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42CrMo钢作为石油领域常用的合金工具钢,因其经常工作在非常复杂的环境中,因此要求其具有良好的耐腐蚀及耐磨损性能。而激光冲击强化作为近几十年间迅猛发展起来的新型材料表面强化技术,因其相比传统表面强化技术具有强化层微观结构及残余应力状态均表现出较高稳定性的优点,因此常将其用于提高材料的耐腐蚀、疲劳及磨损性能。本文以42CrMo钢为研究对象,通过激光冲击试验、有限元模拟分析及腐蚀电化学和摩擦磨损试验研究42CrMo钢激光冲击强化诱导残余应力场的大小和分布及材料耐腐蚀和耐磨损性能,主要研究工作如下:(1)采用有限元模拟软件ABAQUS对激光冲击诱导残余应力场进行模拟仿真分析,研究激光冲击强化后残余应力在表面及深度方向的大小和分布。研究表明:激光冲击应力波传播理论时间与数值模拟结果所得到的时间误差很小。3种激光功率密度的最大残余应力值均存在于靶材表面。随着表面及深度方向远离冲击中心,残余压应力值也随之减少。激光冲击表面影响半径为2.0mm,在深度方向的影响深度为0.3mm。利用激光冲击仪器对42CrMo钢进行激光冲击强化试验,研究42CrMo钢试样激光冲击强化前后硬度、粗糙度及残余应力变化。结果表明:42CrMo钢激光冲击处理后在材料表面产生了残余压应力层,残余压应力影响层深度约为0.6mm;与未经过冲击处理的试样相比,冲击后试样的表面残余压应力值提高3~4倍,冲击试样的表面硬度分别提高了3.9%、8.6%和16.9%。激光功率密度为11.32GW/cm2的表面粗糙度明显大于5.66 GW/cm2,与未进行冲击处理试样的表面粗糙度,其粗糙度值为4.02μm。(2)在UMT-2摩擦磨损试验机上对激光冲击前后42CrMo钢试样进行摩擦磨损试验,分析激光冲击参数对42CrMo钢摩擦系数、磨损量及磨痕形貌的影响。结果表明:与未处理试样相比,激光冲击试样的摩擦系数和磨损量均随激光功率密度的增加而降低,2次冲击和3次冲击的摩擦系数分别为0.548和0.492,相比未冲击试样分别降低了14.9%和39.1%。激光冲击前试样的磨损机理为接触疲劳磨损,冲击处理后42CrMo钢试样磨损机理以磨粒磨损为主,激光冲击明显改善了42CrMo钢的摩擦磨损性能。(3)对42CrMo钢在海水腐蚀环境3%NaCl溶液中进行电化学腐蚀试验,研究42CrMo钢腐蚀热力学、腐蚀动力学参数及腐蚀表面形貌。结果表明:与未处理试样相比,激光冲击处理后42CrMo试样表面自腐蚀电位最高正移量约为0.069V,表现出较低的腐蚀倾向;自腐蚀电流密度正移,最小腐蚀电流密度存在于功率密度5.66GW/cm2、2次激光冲击试样,表现出较低的腐蚀速度。激光冲击处理后的腐蚀形貌较为平整,腐蚀凹坑减少,说明激光冲击处理能够显著提高42CrMo钢表面的电化学腐蚀性能。