面向智能制造的机械类大工程人才培养模式研究与实践

面向新时期人才培养的新需求,探索新工科建设背景下传统工科专业的升级转型策略。聚焦传统机械类专业人才培养中存在的突出问题,从专业人才培养体系建设、课程体系及内容建设、教学方法改革和构建实践交叉融合创新型实践体系四个方面提出了面向智能制造的传统机械类专业人才培养模式的升级改造措施和方法。

导流管参数对真空紧耦合气雾化法制备Fe-Cr合金粉末的影响

采用真空紧耦合气雾化法制备Fe–Cr合金粉末,研究了导流管直径与导流管伸出长度对Fe–Cr合金粉末粒度分布、收得率、中位粒径(D_(50))的影响。结果表明,在其他工艺参数不变的情况下,当导流管直径从4.5 mm增大到6.0 mm时,Fe–Cr合金粉末累积粒度分布曲线右移,中位粒径增大,细粉收得率减小,粉末流动性减小,松装密度减小;当导流管伸出长度由2.0 mm增加到2.5 mm时,Fe–Cr合金粉末累积粒度分布曲线左移,中位粒径减小,细粉收得率增加,粉末流动性增加,松装密度升高。综上所述,雾化压力3.8 MPa,过热度250℃,导流管直径4.5 mm,导流管伸出长度2.5 mm,制备得到的Fe–Cr合金粉末综合性能最优。

激光熔化沉积Al_(x)CoCrFeNi系高熵合金的组织与性能

本工作通过激光熔化沉积技术制备了Al_(x)CoCrFeNi(x=0,0.3,0.5)系高熵合金,并研究了Al的添加对激光熔化沉积CoCrFeNi合金的物相结构、组织形貌及性能的影响规律。研究结果表明:Al_(0)与Al_(0.3)高熵合金的微观结构为单相FCC结构固溶体,而Al_(0.5)高熵合金的微观结构为在FCC相基底的晶界/枝晶界处析出富集Al、Ni原子的B2相。合金样品的拉伸力学性能表明:Al_(0.5)CoCrFeNi高熵合金的屈服强度达到了原合金的2.66倍(140~372 MPa),抗拉强度达到约716 MPa,延伸率约为40%;电化学极化曲线分析表明,Al_(x)CoCrFeNi系高熵合金在1 mol/L的H_(2)SO_(4)溶液中均具有显著的稳定钝化区,Al添加引起的致钝电流和维钝电流随着Al含量的增加呈现先减小后增大的趋势。

基于液氢储运的超低温不锈钢微观组织演变与力学性能研究进展

针对不锈钢在低温服役过程中面临高强低韧、低耐磨以及氢脆等一系列问题,阐述3种典型的氢脆理论,并分析不锈钢超低温下材料化学成分、应变量和应变速率等参量对其力学性能的影响规律,从微观角度明晰不锈钢超低温下的组织演变机制,揭示位错组态、滑移带、机械孪晶、奥氏体相、马氏体相的变化与力学性能改变的内在联系,对改善加工工艺、调控材料化学成分比例以及减小晶粒尺寸3种强化手段进行机理分析。最后介绍不锈钢在氢能储运领域中的典型应用以及未来发展趋势。

冲击频率可调的钻井提速工具结构设计与试验

二叠系以下岩石可钻性差,机械钻速低,单一冲击频率的钻井工具无法满足不同地层的提速需求。为此,研制出一种频率可调的钻井提速工具。该工具以钻井液作为动力源来实现冲击功能,可以通过改变工具下心轴对称孔的数量改变工具的冲击频率。基于工具的结构特点和工作原理,确定了冲锤碰撞过程中产生的冲击力,建立了单齿破岩仿真模型,进行动力学仿真分析。仿真分析结果表明:随着冲击频率的增加,机械钻速与岩石内部最大主应力整体呈上升趋势,但超过一定的冲击频率时,机械钻速与岩石内部主应力将会下降;在花岗岩等硬地层钻进过程中,最佳冲击频率为18 Hz;在砂岩等中硬地层钻进过程中,最佳冲击频率为16 Hz。现场试验验证了工具原理的正确性,使用该工具在硬地层与中硬地层钻进中,与邻井相比机械钻速分别提高103.2%和27.0%。所得结论可为频率可调的钻井提速工具的进一步优化及现场应用提供参考。

