大尺寸风电螺栓用42CrMo钢淬透性及其力学性能的研究

发布时间：2025-07-07 02:45

　　42CrMo钢经过调质处理（淬火+回火）可以获得良好的强度和韧性,因此被作为制造大规格螺栓等零部件的常用材料。由于此类零部件应用环境的影响,对于其制造材料不仅要求具备良好的强度、韧性、延展性等综合性能,还要求高的低温冲击性能,特别是大规格的螺栓（42mm≤Φ≤64mm）,其截面尺寸的增加导致淬火后材料心部除马氏体组织产生外,作为不完全淬火组织的贝氏体组织比例增加,难以实现截面性能的均匀性和保证心部的低温冲击性能。因此为保证大规格螺栓的服役性能,要求材料要具有良好的淬透性,即淬火后心部马氏体组织达到90%以上。虽然通过控制生产工艺可以改善材料的淬透性,但是影响材料淬透性的根本原因是材料的化学成分。本文针对大规格螺栓钢淬透性问题,在42CrMo钢基础成分上配合添加元素Al、B、Ti,同时控制钢的N含量,研究了Al添加对42CrMo钢淬透性和淬火组织以及性能的影响,并与含B钢进行对比,揭示Al对不同尺寸42CrMo钢淬透性的影响规律。具体研究内容如下:在42CrMo钢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设计钢与42CrMo钢淬透性的差异,并通过金相...

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【学位级别】：硕士

【部分图文】：

图1-1过冷奥氏体等温转变曲线

所谓钢的淬透性是指钢在淬火时获得马氏体的能力,主要取决于其临界冷却速度的大小,而临界冷却速度则主要取决于过冷奥氏体的稳定性[41–43]。钢在临界点Ac3以上(如图1-1)加热形成奥氏体[44],当温度冷却到A1以下,此时奥氏体的自由能比铁素体与渗碳体两相混合物的自由能高,处于热....

图1-2奥氏体分解成不同的组织

图1-1过冷奥氏体等温转变曲线其中碳的添加决定淬火后的最大硬度,而合金元素的添加几乎不影响淬硬性,仅决定淬硬的深度[45],即淬透性是钢合金硬化的深度。影响钢的淬透性的主要因素是钢的奥氏体晶粒尺寸及原始组织、钢的化学成分、化学成分的微观不均匀性、钢的生产工艺[46]。

图1-3不同碳含量奥氏体晶粒尺寸同淬透性的关系

碳在钢中的主要作用是提高钢的强度和硬度,钢中碳的含量决定钢淬火后的最大硬度,也就是说钢的淬硬性取决于碳的含量。因此本质上来讲,淬透性就是钢在冷却过程中抑制碳化物形成的一种特性。1942年格罗斯曼和1946年克莱玛的实验证明,随着含碳量的增加,不同晶粒度的钢淬透性均有所提高,如图1....

图1-4铝的淬透性系数

Mn对钢淬透性提高的贡献在于在含有V、Nb、Ti等强碳化物形成元素的钢中[53]促进难溶碳化物的分解,使得更多的碳和其他合金元素固溶于基体中,从而提高钢的淬透性;Ni在钢中添加可以同时改善钢的塑性和韧性,可以明显提高钢过冷奥氏体的稳定性,使整个C曲线向右移动[54],明显提高钢的....

本文编号：4056360