创新拔尖材料类专业的“开放式教学、研究性学习”课程思政教学探索——以国家一流本科课程“金属塑性加工技术”为例

针对材料类专业课程教学中存在的教与学互动不足、理论和实践脱节、自主学习能力弱等问题,在创新拔尖材料类专业人才培养中开展了“开放式教学、研究性学习”课程思政教学探索,全方位培养人才,促使材料类专业人才具有终身学习能力、创新能力和解决复杂工程问题的能力。以国家一流本科建设课程“金属塑性加工技术”为例,通过“研究性学习”“案例教学”和“动态课堂”,将课程思政融入教学各环节,从人才培养模式、保障和激励机制、综合考核评价体系等三方面着手,使学生提高专业精神和爱国爱党意识,加深对专业知识的理解与应用,提高工程实践能力与创新能力;以多元化的考核方式,全面客观地检测和评价学生的学习过程、学习行为和学习成果。

基于Archard理论的挤压次数对模具磨损量的影响分析

针对前次挤压对后次挤压的模具磨损有着显著影响,模具的总磨损量并不与单次磨损量呈简单的线性关系,将考虑温度影响的Archard磨损计算修正模型与有限元数值模拟分析方法相结合,预测铝合金挤压过程中模具表面磨损最严重的部位,建立该部位磨损量与挤压次数之间的确切关系,并由此提出一种考虑挤压次数影响的总磨损量计算公式。

7075铝合金热压缩变形流变应力

在Gleeble 15 0 0热模拟试验机上 ,采用高温等温压缩试验 ,对 70 75铝合金在高温压缩变形中的流变应力行为进行了研究。结果表明 ,应变速率和变形温度的变化强烈地影响合金流变应力的大小 ,流变应力随变形温度升高而降低 ,随应变速率提高而增大 ;可用Zener Hollomon参数的指数形式来描述 70

铝合金厚板淬火残余应力的研究进展

结合作者近期的研究工作分析了铝合金厚板淬火残余应力的形成机理及分布;介绍了采用有限元技术开展铝合金厚板淬火残余应力数值模拟的研究进展;根据实验和数值模拟结果,提出了一种可较好解释铝合金厚板淬火残余应力形成机理与分布的局部平衡的"应力与应变波动"模型;分析了该领域存在的主要研究困难,指出了其研究方向。

强化固溶处理对7075铝合金组织的影响

研究了 70 75铝合金在轧制前进行强化固溶处理时第二相的溶解和扩散情况 ,以及强化固溶处理对该合金组织的影响。结果表明在 4 6 6℃× 2h +14℃ /h→ 4 80℃的固溶处理制度下 ,第二相的尺寸和数量均明显减少 ,分布均匀 ,为后续组织细化处理准备了有利条件。

新型Cu-Al-Fe-Ni变形铝青铜的固溶和时效强化

采用正交试验法,结合金相、X射线衍射、扫描电镜、能谱和力学性能等分析测试手段,对一种自主研发的Cu-Al-Fe-Ni变形铝青铜的固溶和时效强化工艺进行研究。结果表明:固溶时效工艺参数对合金抗拉强度、伸长率和硬度的作用主次顺序为时效温度、固溶温度、时效时间、固溶时间,其中温度对合金力学性的影响趋势单一,但时间的影响较复杂。经优化获得的最佳固溶时效工艺为:先在880℃下固溶3 h、水淬,再在480℃下时效1 h、空冷。合金的抗拉强度达810 MPa,伸长率达9%,硬度达255 HB,其综合力学性能比挤压态合金的有较大幅度的提高;软硬相的面积比及其显微硬度对合金的力学性能有较大的影响。

基于DEFORM 2D的纯铜管热挤压过程的数值模拟

通过二维建模软件建立管材立式挤压模型,采用DEFORM2D大型有限元数值模拟软件进行纯铜管热挤压过程的数值模拟,获得了不同挤压速度下变形材料内部的温度场、应力场、应变场及应变速率场的变化规律。分析结果表明,随着挤压速度的提高,变形材料内部的温升和等效应变速率明显提高;等效应力是先提高,而在高速挤压时又下降;等效应变则无明显变化。

AZ91D镁合金锭耐腐蚀性能研究

分析了国内外 5个厂家提供的AZ91D镁合金锭的化学成分 ,并比较了它们的耐腐蚀性能。采用减重法评价该合金的耐蚀性能 ,并对实验数据进行了多元回归分析。结果表明 ,在一定的范围内 ,增加铝、锌和锰的含量可提高该合金的耐蚀性 ,而随着硅和重金属 (铁、铜、镍 )含量的增加该合金耐蚀性下降。按照耐腐蚀性能评价 ,F公司提供的样品应列入不可用材料 ;而在 5个供应商中 。

