冶金工程专业核心课程群课程思政教学改革思路研究

思想政治教育融入专业核心课程群建设是当前高等教育课程思政研究的创新点,也是专业与课程建设的重点。桂林理工大学冶金工程专业研究专业核心课程群课程思政协同教学机制,构建以课程思政为纽带的专业—课程体系—课程群—课程模式,完善专业核心课程群课程思政监督、评价与保障机制,培养冶金工程领域具备专业知识体系、实践和创新能力及职业综合素养的高级应用型人才,服务区域经济发展,为广西冶金产业发展提供人才和智力支持。

环件辗扩成形过程微观组织及性能控制研究进展

高性能大型环件精确辗扩控形控性一体化制造是大型运载火箭仓体、风电法兰、核电反应堆及石油化工容器等高端装备向着安全、轻量、高效和长寿命方面发展的迫切需求。综述环件辗扩成形过程微观组织及性能研究现状,分析单、双道次简单热模拟压缩试验和显微组织演变数值模拟技术在环件辗扩过程组织演变研究中的应用,探讨环件组织与性能控制中存在的问题,并指出目前的研究已无法满足上述高性能环件制造要求。提出复杂多道次物理模拟及内变量组织建模用于环件辗扩组织演化分析的必要性,探明环件宏观/微观织构定量表征和晶体塑性有限元法(Crystal plasticity finite element method,CPFEM)揭示组织演变机理的可行性。阐述今后高性能环件辗扩成形组织演变及性能控制的研究方向与重点,未来必须构建辗扩过程环件组织、织构和力学性能之间及其与工艺参数的定量关系。

基于铸辗复合成形的25Mn钢法兰热处理工艺的试验研究

以铸辗复合成形的25Mn钢法兰为研究对象,研究热处理工艺参数对25Mn钢法兰微观组织及力学性能的影响;通过扫描电镜观察分析,揭示25Mn钢法兰件经不同回火温度处理后拉伸与冲击断口的断裂机理。试验结果表明,辗扩后法兰件内存在残余应力,组织不均匀,拉伸与冲击断裂形式主要为准解理和脆性断裂。在220~660℃回火时,晶粒得到细化,组织均匀;低温回火后,断口形貌为河流状花样和撕裂棱,韧窝少而浅,断裂形式为剪切和解理断裂;且随着回火温度的升高,强度总体呈下降趋势;经620℃回火析出细粒状碳化物,塑性达到峰值,伸长率和断面收缩率分别约为29%和65.32%,此时韧窝密度大,深度变深,冲击吸收能量最大（约103 J）,塑韧性最好。回火温度大于620℃,碳化物发生球化,塑韧性降低。为获得优良的综合力学性能,制定25Mn钢法兰的最佳热处理工艺为880℃淬火保温2 h,在10%NaCl水溶液中冷却后620℃回火10 h。

42CrMo钢轴承环件铸辗成形及淬回火组织性能研究

42CrMo轴承环件是高铁动车和风力发电等装备制造领域关键承载、传动构件。基于环件铸辗复合成形技术开展42CrMo钢轴承环件离心铸造、热辗扩成形及淬回火试验研究,分析高温变速进给时辗扩成形环件的微观组织及力学性能,并对后续淬回火过程组织性能演变规律进行探讨。结果表明,成形环件沿径向厚度区域晶粒得到细化,环件近中层和最小宽展处伴有不规则和等轴状的粗大晶粒;强度、硬度值较高,塑、韧性偏差,拉伸和冲击断口形貌表现为韧窝均聚集在剪切唇上,以解理断裂形式为主。530℃回火时沿环件壁厚方向未观察到碳化物,塑韧性仍较低;590℃回火后析出少量细小、弥散分布的碳化物颗粒,各项力学性能指标均满足标准要求,拉伸断口的韧窝数量多、直径大,冲击断口也比530℃时的平整,韧窝分布更加均匀,使得铸辗复合成形轴承环件的强度和塑韧性得到良好的配合。

