强化知识应用能力的教学探讨——以《热处理原理与工艺》课程为例

工程教育专业认证的目标是从知识、能力和素质三维度提升学生解决复杂工程问题的技能,打造新时代所需的全面型工程应用人才。在分析学生对《热处理原理与工艺》课程学习难点的基础上,针对综合性和应用性强的热处理工艺制定内容,提出了知识条件化和结构化的教学方法。近几年的教学效果分析和总结表明,采用知识条件化和结构化教学后,对应的课程目标达成度有了明显的提升,证明了针对该课程不同内容采用不同教学方法的策略可行、有效。

一种等距晾晒自动收纳智能晾衣架的设计

针对传统晾晒装置晾晒间距不易控制、日常衣物的晾晒和收纳需手工操作等问题,设计了一款具有等距自动晾晒功能的智能晾衣架。该装置基于可折叠衣架和变截面导轨的集成一体化设计,可以实现衣物的自动晾晒和收纳。装置主要由可折叠衣架、变截面导轨式晾晒杆、升降机构、等距自动晾晒结构和衣物干湿智能感知系统等部件组成。

有色金属材料热模拟试验的稳定测温方法

热/力模拟试验不仅能充分而精确地揭示材料在热加工过程中组织与性能的变化规律,还能评定或预测材料在制备或热加工过程中可能出现的问题,进而为制定合理的加工工艺及研制新材料提供理论指导和技术依据。然而,热模拟试验过程中对试样温度的测量是否精确是决定试验成功与否的关键。在此基础上,根据试验机及有色金属材料的特点,对试样的准确测温方法进行了研究,解决了热电偶丝与有色金属材料试样难以牢固焊接的问题,极大地拓宽了试验机检测的应用范围。

端盖螺栓失效分析

对发电厂失效的端盖螺栓进行宏观检查、光谱分析、硬度检测、力学性能测试、金相检测及扫描电镜观察和能谱分析,结合该螺栓的断裂位置和断裂方式,综合分析螺栓失效的原因。结果表明端盖螺栓在制造过程中热处理控制不当,安装时紧固力矩过大,长期承受交变载荷,最终导致端盖螺栓发生疲劳断裂。

模具真空热处理

热处理是保证模具性能和寿命的关键环节,真空热处理具有无氧化、无脱碳、可脱脂脱气、表面质量好和热处理变形小等优点,广泛应用于模具的热处理。首次修订的标准GB/T 22561—2023真空热处理规定了金属材料在真空状态下热处理设备、工艺过程与工艺规范等要求,有利于指导和规范模具真空热处理生产,提高模具质量,推动我国模具工业高质量发展。

冷喷涂制备纯铜研究进展

纯铜是目前应用最为广泛的工程材料之一,在一些工业应用中需要采用纯铜对零件表面进行修复,或使用纯铜成型结构复杂的异形件。冷喷涂作为一种固态沉积技术,可有效避免喷涂材料的氧化和偏析。此外,纯铜延展性好以及易氧化的特点,使其非常适合采用冷喷涂技术制备。目前,针对冷喷涂制备纯铜沉积体已有深入研究,并且以纯铜作为冷喷涂技术的先驱材料,促进了冷喷涂制备纯铜研究理论基础的发展。根据已有报道,阐明了冷喷涂金属沉积体的形成机理;分析了冷喷涂纯铜沉积体的过程调节参数,重点探讨了喷涂颗粒的形貌、尺寸、含氧量、硬度及喷涂载气的种类、温度对纯铜沉积体微观结构和性能的影响;分析了冷喷涂铜沉积体微组织结构、单个喷涂颗粒的沉积特征及颗粒间界面特征;总结了多种后处理技术对冷喷涂铜沉积体微观结构和性能的影响,为研究冷喷涂制备铜合金与其他金属及其合金的沉积机理提供了参考和借鉴。

不同冷速下7050铝合金的晶粒细化研究

采用V型模具、光学显微镜和扫描电镜等研究不同冷速下7050合金的细化机理。结果表明随着冷却速度从1.8℃/s增加到54.3℃/s,7050铝的晶粒度从75.5μm降低至45.6μm;随着冷却速度的增加,第二相中T相(AlZnMgCu)和S相(Al_(2)CuMg)的平均尺寸逐渐减小,其分布更加细小弥散,该两种相可以作为铝晶粒的形核质点,促进7050合金的晶粒细化。