时效制度对LC52铝合金组织与性能的影响

研究了在单级时效、双级时效、回归再时效 (RRA)处理条件下 ,LC5 2铝合金的微观组织、室温力学性能、抗剥落腐蚀性能和应力腐蚀开裂敏感性。结果表明 ,LC5 2铝合金经 12 0℃× 2 4h +2 5 0℃× 2min(油浴 ) +12 0℃×30h回归再时效处理后 。

变形Al-Si-Cu-Mg合金热处理强化及其组织特征

采用正交实验法和金相、力学性能、扫描电镜、能谱等测试手段对自主研发的变形Al-Si-Cu-Mg合金进行固溶和时效强化研究,并探究热处理过程中其组织特征的变化规律。结果表明:通过固溶(495℃,90 min,水冷)和时效(170℃,4 h,空冷)处理后,合金的硬度提高31.3%,强度提高3.3倍。固溶过程中,大量Si、Cu和Mg原子固溶于基体中,起到强烈的固溶强化作用;过剩的共晶Si逐渐发生明显粒状化;剩余的大块θ相和Q相发生球化。时效过程中,细小针状强化相θ″和细小板条状Q′相在基体的(100)面上大量析出,分布均匀,对合金起到强烈的沉淀强化效果;过剩Si主要通过扩散附着于共晶Si表面析出。

SUS304-2B不锈钢薄板加工硬化及退火软化的试验研究

采用单向拉伸试验研究了SUS30 4 2B不锈钢薄板的加工硬化规律和该合金硬化后的退火软化规律及机理 ,确定了其最佳的退火工艺参数。试验表明 ,该合金冷加工后强度指标 (HV、σs、σb)明显增加 ,塑性指标 (δ和ψ)降低。随着形变量的增加 ,组织中形变孪晶数目增多 ,加工硬化的程度增加。对不同加工硬化程度的试样 ,在低温 (10 0～ 4 90℃ )下退火后再拉伸 ,其力学性能基本不变 ,退火软化效果不明显 ;在高温 (90 0～ 10 5 0℃ )下退火3min～ 10min ,快冷 ,该合金组织发生完全再结晶 ,且晶粒大小较均匀 ,退火软化效果明显。由此确定 ,SUS30 4 2B不锈钢最佳退火工艺为 :在 10 2 0～ 115 0℃下退火 3min ,快冷。

固溶时效对QAl9-4-3铝青铜组织和性能的影响

采用SEM、XRD、EDS、TEM、室温拉伸测试、硬度测试、摩擦学性能测试等分析手段,研究时效温度和固溶温度对自行研制的QAl9-4-3铝青铜组织和力学性能的影响。结果表明,随着时效温度的降低或固溶温度的升高,原β硬相区的马氏体特征越来越明显;固溶温度的升高还使β硬相区的面积率增大,使合金的抗拉强度和硬度增大,但降低了伸长率。获得的最佳固溶时效工艺为:(910℃,3 h)固溶后水淬+(480℃,1 h)时效后空冷。该状态下,合金中原β硬相区的显微硬度为270HV,其与α软相的面积比为71:29,使合金具有较好的强韧性配合,抗拉强度为887 MPa,硬度为253HBS,伸长率为7.3%,前两种性能分别较其挤压态合金的提高了22%和33%;其摩擦因数仅略高于挤压态合金的,但磨损率较挤压态合金的降低了27%,表现出较好的耐磨性能。

BFe10-1-1铜合金热压缩流变应力行为

BFe10—1—1合金管是制造冷凝器的关键材料，主要采用热挤压方法成形．为了制定该合金的热挤压工艺，并为其挤压成形的数值模拟分析提供热力学参数，在Gleeble-1500动态热模拟机上进行高温等温压缩试验，研究了BFe10-1—1合金在高温塑性变形过程中的流变应力行为．试验温度为800～950℃，应变速率为0．1—20S^-1．研究结果表明，BFe10-1—1合金的流变应力随变形温度的增加而减小，随应变速率的增大而增大；随着应变速率越大，动态再结晶软化现象更为明显；获得了采用Zener—Hollomon参数来描述的BFe10—1—1合金高温变形的峰值应力方程，计算获得该合金变形激活能Q为182．68kJ／mol．