基于铸辗复合成形的42CrMo钢环件摩擦磨损性能的试验研究

采用MMW-1A万能摩擦磨损试验机对基于铸辗复合成形的42CrMo钢环件摩擦磨损性能进行研究,分析了载荷、滑动速度等工况条件对其摩擦磨损性能的影响,并利用扫描电镜观察磨损表面形貌,对其摩擦磨损机理进行探讨。结果表明,其体积磨损量随滑动距离的延长不断增加,磨损量随载荷、滑动速度的增大而增加;摩擦系数随滑动速度的提高而降低,随载荷的增大先减小后增大;在载荷为100N、滑动速度为0.78m/s时,42CrMo钢环件的耐磨性能较好。该钢的摩擦磨损机理主要是磨粒磨损和粘着磨损;在大载荷、高滑动速度下,发生严重塑性变形,降低了42CrMo钢环件的耐磨性。

铸辗成形大口径25Mn钢环件微织构及力学性能

根据铸辗复合成形工艺对大口径25Mn钢环件进行离心铸造和热辗扩工业试验以及对其调质处理,运用金相显微镜、扫描电镜和电子背散射衍射技术分析组织与织构,并采用拉伸与冲击试验等手段检测其力学性能。结果表明,辗扩件外形尺寸精确,组织相对均匀,个别区域伴有不规则晶粒;微观织构组态主要为沿着<111>//ND取向线分布的黄铜R织构{111}<112>和取向密度为6.0的高斯织构{110}<001>,力学性能较好,但塑性稍微偏低;揭示拉伸和冲击断裂机理为解理与韧窝共存形式。调质后回火析出弥散分布的细小碳化物颗粒,晶粒更加细小均匀,大角度晶界所占比例为3/4;揭示织构演化表现为高斯织构沿着?-取向线逐渐向旋转立方织构{110}<110>聚集转变,塑性性能得到明显提高,呈现典型的韧窝断裂。研究揭示通过离心铸造25Mn钢环坯直接热辗扩成形大口径环件是切实可行的,达到了环件成形/成性的双重目的。

铸辗复合成形法兰坯高温变形行为及加工图

环件铸辗复合成形工艺具有缩短工艺流程、高效和节能节材等优点,研究铸态环坯在铸辗复合成形工艺下的高温变形行为,揭示其组织演变机理,是实现材料在该成形工艺中成形与成性的关键。在不同变形条件下对砂型铸造和离心铸造Q235B法兰坯进行高温压缩试验,分析其流变应力的变化,推导出二者的本构方程。综合变形温度和应变速率对材料微观结构与性能的影响,建立基于动态材料模型的加工图。试验结果表明:二者的流变应力随着应变速率的增加和变形温度的降低而增大。离心铸造法兰坯的流变应力较低,动态再结晶易于发生,且功耗效率值及其变化幅度都要大于砂型铸造,表明了其显微组织变化剧烈,演变更加充分。结合二者的热加工图及其识别出的典型区域显微组织,获得了适合该法兰坯辗扩工艺的热力参数范围,离心铸造可为法兰坯铸辗复合成形工艺提供高质量的铸坯。

铸态42CrMo钢热变形及正火过程中微织构演化

在Gleeble-3500热力模拟机上对铸态42Cr Mo中碳低合金钢进行热压缩实验,利用金相显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)以及电子背散射衍射(EBSD)技术分析热变形和880℃/2 h正火后的组织与微织构。实验结果表明:变形条件为1000℃/0.1 s-1时,在形变带和三叉晶界处新生再结晶晶粒,平均晶粒直径小;沿着<001>//ND分布旋转立方织构和立方织构;880℃/2 h正火过程中晶粒发生长大,晶粒内弥散分布碳化物颗粒,主要发生回复和静态再结晶,织构类型为立方织构和高斯织构。在1100℃/0.1 s-1条件下,晶粒尺寸较大,组织均匀,再结晶充分,大角度晶界占三分之二;织构组态为{001}<110>织构和沿着ξ-取向线的{110}<112>织构;正火后碳化物含量增加,珠光体片层间距减小,组织演变机制为高温回复与亚动态再结晶,织构类型表现为{110}<112>取向密度减小,旋转立方织构取向密度增大。