激光熔覆Hastelloy C276涂层组织及抗热震性能研究

目的 针对微晶玻璃压延辊在服役过程中因表面频繁承受较大的温度梯度而开裂的问题,研究一种抗冷热疲劳性能突出的高性能防护涂层来延长压延辊服役寿命。方法 采用激光熔覆技术,以扫描速度为800 mm/min、送粉量为26 g/min、光斑直径为4 mm、搭接率为50%、激光功率为2 200 W的工艺参数,在2Cr13基体上熔覆Hastelloy C276镍基合金涂层。采用扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)研究熔覆涂层的微观组织和热震失效裂纹微观形貌、元素分布以及涂层相组成。利用箱式电阻炉对Hastelloy C276熔覆涂层与2Cr13基体进行热震试验。结果 Hastelloy C276熔覆涂层表面无裂纹、成形良好,涂层与基体之间为冶金结合。涂层由γ-Ni、M_(6)C和M_(23)C_(6)相组成。熔覆涂层从基体结合处至表面依次形成了平面晶、胞状组织、柱状树枝晶以及等轴树枝晶,碳化物相均在树枝晶间析出。Hastelloy C276熔覆涂层抗热震失效次数约为2Cr13基体的3倍,最高抗热震次数可达到202,Hastelloy C276熔覆涂层具有良好的抗热震性能。结论 由于HastelloyC276涂层与2Cr13基体结合紧密且存在热膨胀系数差异,热震时在熔覆结合界面产生了较大热应力,因此裂纹最先在熔覆结合界面处萌生,然后逐渐扩展至涂层表面最终失效。Hastelloy C276涂层的裂纹萌生扩展机制使裂纹在涂层表面出现较晚,有效延长了2Cr13微晶玻璃压延辊抗冷热疲劳寿命。

高强韧高熵合金的变形行为研究进展

高熵合金的提出为传统合金领域的发展开辟了一条新的途径。基于独特的合金设计理念实现多原子化学长程无序的简单晶体结构,从而使高熵合金具有显著的物化性能。通常,金属结构材料的强硬度和塑韧性是一个此消彼长的关系,“强”和“韧”不能协同的问题是阻碍金属材料无法应用严苛使役环境的重要因素,也是限制传统金属材料发展的瓶颈问题。近几年来,高熵合金的强韧化研究取得了重要进展,并陆续报道出了几类具有不同微观结构及变形行为的高强韧高熵合金。本文综述了几类高强韧高熵合金的微观结构、力学性能与变形机制,讨论了高强韧高熵合金软硬相交互作用、纳米沉淀粒子、异质结构以及化学“序”与变形行为之间的关系,展望了高强韧高熵合金未来的发展趋势。

基于OBE理念的民族地区高校毕业设计教学实践与改进

毕业设计是大学本科阶段最后的综合性、实践性课程,旨在培养学生综合运用所学理论、知识和技能分析解决复杂工程问题的能力,提升学生的专业素质及创新能力。毕业设计课程目标依据毕业要求合理制定,课程目标达成度可以直接体现学生在具体专业素质上的不足,间接体现本专业在本科教学上的欠缺。新疆大学机械工程专业将“以学习成果为导向”的OBE理念融入本科教学的4年多以来,追踪研究2017届至2020届的毕业设计课程目标达成度及教学方法,达到提升毕业设计课程目标达成度,提升学生自身的学习成果,提升本专业本科教学质量和教学水平的目的。

