结果表明,通过控制加热、均热段温度和终轧温度可有效控制热轧态42CrMo钢棒材组织及布氏硬度;42CrMo钢棒材开裂原因主要是轧制后产生大量的贝氏体组织,且沿棒材横断面分布不均匀,由边部到心部的贝氏体含量减小,布氏硬度则由大变小。热轧钢布氏硬度≤260HBW时可避免在棒材剪切下料过程开裂、掉块现象。
利用高压水射流喷丸技术（WSP）和真空脉冲等离子氮化技术,研究了水射流喷丸预处理对42CrMo钢等离子氮化后的滚动接触疲劳性能的影响。采用OM、SEM、TEM、XRD应力测定仪、表面粗糙度仪、显硬度仪对等离子氮化和复合处理后试样的渗层显组织、结构以及表面完整性进行了表征,并对疲劳断口形貌进行了分析。42crmo钢板结果表明:经过WSP预处理后,42CrMo钢获得了更好的氮化效果,疲劳性能得到大幅提升。原因是经WSP预处理后,试样表面细小弥散的氮化物和表层晶粒的细化有利于抑制表面裂纹的萌生与扩展,改变了疲劳裂纹的萌生机制,次表层硬度的提高以及更深的残余压应力影响层推迟了次表层裂纹的萌生,更高的次表层残余压应力抑制了次表层二次裂纹的萌生以及主裂纹的扩展,延长了42CrMo钢渗氮后的接触疲劳寿命,使得失效机理更接近于赫兹理论。