Al-Zn-Mg-Cu-Cr合金厚板组织细化

提出一种细化Al-Zn-Mg-Cu-Cr合金厚板组织的"强化固溶→过时效→中温多向锻造→中温轧制→快速加热再结晶处理"的中间变形热处理(ITMT)技术原型,采用金相分析、能谱分析和透射电镜分析等方法,研究ITMT工艺过程中的组织演变规律和晶粒细化的机理,并讨论利用不连续再结晶控制晶粒大小所具备的条件。结果表明:采用ITMT工艺能够保证Al-Zn-Mg-Cu-Cr合金厚板的充分、均匀变形,在轧制变形量不超过80%的条件下,使厚度达6mm以上的Al-Zn-Mg-Cu-Cr合金再结晶晶粒组织和第二相结构深度细化:短横向平均晶粒尺寸为8μm,纵向及长横向平均晶粒尺寸为12μm,第二相点状颗粒尺寸一般小于3μm。ITMT工艺细化晶粒的机理主要是利用变形储能和第二相的有利影响,通过不连续再结晶实现组织细化。

铝型材挤压模工作带优化

基于MATLAB平台,将BP神经网络、遗传算法和数值模拟技术应用于铝型材挤压模具参数优化设计。采用三层BP神经网络建立型材挤压模具的数学模型,由正交实验法安排模拟实验组合,采用有限元软件进行挤压过程的数值模拟,并以具有不同工作带尺寸的挤压模具中金属流出模口平面上的Z向质点流速均方差作为模型目标值,将模拟结果作为神经网络的输入样本对训练网络并建立网络知识源,通过遗传算法求得模型的全局优化解;最后通过有限元数值模拟技术验证并比较优化所得工作带与经验法确定的工作带对金属流动均匀性的影响。数值模拟结果表明,本研究对挤压模具工作带的优化是有效的。

X5214铝合金型材挤压过程的数值模拟

通过采用有限元法与有限体积法相结合,在MSC.Super Forge有限元商业软件上实现了挤压比λ=98.28的X5214铝型材挤压过程的数值模拟;对比了3种不同导流孔形状对型材挤出模口处z向的流速均匀性;获得该型材挤压过程的材料流动速度场、应力场和温度场分布图,并对金属的流动过程进行分析。模拟分析结果表明:对于X5214铝型材,采用对称导流模可获得较佳的流速均匀性。

1633B铝合金空心型材挤压过程的数值模拟及虚拟试模

通过将有限元法与有限体积法相结合,在MSC.SuperForge商业软件上实现了挤压比λ=62.6的空心薄壁铝型材挤压过程的数值仿真,获得了该型材挤压过程的材料流动速度场、应力场、应变场、温度场分布图以及焊合过程.通过与生产试模结果的比较表明,基于数值分析的虚拟试模对挤压模具设计和挤压工艺的优化有直接指导意义.

锌基合金挤压型材的组织与性能

对自行研制的一种锌基合金(可取代HPb59-1黄铜)的挤压型材组织与性能进行研究,并与某厂研制的一种锌基合金进行比较。结果表明:自行研制的锌基合金在挤压温度为350℃,挤压比为17.5和挤出速度为20mm/s的挤压工艺下可顺利实现挤压成形;挤压所得表链型材抗拉强度达到375MPa,切削性能良好,组织致密,表面质量好;挤压后合金组织为完全再结晶组织,其局部还出现再结晶晶粒聚集长大的现象;在人造海水中腐蚀30d后没有明显的晶间腐蚀倾向。

非超临界干燥法制备块状SiO_2气凝胶

以正硅酸乙酯为原料,去离子水和异丙醇为溶剂,丙三醇为干燥控制化学添加剂,盐酸和氨水为催化剂,通过酸/碱两步溶胶-凝胶法合成SiO2醇凝胶,经过老化、表面修饰和溶剂交换等工艺后,在常压分级干燥条件下制备块状SiO2气凝胶。不均匀的毛细管力是非超临界干燥过程中造成凝胶破裂的原因,从减小不均匀毛细管力及提高凝胶强度2个方面确定工艺,采用非超临界干燥法制备具有优良性能的块状SiO2气凝胶。应用X射线衍射、扫描电镜、热失重-差热等分析手段及吸附-脱附技术对所得气凝胶样品进行结构分析和性质表征。结果表明,用此方法可以制备具有优良性能的块状气凝胶样品,该气凝胶充满两端开放的管状中孔,具有较大的孔隙率(97.1%)及比表面积(614.3 m2/g),孔径分布均匀并且集中。

稀土精炼紫杂铜的实验研究

采用自行研制的三种Cu-RE精炼剂对紫杂铜进行了精炼试验,采用等离子体发射光谱、能谱分析、金相分析和X射线衍射分析等方法,分析和研究了添加稀土对紫杂铜精炼效果及其对组织的影响。试验结果表明,在紫杂铜中加入适量的稀土精炼剂,精炼和脱氧效果良好,可明显减少O、Pb、Bi、Sn、Al等杂质元素;添加适量稀土元素,还可使紫杂铜铸造组织的枝晶细化,组织更加均匀。