基于热辗扩工艺的低碳钢环坯晶粒长大规律

低碳钢Q235是环件辗扩成形工艺的常用材料,辗扩前的加热规范对其辗扩过程及组织性能变化至关重要。利用箱式电阻炉在950-1200℃范围内,研究加热温度和保温时间对其加热过程中奥氏体晶粒长大规律的影响。借助于ZEISS显微镜观察分析其奥氏体晶粒长大组织,并采用截线法测定奥氏体晶粒平均直径。结果表明,随加热温度的升高和保温时间的延长,Q235钢奥氏体晶粒尺寸逐渐增大;且加热温度对奥氏体晶粒长大过程的影响要明显大于保温时间的影响,温度越高,晶粒生长指数越大;奥氏体晶粒的粗化温度为1100℃。在实验基础上,分别建立了Q235钢环坯在等温与非等温条件下晶粒长大动力学模型,并验证了等温长大模型预测结果与实验结果吻合良好。上述结果可为Q235环坯的辗扩成形提供准确的加热规范和奠定模型基础。

辗后再加热温度对25Mn钢环件组织及织构的影响

对25Mn钢铸坯辗扩后环件进行不同温度的再加热,借助光学显微镜观察组织以及利用扫描电镜和电子背散射衍射技术分析晶粒取向差角分布、织构演化过程和拉伸与冲击试样断口形貌。结果表明,加热温度升高,晶粒尺寸增大趋势明显,660℃时大约2/3的晶粒平均直径为16-28μm,但基本呈正态分布特征;高温条件下,亚晶界通过回复作用不断吸收位错,晶界取向差角向大角度晶界迁移的比例增加。反极图结果表明织构形态主要为{001}〈110〉,600℃时织构强度高,伴有{112}〈110〉组分织构;随着再加热温度升高织构强度明显减弱。所测定试样力学性能均较高,拉伸断口韧窝明显,且在660℃时韧窝直径大、塑性最好,断面收缩率达到了58.3%,呈韧窝断裂形式。冲击试样断口具有少量解理平台和撕裂棱。

基于铸坯的25Mn钢环件热辗扩成形力学性能分析

环形铸坯辗扩成形是一个多场耦合、局部加载和连续成形过程,与传统辗扩工艺相比,缩短工艺流程,减少加热次数,节材、降能耗,具有重要的研究价值与推广应用前景。辗扩过程中,不仅要控制环形铸坯辗扩后的成形精度,还应通过高温塑性变形获得所需微观组织,提高综合力学性能,实现成形/成性一体化调控。根据环件轧制技术及基于铸坯的辗扩成形基础理论,通过对25Mn钢环形铸坯进行辗扩,分析辗扩成形环件不同部位微观组织的变化及力学性能,并借助扫描电镜观察,揭示其拉伸与冲击断口的断裂机理。结果表明:辗扩后环件的外形好,宽展小,椭圆度为0.4;组织内部平均晶粒尺寸小,环件各个区域的力学性能均较高,且中层的略低于内层和外层;拉伸与冲击断裂形式主要为准解理,并伴有韧窝断裂。可见,基于铸坯的25Mn钢环件热辗扩"成形"/"成性"质量较高,为其进一步研究以及实际生产提供了理论指导价值。

环件铸辗复合成形工艺中毛坯尺寸的确定方法

毛坯尺寸设计作为大型环件径轴向辗扩工艺中的重要环节,直接影响着辗扩过程的稳定实现及工件的成形质量。本文对环件铸辗复合成形新工艺中毛坯尺寸的确定进行了研究,获得了辗扩比、毛坯内径分别与环件锻件内径的关系;结果表明:通过给定任一环件尺寸,该方法能快速而准确地获得辗扩比的值和毛坯内径的值,具有设计效率高、准确可靠的优点,在适用于大型特大型环件的生产方面优势明显;同时,本文的设计方法为环件铸辗复合成形新工艺中辗扩过程的稳定实现及辗扩工艺参数的优化设计提供了科学合理的依据。

