热处理与表面处理对高强螺栓用钢性能影响研究的综合型实验设计

针对工程应用中的高强螺栓表面硬度低、涂层结合力差、易脱落等问题,设计了热处理与表面处理对高强螺栓用钢性能影响研究的综合型实验。对35CrMo钢进行870℃×25 min淬火,再经500℃×1 h+550℃×1 h回火的35CrMo钢,分别达到了制备12.9级和10.9级高强螺栓标准,对其进行渗N处理后,表面硬度达到了850 HV,比心部显著提升。对渗N后的35CrMo钢表面涂覆锌铝溶液,其耐蚀性得到显著提升。该实验涉及材料热处理实验工艺和材料表面处理实验工艺,还涉及金属材料组织和性能测试的常用分析手段,是科研辅助教学的典型案例。

异种钢连接的冷弯管道淬火变形数值模拟

本文对异种钢连接的冷弯管道淬火过程进行了数值模拟。提出了一种模拟加热前冷变形应变能、相变应变和相变塑性应变的处理方法。基于此模型利用ABAQUS软件实现了异种钢连接冷弯管道加热与淬火变形的数值预报,结果表明:采用快速淬火能够降低工件的最终变形量,即弯管入水速度从0.2 m/s逐步加速至0.3 m/s。

合金元素对锆合金氧化膜晶粒演变影响的仿真实验

聚焦锆合金氧化膜形成过程,设计了研究型实验“Fe、Sn、Nb元素对锆合金氧化膜晶粒演变影响”。运用第一性原理和热力学方法分析了合金元素对ZrO_(2)结构稳定性影响以及扩散行为,计算了溶解能、分离能和自由能。基于相界面位向关系、晶格错配及微观弹塑性力学构建相场弹性能项,以晶体取向和合金元素含量为序参量建立多成分多相晶粒演变相场模型。揭示了Fe、Sn、Nb等合金元素在氧化膜中分布规律及对氧化膜微观组织演变的影响机制。培养学生运用仿真技术解决材料科学与工程领域科研问题的能力,加深学生对材料成分、结构与性能关系的理解,为具备宽厚视野的创新性应用型高素质人才培养奠定基础。

锆合金氧化膜微观组织演变相场模拟研究性实验设计

针对锆合金在反应堆中与高温水发生反应形成氧化膜的过程,设计了研究型实验“锆合金氧化膜微观组织演变相场模拟”,表征了锆合金氧化膜的微观结构,计算了自由能和界面能,建立了晶粒形成及演变的相场模型,最终实现了锆合金氧化膜微观组织演变的可视化。该实验通过Materials Studio和MATLAB两大软件平台进行热力学计算和相场模拟,适用于本科生研究型计算材料学实验教学,有助于培养学生的科研热情与创新意识。

气体氮化对碳钢耐蚀性的影响及化合物层的价电子理论分析

对Q235钢进行低温气体氮化。采用扫描电子显微镜(SEM),X射线衍射(XRD)和电化学试验研究了气体氮化对Q235钢耐蚀性的影响;并利用经验电子理论(EET)计算了表面层的价电子结构及共价键键能。结果表明:气体氮化增加了Q235钢的耐蚀性;经气体氮化处理后的试样表面最强键的键强nA和键能Ea都大大高于α-Fe结构单元的nA和Ea,表明价电子结构与腐蚀性能之间有着密切的相关性。由于N原子溶入到α-Fe中,导致主键络的nA、Ea增加,提高了表层结构的稳定性,这可能是提高氮化处理后试样耐蚀性的根本原因。

ZL205A铝合金大型薄壁件淬火过程模拟与变形控制

采用有限元分析方法,使用ABAQUS软件对ZL205A铝合金大型薄壁件的淬火过程进行模拟与研究。通过分析ZL205A铝合金大型薄壁件淬火变形的成因,提出一种在厚壁增加快冷装置的方法,控制工件淬火变形。

齿轮钢渗碳过程数学模型及计算机仿真

本文结合已有的气体渗碳和离子渗碳过程的数学模型,对齿轮钢渗碳的过程进行模拟,并在这些基础上利用有限差分法求解渗碳方程。分析有限差分法与传统数学方程各自的优缺点,根据数学模型设计了用于预测渗碳过程的图形用户界面程序。对于温度,时间,初始碳浓度等变量的影响均能给出准确预测。

高强度缆索锚具用钢强韧化热处理工艺研究

40Cr、42Cr Mo和40Cr Ni Mo A钢被广泛应用于桥梁拉索锚具的制造,为了指导桥梁拉索锚具的设计和安全选材,本文研究了热处理工艺对三种常用钢材组织和力学性能的影响。研究结果表明:42Cr Mo和40Cr Ni Mo A钢的淬透性均优于40Cr钢。当大规格锚具壁厚超过40 mm时,锚具设计时建议采用42Cr Mo和40Cr Ni Mo A钢。由于材料淬透性的影响,抗拉强度、屈服强度及硬度随壁厚的增加而降低。设计大规格锚具计算强度时,需根据力学性能的分布规律进行修正,可取两边强度的平均值进行推算。