二次回火温度对GX23CrMoV12-1耐热钢组织与力学性能的影响

GX23CrMoV12-1耐热钢为燃气轮机核心铸件用钢,热处理工艺为1050℃×4 h油冷淬火+740℃×6 h炉冷回火。对该材料一次回火后再进行二次回火处理,探究二次回火温度对该材料组织和力学性能的影响。结果表明,二次回火后材料的组织与一次回火后的组织相同,均为细小的板条马氏体。二次回火后材料的强度、硬度和延伸率均降低,且随着二次回火温度从710℃升高至740℃,材料的抗拉强度和屈服强度呈缓慢下降趋势,但延伸率呈增大趋势。在720℃温度条件下二次回火后耐热钢组织中出现了较多的粗大析出相,材料的塑性和韧性最低。二次回火后材料的冲击韧性较一次回火态有显著提升,在740℃温度条件下二次回火后材料的吸收能高达71.8 J,较一次回火态提高56%。

百米U75V钢轨在线热处理工艺优化

百米U75V钢轨是我国铁路建设的主型钢轨,在线热处理是其主要强韧化手段,纵向(长度方向)性能均匀性差和生产效率低是其热处理生产存在的主要问题。百米U75V钢轨的在线热处理过程分为2个冷却阶段,共包含4个冷却工艺参数:开淬温度(T_(i))、相变阶段冷却速度(V_(s))、相变冷却结束温度(T_(f))以及相变后冷却速度(V_(a))。通过热模拟试验研究了各参数对百米U75V钢轨组织和性能的影响。随着工艺参数的变化,珠光体片层间距(S)在100.7~209.1 nm范围内变化;T_(i)和V_(s)对S具有特别显著影响,T_(f)和V_(a)对S没有显著影响;T_(i)不一致是百米U75V钢轨纵向性能不均匀的主要原因之一。采用“先慢后快”的两段式冷却方案,即在轧后钢轨表面温度冷却至相变终冷温度(约500℃)之前,以接近但不超过珠光体转变临界冷却速率的速度进行冷却,之后提高冷却速度(不超过10℃/s),有利于同时提高生产效率和百米U75V钢轨纵向性能的均匀性。

20CrNi3液压凿岩机钎尾断裂失效分析

液压凿岩机用20CrNi3钎尾在凿岩300 m后发生断裂。通过化学成分分析、断口形貌与金相组织观察和力学性能测试,对20CrNi3钎尾断裂原因进行分析。结果表明,钎尾的化学成分、冲击性能、硬度和硬化层厚度均满足技术要求。钎尾断口为宏观脆性疲劳断口,断裂的主要原因是零件渗碳后淬火温度过高,导致渗碳层中残余奥氏体含量较高,加工和使用过程中进一步发生马氏体转变,存在较大的残余应力和相变不稳定性。20CrNi3钎尾抗疲劳性能降低,在使用过程中出现疲劳断裂。通过降低淬火温度或增加深冷处理,减少渗碳层残余奥氏体含量,有利于改善20CrNi3钎尾抗疲劳性能;另外,为保证产品质量,可以编制20CrNi3钎尾显微组织验收标准。

稀土钇对无氧铜铸锭组织和性能的影响

采用直读光谱仪、氧氮氢分析仪、显微硬度计和涡流电导率仪等,研究了稀土Y对无氧铜铸锭组织、力学性能和导电性能的影响规律。结果表明,添加稀土Y可以显著降低无氧铜铸坯中O、S、P和Zn等杂质元素的含量;随着稀土Y含量的提高,试验铸锭的晶粒尺寸先增大后减小且分布更均匀,维氏硬度先降低后升高,导电率则先升高后降低。

淬火冷却方式对7A52铝合金方管材组织与性能的影响

通过金相组织观察和室温力学性能测试,研究了在线风冷淬火、在线水罐淬火和离线淬火对壁厚为5 mm的7A52铝合金方管材显微组织与力学性能的影响。结果表明,7A52铝合金方管材采用在线水罐淬火冷却方式时,其抗拉强度为483 MPa,屈服强度为431 MPa,断后伸长率为13%,既可满足产品的强度要求,又能降低生产成本。

变速器输出轴20Cr2Ni4A材料的研究及应用

为满足大扭矩变速箱的开发要求,将20Cr2Ni4A材料应用于变速器输出轴零件,采用渗碳空冷+高温回火+二次淬火工艺,有效控制了20Cr2Ni4A材料表面的残余奥氏体含量,同时使渗碳层表面析出了弥散碳化物。此外,开发了两种不同的渗碳热处理工艺,验证了其对零件表面和3/4 R处硬度及输出轴零件静扭强度的影响。结果表明,不同的渗碳热处理工艺仅对零件的有效硬化层深度有影响,而增加有效硬化层深度对零件表面及芯部硬度、静扭强度基本没有影响。