42CrMo钢铸造环坯辗扩成形理论与工艺分析

与目前常用的环类零件生产工艺相比,基于环形铸坯的短流程铸辗复合成形新工艺具有节约材料和能源、缩短工艺流程等优点。以轴承环件常用的42CrMo钢为研究对象,探讨基于环形铸坯的轴承环件辗扩成形机理和工艺。借助于热力模拟试验和组织测试分析,揭示42CrMo钢在热变形条件下组织演变机理和规律;通过理论分析与数值模拟,研究铸坯环件辗扩成形过程中变形工艺参数及其对金属变形和组织演变规律的影响,实现环形零件铸辗复合成形/成性一体化调控;在洛阳LYC轴承股份有限公司,完成轴承套圈铸辗复合成形工业试验。试件的力学性能测试结果表明,这种短流程铸辗复合成形新工艺生产的环形零件具有良好的力学性能指标,可满足工业使用要求。

基于铸辗复合成形的42CrMo钢环坯铸造工艺与试验研究

针对目前环形零件生产工艺流程长,加热次数多,浪费材料和能源等问题,提出和研究环形零件短流程铸辗复合成形新工艺。该工艺采用铸造环坯直接辗扩成形,具有节能、节材和缩短工艺流程等优点。在这种新工艺中,环坯的铸造质量、组织和力学性能对后续的辗扩工艺和环形零件组织、性能具有重要的影响。以轴承环件常用的42CrMo钢为研究对象,通过理论分析和模拟研究,提出高质量环形铸坯铸造工艺;并进行实际工业试验。通过试验研究和性能测试,表明该铸造工艺生产的环形铸坯具有良好的质量、组织和力学性能,可以为轴承环件铸辗复合成形提供高质量的铸坯。

冷却速度对42CrMo环坯铸造二次枝晶臂间距及裂纹缺陷的影响

针对提出的铸辗连续成形新型工艺,从细化组织、提高铸件质量,避免裂纹缺陷方面考虑,分别对采用砂型和金属型的42CrMo铸造环件进行温度场、应力场的数值模拟,利用模拟结果,进行凝固冷却过程裂纹倾向性预测。得到铸坯冷却速度越大,在铸型内停留时间越长,铸件收缩量越大,热应力越大,形成裂纹的倾向性也越大。边角部是最容易形成裂纹的部位。同时通过对铸坯进行微观组织数值模拟,建立冷却速度与二次枝晶臂间距的函数关系,分析冷却速度对组织性能的影响,得到采用金属型铸造可获得比砂型铸造组织性能好的铸坯。通过对比两种铸造方式,确定采用金属型铸造在1 050℃左右温度下出模,可获得高质量无缺陷铸坯,可基本满足基于42CrMo环坯的铸辗连续成形工艺要求。分析结果可为预测铸件质量,试验研究提供理论参考。

AlSi10_(P)/7075铝基复合材料的微观结构和阻尼性能研究

采用搅拌摩擦加工技术制备AlSi10_(P)/7075铝基复合材料,并对其微观组织、力学性能和阻尼行为进行研究。结果发现,AlSi10合金增强颗粒在复合材料基体中分布均匀,部分增强颗粒被破碎为细小颗粒;铝基复合材料中存在α-Al、Si和MgZn_(2)物相,且没有发生界面反应;AlSi10_(P)/7075铝基复合材料最大抗拉强度为391 MPa,比铝基体低14%,其断裂方式为韧性断裂;AlSi10_(P)/7075铝基复合材料的阻尼性能优于7075铝基体的;在360℃时,AlSi10_(P)/7075铝基复合材料的内耗值为0.131,比7075铝基体的高21%,AlSi10_(P)/7075铝基复合材料的储能模量低于7075铝基体的。

双金属层状构件界面结合的模拟与实验研究进展

单一金属材料的使役性能在航空航天、石油化工、风电、汽车等应用领域的局限性日渐凸显,而将具有两种不同物理、化学和力学性质的金属通过某种方式结合在一起形成双金属层状构件,从而使得双金属层状构件具备任一金属组元都无法比拟的性能优势,能够满足某些构件在极端环境下服役时所要求的高强高韧性、耐磨性和耐蚀性等性能,具有广阔的应用前景。双金属组元的化学成分和结构形态均不同,双金属层状构件的不同工作面存在力学性能差异,因而界面形态与结合性能成为双金属层状构件复合成形的关键。因此,本文基于双金属层状构件复合制造技术的研究现状,从双金属层状构件的界面结合过程的数值模拟和实验研究方面进行简要阐述,着重探讨工艺参数对双金属层状构件界面结合过程的影响规律,揭示界面形态和组织演变特征以及界面结合机理,指出现有双金属层状构件界面结合行为研究的不足,并展望双金属层状构件界面结合研究重点与发展趋势。