软件工程技术在《金属材料工程专业综合实验技术》教学改革中的应用

该文综述了《金属材料工程专业综合实验技术》教学改革的意义、教学现状与存在问题,提出了将软件工程技术运用到《金属材料工程专业综合实验技术》教学改革中。通过在《金属材料工程专业综合实验技术》课程理论教学与实验教学中间设置集理论知识掌握、实验操作模拟、综合实验设计等为一体的模拟仿真操作,提升了学生主动思考能力和综合分析能力,同时也为同类型综合实验课程提供了借鉴。

金属粉体材料表面改性技术及应用研究进展

采用表面改性技术对金属粉体材料进行表面处理,可赋予金属粉体材料更多的组分和性能,满足现代制造业对多组分、多功能金属粉体材料的需求。目前针对金属粉体表面改性技术已开展大量的研究工作,然而目前还缺少相关对该领域成果进行较为系统介绍的研究报道。通过收集近年来大量相关文献,依次介绍了镀层技术、机械合金化技术、渗层技术、表面涂覆技术4种典型表面改性技术在金属粉体表面改性处理上的实验研究,重点描述了各类技术对于提升金属粉体材料性能方面的具体应用,分析了4种不同表面改性技术的优缺点。鉴于该技术具有巨大的未来发展潜力,基于不同表面改性技术的特点及当前的研究现状,对加快未来金属粉体表面改性技术发展给出了几点关键思路。

牵引电机关键部件铜导条失效分析

某HXN5机车5GEB32B1型牵引电机,在使用过程中发生多起电机转子铜导条断裂事故。通过化学成分测试、金相检测、拉伸性能测定和断口形貌分析等手段,对导条断裂原因进行分析,并提出了相应改进措施。结果表明,导条的化学成分、组织以及性能均满足相关标准要求,断裂机制属于疲劳断裂+蠕变断裂。断裂导条上观察到明显的疲劳条带,并且导条断裂后与锭子发生剧烈摩擦,使周围导条和整个电机温度上升,导致导条在较高温度下和长时间承受各类载荷而发生蠕变。

基于等Biot数的ZL205A铝合金大型薄壁件准同步淬火微变形研究

针对构件热加工过程变形控制的世界性难题,创建了差异壁厚/差异结构构件加热或冷却过程零畸变的等Biot数模型,首次以Biot数替代综合换热系数h,并将Biot数引入温度场方程,由此建立了随Biot数变化的动态温度场和应力场耦合模型。利用ABAQUS软件对ZL205A铝合金差异壁厚构件淬火过程的温度场和应力场进行了预报。模拟结果表明,ZL205A铝合金构件淬火变形源于差异壁厚导致的二者温度差;对于薄厚比为1:4制件,540℃固溶淬火0.37 s时,薄厚壁特征位置最大温差为276℃,厚壁中最大热应力84 MPa,超过相应温度下该合金屈服强度,导致制件淬火变形,且变形以径向变形为主。通过对厚壁或薄壁处以高导热或低导热系数覆层材料修饰,获得了差异壁厚的等Biot,并对修饰后的构件进行540℃固溶淬火变形进行预报。结果表明,与无修饰构件相比变形降低82.6%,实现了差异壁厚的准同步淬火。

合金钢与碳钢渗氮层的耐蚀性对比

在不同温度下对碳钢Q235和42CrMo钢进行气体渗氮,利用光学显微镜、扫描电镜、能谱仪及X射线衍射仪对比分析了Q235和42CrMo钢渗氮层的微观组织及相结构,并用电化学方法测试了样品的耐腐蚀性。经过渗氮处理后的样品的耐腐蚀性都较原材有大幅提高,而相同温度渗氮后42CrMo钢的自腐蚀电位较Q235钢的低,42CrMo钢渗氮层电阻小于Q235钢,碳钢渗氮层的耐蚀性优于合金钢。采用热力学和第一性原理计算探讨了42CrMo钢的合金元素对渗氮层的抗腐蚀性的影响。结果表明合金元素Cr、Mo通过降低Fe-N化合物稳定性从而降低渗氮层的抗腐蚀性。

微细Fe-N粉的添加对Fe-C-Cu合金结构和力学性能的影响

将含不同质量分数Fe-N粉的混合压坯在1100℃温度下进行烧结,然后对样品采用X射线衍射(XRD)分析、扫描电镜(SEM)和能谱分析,并进行了金相观察和压缩强度测定,研究了微细Fe-N粉的添加对多孔Fe-C-Cu合金的结构和力学性能的影响。结果表明:当烧结条件为在1100℃温度下保温30 min,Fe-N粉的添加能够明显提高粉末的烧结性能;当Fe-N粉添加量为50%时,烧结样品的压缩强度得到显著提高。随着Fe-N粉的添加量增加,烧结样品的孔隙圆化。