热处理对楔横轧42CrMo/Q235层合轴界面结合力学性能的影响研究

摘要

轴是组成机器的主要零件之一。轴类零件传递力矩往往最有效部分是外部边沿，而中心部分传递效率往往比较低，中心部分从某种程度讲属于“死重”。大部分轴类零件的使用环境较多为高温高压以及应力场、温度场等多变的复杂环境。如何提高轴类零件在复杂环境下的服役性能是目前的热门研究方向。一种思路是开发具有耐高温、耐磨损等优异性能的新材料合金，或者选用稀有金属作为加工材料，但往往也会由于新材料开发制造周期的大大延长会带来制造生产成本显著增加。随着专家学者的深入研究，后续又提出了新的思路即对原材料进行再制造修复，对原材料的表面涂镀具有耐腐蚀、绝缘等功能的薄膜，但是其厚度较薄，往往会导致诸如涂层耐磨性差、涂层与基材容易分离等问题。考虑到层状复合材料能够结合不同种材料的性能，且在不同层面上能表现出不同性能，因此提出了复合材料层合轴的解决思路。 过盈配合的层合轴在楔横轧的高温高轧制力作用下，双金属接触表面破碎，原子在高温高压下进行相互扩散运动，重新生成金属键，获得洁净表面，从而可以达到不同金属接触界面层之间的冶金结合。本文主要研究不同热处理工艺下，楔横轧42CrMo/Q235复合轴界面力学性能、显微组织、拉伸断口形貌和元素扩散等界面特性，判断经过不同的热处理工艺后，楔横轧复合轴的界面结合宏观力学性能是否有所提升。从而合理的推断出对42CrMo/Q235层合轴合适的热处理工艺。实验结果表明：1100℃淬火后300℃、350℃、400℃回火一小时，经SEM观察拉伸断口氧化物断裂源先减少消失后又生成新的碳化物断裂源，界面结合强度先上升后降低；随着回火温度上升Cr元素逐渐向Q235侧过渡，在靠近界面Q235侧生成了强碳化合物，靠近界面42CrMo硬度呈下降趋势，Q235靠近侧硬度略微上升，由于两侧基体变化所以硬度总体呈现下降趋势；Cr元素随着温度升高扩散细化晶粒，靠近界面Q235珠光体组织会变成细条状，但扩散深度有限，所以远离界面的晶胞会长大并呈现块状。改变回火时间，1100℃淬火后350℃回火45min，此时的界面处氧化物基本消除，结合强度最大。随着保温时间的延长，界面处析出碳化物颗粒，结合强度再次下降。1100℃淬火后600℃、700℃、800℃热处理一小时，观察拉伸断口发现经600℃退火后，界面处析出大量不规则块状碳化物，700℃亚温退火后，界面碳化物转变成细小球状物，800℃退火后，界面球化物大大长大，界面结合强度先上升后下降；随着退火温度上升虽然有更多的Cr元素向Q235侧过渡，但因钢在高温下由于扩散作用发生了脱碳现象，钢中的碳发生氧化反应变成甲烷等气体逸出，所以靠近界面42CrMo一侧和Q235侧硬度均呈下降趋势；界面附近Q235侧珠光体组织随着温度上升而长大，最后连成一片，在显微镜下呈过渡组织。 本文研究的是热处理对楔横轧层合轴界面力学性能的影响，通过从微观组织的角度去解释界面力学性能的变化，为优化复合轴界面热处理工艺，以及提高界面结合强度提供实验依据，也为研究其他异质金属材料的轧制复合成形以及界面结合热处理工艺奠定了基础。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究背景

1.2 楔横轧工艺

1.3 复合工艺国内外研究现状

1.3.1 复合材料的复合工艺研究

1.3.2 异质金属材料复合界面的结合机制

1.4 课题来源及意义

1.5 课题研究内容

2 实验方法和方案

2.1 概述

2.2 实验材料和实验设备

2.2.1 实验材料

2.2.2 实验设备

2.3 实验试样制备

2.3.1 层合轴的轧制试样制备

2.3.2 界面结合强度测试试样制备

2.3.3 金相试样制备

2.3.4 维氏硬度测试

2.3.5 sem试样制备

3 回火对楔横轧层42CrMo/Q235复合轴界面力学性能的影响

3.1 回火对界面结合强度的影响

3.2 回火对界面微观组织的影响

3.3 回火对界面拉伸断口形貌的影响

3.4 界面拉伸断口处的回火脆性

3.5 回火对界面元素扩散的影响

3.6 回火对界面硬度的影响

3.7 本章小结

4 退火对楔横轧层42CrMo/Q235复合轴界面力学性能的影响

4.1 退火对界面结合强度的影响

4.2 退火对界面微观组织的影响

4.3 退火对界面拉伸断口形貌的影响

4.4 退火对界面元素扩散的影响

4.5 退火对界面硬度的影响

4.6 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

在学研究成果

致谢