偏析缺陷等级对WE43A镁合金力学性能及耐蚀性能的影响

通过金相显微镜和扫描电子显微镜观察、室温拉伸测试、四点弯曲疲劳测试及电化学测试等方法,研究了不同偏析等级对WE43A镁合金力学性能及耐腐蚀性能的影响。结果表明,偏析组织主要以连续网格状Mg_(41)Nd_(5)相和较小颗粒状Mg_(24)Y_(5)相组成,且偏析主要分布在晶界位置。当偏析等级不大于PX4级时,WE43A镁合金的抗拉强度和塑性指标小幅度下降;当偏析等级大于PX4级时,其抗拉强度和塑性指标开始显著下降,抗拉强度、延伸率、断面收缩率分别最大下降约48%、81%、89%。偏析缺陷对WE43A镁合金的屈服强度和弹性模量影响不明显。疲劳寿命(lg)和疲劳极限最大下降比例约为33%和39%。随着偏析缺陷等级的增加,WE43A镁合金腐蚀电位从-1.573 V正移至-1.432 V,腐蚀电流密度从2.090×10^(-5)A/cm^(2)增加至2.467×10^(-3)A/cm^(2),其数量级跨度为2。WE43A镁合金在3.5ω%NaCl溶液中的腐蚀产物主要为MgO和MgCl_(2)。

冷喷涂制备铜基复合材料研究进展

对冷喷涂铜基复合材料的沉积特性和结合机理进行了分析,总结了典型冷喷涂铜基复合材料的微观结构与性能特点,并对冷喷涂制备铜基复合材料的发展方向进行了展望,为冷喷涂制备铜基复合材料的开发与应用提供了参考与借鉴。

铜基高导热低膨胀复合材料研究进展

铜基高导热低膨胀复合材料是一类重要的电子封装材料,介绍了铜与钨、钼、碳化硅、因瓦合金、碳纤维、金刚石等复合材料的制备工艺、导热性能和热膨胀性能,并分析对比了几种热导率和热膨胀系数的理论计算模型。

退火工艺对电池壳用钢XDCK第二相粒子影响的研究

为了研究退火工艺对电池壳用钢XDCK第二相粒子的影响,在连续退火条件下对XDCK进行模拟试验和工业试验。采用连续退火模拟试验机模拟连续退火生产工艺,对不同退火温度和退火保温时间试样中第二相粒子的尺寸、数量和分布情况进行研究。结果表明电池壳用钢XDCK中第二相粒子为TiC,随着退火温度的升高和保温时间的延长,第二相粒子尺寸逐渐增大。

铜铁合金带材起皮原因解析

采用SEM、EDS、ICP-OES等方法研究了Cu-Fe合金带材表面起皮的成因和改善措施。结果表明,起皮现象以零星点状或成片形式存在,呈不规则状,起皮处有明显的凹陷迹象。Fe含量越高,起皮越严重。结合起皮处和Cu基体的SEM和EDS结果可知,导致起皮的原因是起皮处存在大量的O。O在Cu中的固溶度比较低,主要以Cu 2O的形式溶解于Cu及其合金中。凝固时,O与Cu生成Cu 2O脆性相,并形成低熔点的Cu-Cu 2O共晶组织分布在晶界处。在热轧和冷轧过程中,Cu-Cu 2O共晶组织将从Cu基体脱离,形成带材表面的起皮。为了改善Cu-Fe带材表面的起皮情况,需要控制铜液中的O含量,在日常工作中应做好熔体保护,在熔炼炉和结晶器上覆盖多重覆盖剂,并向熔炼炉内部吹入一定量的氩气进行气体保护,能够有效避免铜铁合金带材出现起皮现象。

轧制及退火工艺对C5071青铜带材组织与性能的影响

C5071青铜带材制备过程中,轧制工序不同道次加工率及中间去应力退火工艺对带材的组织与力学性能具有重要影响。结果表明,选取较小的加工率86.21%开坯粗轧至2.0 mm时,带材表面平整,无边裂缺陷及明显组织缺陷;中轧工序加工率为66.0%时,带材抗拉强度、延伸率及硬度合适,板型较平直。最优轧制工艺制备的0.5 mm成品分别在210、230和290℃温度下保温3.5 h进行低温退火处理,随着退火温度升高,成品抗拉强度由526 MPa降至500 MPa,延伸率由13.4%提高至17.2%。退火温度低,带材抗拉强度偏高;退火温度高,带材力学性能偏低,230℃×3.5 h退火后产品综合性能均位于技术要求中间范围。

摩擦系数对螺栓装配质量影响的研究

研究了螺栓拧紧过程中摩擦系数、轴向力以及拧紧力矩的变化关系,分析了摩擦系数与扭矩法装配及扭矩-转角法装配的影响。利用多功能紧固分析系统和横向振动试验机对扭矩系数和防松性能进行测试,并利用具体案例关于摩擦系数对螺栓装配质量进行了试验研究。结果表明摩擦系数是影响装配质量的关键因素之一,在很大程度上影响了螺栓联接的稳定性;在有效范围内摩擦系数与螺栓联接的可靠性成反比关系;螺纹紧固件的选用和设计务必要坚持可靠性理论原则,才能够充分发挥紧固件的效能,提高装配质量。