重大装备用高品质轴承用钢的发展及其质量控制

 随着汽车、高铁、精密机床、风电等重大装备的应用与建设,对轴承提出了高品质、长寿命和高可靠性的要求。除了轴承结构设计、制造精度外,轴承用钢对轴承产品的质量具有至关重要的影响。基于目前高端轴承应用需求,分析了高铁、风电、盾构机等重大装备领域轴承需求现状和性能要求,介绍了国内外轴承钢的发展方向和钢种开发情况,并讨论了轴承钢质量控制原理和思路。轴承钢产品质量控制的目标可归纳为纯净化、精细化和均匀化。其中冶金和凝固过程通过窄成分控制、低有害元素含量、碳化物液析、元素偏析带状、结晶组织缺陷、夹杂物控制等以获取洁净钢。后续轧制锻造工序通过控轧控冷实现组织的均匀化和精细化控制,以满足后续热处理等工序的加工性要求。     

材质对谐波减速器刚轮的耐磨性能影响

采用3种谐波减速器用刚轮材料——2Cr13不锈钢、40Cr中碳合金钢、45钢,通过对其显微组织、硬度、三维及二维形貌的显微磨损、摩擦因数的分析,探究不同材料耐磨性能的差异。结果表明,2Cr13、40Cr的显微组织为回火索氏体,45钢的显微组织为铁素体与珠光体。2Cr13、40Cr硬度相近且远大于45钢。2Cr13磨损形貌为黏着与剥落,磨损机制为黏着磨损;40Cr、45钢磨损形貌为犁沟与剥落、犁沟与黏着,磨损机制为磨粒磨损。3种材料的摩擦因数相差可忽略不计。2Cr13、40Cr、45钢截面的磨损面积分别为5 008、1 645、6 535μm2。硬度相近下,40Cr表现出比2Cr13更优异的耐磨性能。45钢与摩擦副材料的硬度值相差最大,耐磨性能最差。     

基于工程教育认证标准培养解决复杂工程问题能力

总结工程教育现状并指出其面临的机遇。提出以工程教育认证为契机加快发展高等工程教育,依据"指南"的认证标准,解读"解决复杂工程问题"的内涵。以北京科技大学材料科学与工程学院为例,从提升师资工程能力、加强课程体系和建设完善教学支持条件3个方面探讨培养解决复杂工程问题能力的举措和实效。     

多翼离心风机双圆摆线叶片的响应面优化设计

针对多翼离心风机的叶片结构,设计了一种双圆摆线叶片替代传统的圆弧叶片以提高风机的气动性能。结合数值仿真与实验验证的方法,以双圆摆线叶片弦长、叶片弦高及摆线的起始位置为设计变量,采用响应面优化设计拟合出设计变量与风机静压升、风机效率之间的数学模型。通过遗传算法计算出效率不减、静压升最高优化目标下的最佳设计参数组合。计算结果表明,优化后的风机在叶轮出口处的气流更加均匀,气流速度也更高;减少了叶片吸力面上的涡旋区域,改善了气流在叶轮内的流动状态。相比于原型风机,优化风机静压升增加了40余Pa,增幅为12.1%。     

