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为明确转炉→LF精炼→连铸工艺条件下生产40Cr钢浸入式水口结瘤分层结构的形成机理,采用扫描电镜、阴极发光仪以及FactSage 7.1热力学软件,对40Cr钢水口结瘤形貌及分层结构进行了研究。结果表明,浸入式水口结瘤物分为水口脱碳层、凝钢层、夹杂物堆积层、凝钢层和表面疏松层。分析了40Cr钢在连铸过程中钢中Al2O3、Al2O3-CaO（SiO2）和Al2O3-MgO尖晶石在水口内壁上的分层沉积现象。结合现场工艺,研究了双凝钢层的形成机理,并通过热力学计算解释了结瘤物的形成机理。
激光表面重熔后的平均硬度约378 HV,相比于基体硬度增加了45%。激光表面重熔处理后,表面存在残余拉应力, 值为310 MPa,随着深度的增加,残余拉应力迅速减小到零并转变为残余压应力,残余压应力 值为133 MPa。激光表面重熔试样的Paris常数C和m分别为7.00874×10-8和3.02707,未处理试样的C和m分别为2.63445×10-7和2.71917。通过疲劳裂纹扩展速率表达式得知,经过激光表面重熔后调质40Cr钢的疲劳裂纹扩展速率明显下降。激光表面重熔处理后组织的细化及次表面残余压应力的出现是裂纹扩展速率降低的主要原因。根据摩擦系数和磨损量数据可知,激光表面重熔处理后试样的磨损量和摩擦系数明显低于未处理试样,说明激光表面重熔处理可以改善调质40Cr钢的磨损性能。对于未处理试样,随着载荷的增加,其磨损机制由粘着磨损和磨粒磨损逐渐演变为疲劳磨损;对于激光表面重熔处理试样,磨粒磨损是整个磨损过程的主要磨损机制,并伴有不同程度的氧化磨损
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本课题对TA2与40Cr钢进行了激光焊接试验,分析了接头中添加过渡层金属后,TA2与40Cr钢的焊接性,从而确定以金属V、Cu组成复合过渡层,其中V的厚度为0.3mm~0.7mm、Cu的厚度为0.5mm~1.5mm。研究复合过渡层的不同厚度组合及不同激光焊工艺参数对接头组织和性能的影响。通过光学显微镜、扫描电镜、XRD等分析测试手段对接头的组织、断口形貌和物相进行分析,通过抗拉强度和显微硬度测试对接头的力学性能作出评价。
采用ANSYS软件对TA2/40Cr钢添加0.3mmV/1mmCu过渡层金属与添加0.7mmV/1mmCu过渡层金属的激光对焊的温度场和应力场进行数值模拟,并通过实测残余应力对模拟结果进行验证。研究结果表明:在TA2/40Cr钢对接接头中加入0.5mmV/0.5mmCu复合过渡层金属后进行激光焊接,无法实现TA2与40Cr钢的可靠连接,接头焊后即发生开裂,断口处有脆性Ti-Cu系列化合物,但未发现Fe-Ti间脆性化合物。当复合过渡层中的V层厚度保持0.5mm不变,而Cu层厚度由0.75mm增至1.5mm时,接头强度先增加后降低,激光功率在TA2侧为2.9KW、40Cr钢侧为2.7KW,复合过渡层为0.5mmV/1mmCu时强度 ,达到了251MPa。当复合过渡层中的Cu层厚度保持1.0mm不变,而V层厚度在0.4mm以下时,工艺上很难实现TA2与40Cr钢的可靠连接,接头强度波动很大;当V层厚度为0.7mm、
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