木质素/PAN碳纳米纤维的制备与表征

基于静电纺丝法,以碱木质素和聚丙烯腈(PAN)为溶质,二甲基亚砜(DMSO)为溶剂制备碳纳米纤维。通过扫描电镜(SEM)、X射线粉末衍射仪(XRD)、共聚焦显微拉曼光谱仪和X射线光电子能谱(XPS)等手段分析了木质素在木质素/PAN中的质量占比对碳纳米纤维形貌及结构的影响。结果表明:随着木质素含量的逐步增加,对碳纳米纤维的表面形貌和微观结构影响并不显著,说明木质素可以代替部分含量的PAN,为基于木质素/PAN碳纳米纤维制备高性能超级电容器电极材料提供参考。

高纯铝旋转偏析行为研究

采用自主研制的高纯铝的旋转偏析设备、Element GD型辉光放电质谱仪(GDMS),结合界面稳定性理论,研究了偏析速度和旋转速度对高纯铝提纯效果的影响以及杂质元素在偏析锭上的分布特征。结果显示:晶体以平界面生长的临界速度为52 mm/h。偏析速度增加,导致杂质元素在晶体中的浓度明显增加,提纯率显著降低,偏析速度增加破坏原有稳定扩散状态,改变了杂质元素分凝能力。旋转速度增加,诱发杂质元素在晶体中的浓度明显降低,提纯率显著增加,旋转偏析有效提高熔体温度梯度,降低有效分配系数(K_(e)),改善晶体提纯效果。平衡分配系数(K0)<1的杂质元素含量从偏析锭心部到表面逐渐增加,K_(0)>1的杂质元素正好相反,杂质元素浓度极差表明偏析锭底部均匀性最好。

原位合成NbC及Nb/C比对Ni-Si体系组织的影响

利用激光熔覆技术,以Ni、Si、Nb和C元素粉末为原料,改变[Nb+C]加入量及Nb和C之间的相对量,在高温合金表面原位合成NbC/Ni3Si基复合材料涂层.借助金相显微镜,X射线衍射仪对涂层组织进行分析.结果表明,熔覆层由-γNi固溶体、Ni3(Si,Nb)和NbC组成.衍射图中NbC峰的出现证明在激光熔覆过程中NbC强化相可以由Nb和C直接原位反应形成.当NbC的质量分数增加时,熔覆层的枝晶组织明显变细,主要以树枝状、等轴晶的形态存在.当NbC的质量分数一定,Nb相对量较多时,枝晶间形成弥散分布的富Nb增强相Nb3Ni2Si,增强了熔覆层的强度,另一方面还阻止晶粒长大使熔覆层组织细化;当C元素相对过量时,会以游离态的形式析出,从光学显微组织观察发现对晶粒有细化效果.

不锈钢表面激光熔覆耐磨涂层的进展及关键技术分析

从熔覆材料设计、熔覆层组织和耐磨性三方面阐述了利用激光熔覆技术在不锈钢表面制备耐磨涂层的研究进展,总结并分析了各类激光熔覆层的优点和缺点。不锈钢用激光熔覆材料主要分为自熔合金粉末、陶瓷粉末、金属-陶瓷粉末、金属间化合物;耐磨涂层组织可分为陶瓷相、金属间化合物、过饱和固溶体;激光熔覆技术通过改变不锈钢表面成分和组织可显著提高耐磨性能。

高端铝合金表面激光熔覆耐磨耐蚀涂层关键技术研究进展

高端铝合金构件广泛应用于航空航天、石油化工及氢能储运等领域,但其表面存在耐蚀性与耐磨性差、强度与硬度低、晶粒粗化和表面橘皮等缺陷,进而限制其极端环境下的高性能安全服役,因此提高铝合金构件的表面质量和服役性能极为重要。激光熔覆作为铝合金构件表面改性和修复的有效技术,通过选取合适的熔覆材料在铝合金构件表面熔覆耐磨耐蚀、高强度涂层,可有效解决铝合金构件表面性能差、服役寿命短等问题。由于铝合金特殊的物理和化学性能,如熔点低、反光率大、润湿性差、稀释率大,以及易出现气孔、裂纹等问题,所以对铝合金构件表面激光熔覆带来挑战。因此,针对高端铝合金表面激光熔覆高性能涂层面临的技术难题,以提高铝合金构件表面服役强度、耐磨耐蚀性能为目标,综合分析了铝合金表面激光熔覆高性能涂层所涉及的基本理论、制备方法、涂层组织、服役性能及应用前景,该研究为铝合金复杂构件表面激光熔覆制备高性能涂层提供了理论参考。