改性高锰钢环锤的消失模铸造模拟

通过采用Procast软件对消失模铸造高锰钢环锤的充型及凝固过程进行了数值模拟,观察其缺陷产生的部位,并分析缺陷产生原因。以此为依据,对高锰钢环锤的生产过程进行优化,有效避免缩松、缩孔在其关键部位的形成。

铸态Al-Zn-Mg-Cu铝合金多道次压缩变形行为及组织演变

利用Gleeble-3500热力模拟试验机研究了铸态Al-Zn-Mg-Cu铝合金单道次等温和多道次非等温压缩变形行为,分析了其流变应力和组织演变规律。结果表明,随着变形道次增加和道次变形温度降低,流变应力值增大,不同道次间歇内应力软化程度变化不明显,原始晶粒压缩至长宽比约4∶1时晶粒在有利位向开始细化,累积真应变为0. 9时原始长条状晶粒破碎成细小等轴晶;随着热压缩后保温时间增加,组织发生回复,晶粒短轴变宽,两道次压缩组织演变为原始晶粒长宽比减小,三角晶界处的破碎小晶粒在保温30 s过程中向原始晶粒扩展长大,第二相逐渐溶解;三道次压缩及其在保温30 s过程中组织演变为原始晶粒长宽比减小,原始晶粒细化和新晶粒长大,第二相在热压缩过程中回溶,并在保温时析出。

海洋工程高抗蚀筋材研究进展

随着国家海洋强国建设和“向海经济”发展战略的实施,北部湾、南海区域和东盟沿海重大海洋工程建设进入高速发展阶段。海工钢筋混凝土作为海洋建设的重要基础材料,在近海岸港口码头、跨海桥梁、海底隧道、人工岛屿以及海上钻井平台等领域已有广泛应用,为海工筋材的开发提供了极大的市场推动力。由于处于高温、高湿、高盐雾等复杂的海洋环境,海工筋材普遍存在锈蚀、涂料脱落、开裂以及功能性快速失效等突出问题,其耐蚀性直接关系到混凝土和海洋工程结构的耐久性与服役寿命,以上问题对传统海洋工程材料也提出了新挑战。因此,迫切需要开展提高海工筋材耐蚀性的研究。近年来国内外学者在海工钢筋锈蚀行为和结构耐久性方面开展了大量有益研究,取得了丰硕成果。普通低碳钢筋以大面积整体均匀腐蚀为主,耐蚀能力有限,会降低钢筋握裹力,诱发混凝土结构锈胀开裂和剥落;不锈钢筋临界Cl-浓度高,以局部点蚀为主,锈蚀速率低,但Cr、Ni总含量高达20%,前期成本较高;涂/镀层钢筋可以防止混凝土及其外围环境中侵蚀介质对钢筋的锈蚀,但随着混凝土强度提高和保护层厚度加大,开裂倾向也增加;低合金化钢筋的耐Cl-腐蚀能力较强,具有双层钝化膜结构,Cr和Ni增大了其钝化区间,锈层稳定性高,其腐蚀速率远低于普通低碳钢筋。因此,具有高抗蚀性的合金化海工筋材在向海港口码头、跨海大桥等重大工程中的应用不断加大。本文综述了海洋工程用钢筋材料的研究进展,从钢筋特点、组织结构、耐蚀行为与性能以及耐蚀机理等方面着重进行阐述,并阐明了海洋腐蚀条件下钢筋锈蚀组织变化规律,揭示了低合金化钢筋材料的耐蚀机理,指出高抗蚀筋材耐蚀性研究中存在的问题,最后提出低合金化海工筋材体系开发的必要性及其耐蚀性研究的重点,以期为高抗蚀钢筋的研发及推广应用提供理论依据。