重型钎具用钢组织性能控制的研究现状

凿岩钎具是由钎头、钎杆、钎尾等部件组成的一个细长的杆件系统,是矿业资源开采、交通道路建设、水电项目施工、城镇化建设等施工项目中用于钻凿岩石的主要工具。重载钎具产品在使用过程中受到岩矿石的剧烈磨损、高压水流或气流以及矿坑水的冲刷腐蚀,要承载凿岩机活塞每分钟3 000次以上的高频冲击功,在拉压、弯曲及扭转应力的受力状况下高速冲击岩石。由于使用条件的限制和复杂的受力状况,高品质的重载钎具用钢一方面要求具有良好的强韧性匹配以保证其耐磨损和抗冲击性能,另一方面又要求其具有良好的加工工艺性能和一定的抗腐蚀能力。钎具钢的组织结构是各生产工艺系统控制的结果,包括对钎钢轧材纯净性和组织均匀性的控制、钎具的成形工艺以及后续的渗碳及热处理组织性能控制,因此,对钎具钢进行系统研究以提高钎具产品质量及使用寿命是十分必要的。通过对钎具的缺陷分析以及国内外优质钎具的组织性能对比得出,优质钎具在渗碳层外表面和基体之间的过渡区域存在大量下贝氏体,使高硬度的表面与韧性较好的心部有更好的组织过渡,是造成钎具质量存在差异的主要原因之一。为延长重载钎具疲劳寿命,轧材需控制夹杂物形态、尺寸及数量从而提高纯净度,改善带状组织特征以促进显微组织均匀化,而渗碳和后续热处理工艺控制对于改善疲劳寿命影响最为显著。对于渗碳工艺而言,需综合考虑渗碳工艺参数对碳浓度分布、显微组织和硬度分布的影响,避免在渗碳层表面形成残余奥氏体从而降低硬度,同时还要考虑成本。而对于渗碳后淬回火工艺而言,淬火的冷却方式是影响钎具钢渗碳和热处理后冲击韧性和组织性能分布的关键因素。重型钎具的最佳组织结构应为:表面为高硬度高耐磨性的高碳马氏体组织;过渡区为马氏体+下贝氏体的混合组织;心部为韧性较好的贝氏体组织,同时,具有组织性能平缓过渡的渗碳层。本文归纳了重型钎具的服役条件及各部件的性能要求,对目前重型钎具的失效方式、国内外钎具的组织性能对比进行介绍,分析了目前关于重载钎具用钢组织性能控制关键因素的研究现状,并针对重载钎具用钢组织性能系统控制目标的实现提出了总结与展望。     

非调质钢36MnVS4汽车发动机连杆胀断缺陷分析

通过合金成分测定、显微组织定量分析、室温拉伸力学性能测定,对国内某厂采用国产钢材生产的非调质钢36MnVS4连杆断口不齐、胀不断和断口变形大胀断缺陷进行分析。结果表明:连杆的组织上原奥氏体晶粒过细、铁素体含量超标、存在大量贝氏体,组织均匀性差,连杆的性能上断面收缩率大是产生缺陷的主要原因;明确材料基础特性,采用控锻控冷技术实现对组织性能精确地系统控制是解决胀断缺陷问题的有效途径。     

加热温度和保温时间对轴承钢GCr15SiMn碳化物的影响

通过光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)观察及硬度测试,研究了加热温度和保温时间对轴承钢GCr15Si Mn碳化物回溶的影响。结果表明,随加热温度升高和保温时间延长,碳化物回溶加剧,组织显微硬度升高,且加热温度影响较保温时间更为明显;碳化物形态变化趋势为:层片状(或网状)→杆棒状→球状,部分完全溶入基体,但在实验条件下碳化物不能完全回溶;奥氏体优先在铁素体和渗碳体两相界面处形核,层片状珠光体向奥氏体转变过程极其快速。     

基于提升解决工程问题能力的材料现代研究方法（材料加工）课程教学

基于新形势下对复合型工程人才的需求，培养既有扎实专业知识又有实践能力的专业人才，促进“新工科”专业建设和学生综合能力提高，在研究生课堂教育教学中加强解决工程问题能力培养，为中国制造培养更多大国工匠。     

矿用局扇参数优化研究

以矿用局扇为基础,应用Gambit软件建立了局扇三维立体模型。应用Fluent软件初步预选了局扇叶片数。以预选局扇叶片数、安装角和叶片顶部翼形弦长与列线(额线)之间夹角为正交试验三因素,以出口全压有效功率为正交试验性能指标建立了局扇正交试验,3个因素分别取了3个水平。结果表明3个因素最佳组合是14°、51.5°、33.1°。根据正交试验结果修正了局扇叶片参数。