激光熔覆Ni_3Si基复合涂层相、组织及高温抗氧化性能研究

采用激光熔覆技术在镍基高温合金GH864表面制备了原位合成碳化物TiC、NbC陶瓷颗粒增强Ni_3Si金属间化合物基复合涂层。采用XRD、SEM和EDAX等方法,对熔覆层相、组织进行了表征。采用循环氧化法研究了熔覆层在1100℃下的高温抗氯化性能。

降低冲模零件材料成本的方法研究

通过对冲模成本因素的综合分析与对比,从冲模材料设计和制造工艺两方面研究降低制造成本的方法,在满足模具工作条件、工艺性能的基础上,提出6种降低冲模制造材料成本的方法。研究结果表明:提出的节材设计方法在节约模具零件材料,降低模具制造成本,优化模具结构和倡导绿色、低碳环保等方面具有优势。

激光熔覆在金属间化合物涂层材料制备中的应用

在分析金属间化合物涂层材料特点的基础上,综述各种激光熔覆合成金属间化合物涂层的研究现状,分析了各种金属间化合物涂层的组织和性能。研究表明,激光熔覆合成的金属间化合物涂层均具有优异的耐磨、耐腐蚀、抗氧化等性能。

钛与羟基磷灰石复合涂层的制备及其细胞相容性

用等离子喷涂法在钛合金(Ti-6Al-4V)表面制备钛与羟基磷灰石复合涂层,用扫描电镜观察其表面形态及界面形态,将第3代比格犬骨髓间充质干细胞接种于钛/羟基磷灰石复合涂层试样上,观察细胞形态、细胞黏附情况,采用CCK-8法检测其细胞毒性。结果表明,复合涂层较为致密,涂层与基体结合紧密,表面和界面形貌良好。骨髓间充质干细胞形态正常,细胞黏附情况良好,CCK-8细胞毒性试验结果显示毒性分级为1级,无细胞毒性。

基于UMAT的风机叶片复合材料横向微观尺度力学响应分析

采用随机纤维分布阵列的代表性体积单元(RVE),并根据体积单元整体的受力特性对其边界条件进行设定,通过运行脚本快速有效地施加周期性边界条件。运用Abaqus材料子程序UMAT建立材料的损伤模型,并且通过有限元数值模拟对损伤模型进行了验证,得到了叶片复合材料受到不同横向载荷作用下的微观尺度力学响应,进一步展现了叶片受外载荷影响所引起的微观尺度的破坏趋势。

钛对激光熔覆Ni_3Si金属间化合物涂层的影响

利用激光熔覆技术合成Ni3Si涂层修复改善高温合金的使用性能,添加合金化元素改善Ni3Si的脆性问题。以镍、硅、钛元素粉末为原料,利用10 k W CO2连续激光器在GH864表面激光熔覆制备Ni-Si金属硅化物复合材料涂层。采用扫描电子显微镜、X射线衍射和显微硬度计表征熔覆试样的微观组织、相组成和显微硬度。结果表明,熔覆层组织主要由镍固溶体、Ni3Si和Ni3 1Si12组成,随着钛含量的增加涂层组织为镍固溶体和Ni3(Si,Ti)。熔覆层的平均硬度随钛含量的增加而减小,主要是因为钛的添加减小了涂层组织中硬质相的含量。随着钛含量从0增加到9%,涂层合金晶格常数从0.351 00 nm增加到0.353 18 nm。

机械工程材料开放性实验体系建设探讨

针对工科机械类专业的机械工程材料实验环节内容与学生的学习现状,结合近几年的教学实践,对开放性实验体系建设目标、内容、问题等进行了探索。