近日，《中國科學(xué)報(bào)》從揚(yáng)州大學(xué)獲悉，該校機(jī)械工程學(xué)院教授劉澄帶領(lǐng)學(xué)生創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)運(yùn)用一種具有獨(dú)立知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型多步低溫等溫淬火工藝，利用多相納米結(jié)構(gòu)的共振強(qiáng)化韌化原理，制備出具有超強(qiáng)、超硬以及壓縮性能好、生產(chǎn)線綠色節(jié)能等優(yōu)勢的優(yōu)質(zhì)彈簧。比較國內(nèi)彈簧產(chǎn)品，其使用壽命增加50%以上，也高于歐美國家的彈簧產(chǎn)品。該項(xiàng)技術(shù)已應(yīng)用于揚(yáng)州核威碟形彈簧制造有限公司的實(shí)際生產(chǎn)中，為碟簧今后在機(jī)械以及國防等重載條件下的應(yīng)用開拓了更廣泛的前景。
據(jù)了解，碟簧和氣門彈簧是機(jī)動(dòng)器械的重要元件。碟簧常用于大中型機(jī)械設(shè)備、軍事裝備、航天航空等領(lǐng)域中，例如汽車和拖拉機(jī)離合器及安全閥的壓緊彈簧；氣門彈簧作為發(fā)動(dòng)機(jī)氣門的復(fù)位裝置，在保證氣門及時(shí)落座、緊密貼合的同時(shí)，防止由發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)時(shí)發(fā)生跳動(dòng)，致使發(fā)動(dòng)機(jī)密封性降低。
目前，我國生產(chǎn)的碟簧和氣門彈簧普遍存在強(qiáng)度低、彈性韌性差、疲勞性能不足等問題，導(dǎo)致其使用壽命短，易發(fā)生突然性早期失效斷裂，致使機(jī)械故障、汽車熄火甚至發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒。
“以重要功用機(jī)械和發(fā)動(dòng)機(jī)為例，國內(nèi)的高性能碟簧和氣門彈簧還是主要依賴進(jìn)口，其關(guān)鍵的制造加工技術(shù)一直處于保密狀態(tài)。如何破解國際高端彈簧的核心技術(shù)問題，結(jié)合我國彈簧鋼原材料特點(diǎn)和生產(chǎn)現(xiàn)狀，創(chuàng)新出具有中國特色且國際一流品質(zhì)的彈簧產(chǎn)品是我們追求的目標(biāo)和使命。”團(tuán)隊(duì)成員王璇表示。
傳統(tǒng)上，作為常用的高強(qiáng)度60Si2Mn合金彈簧是經(jīng)奧氏體化、淬火及回火熱處理工藝后獲得回火屈氏體組織，從而達(dá)到較高性能要求的。由于該顯微組織中存在脆硬的碳化物，因此在保證良好彈性韌性的同時(shí)，無法達(dá)到高強(qiáng)度和硬度水平，更無法兼顧其重要的疲勞性能。
該項(xiàng)目基于當(dāng)前國際鋼鐵研究前沿的低溫納米超級(jí)貝氏體相變理論、多相強(qiáng)化韌化理論以及淬火—配分熱處理技術(shù)，通過反復(fù)多次工藝實(shí)驗(yàn)和性能測試，研發(fā)了一種穩(wěn)定的新型多步控冷低溫等溫淬火熱處理生產(chǎn)工藝。
該工藝首先通過分步加熱和防氧化措施，完成短時(shí)奧氏體化過程，接著在自行設(shè)計(jì)的冷卻介質(zhì)中實(shí)現(xiàn)多步冷卻控制，然后在較低溫度下進(jìn)行一定時(shí)間的保溫處理，最后空冷至室溫。“我們采用了工業(yè)電爐來完成所有工藝加熱過程，打破傳統(tǒng)加熱鹽浴方式，減少了人員和環(huán)境的污染問題，實(shí)現(xiàn)了綠色、環(huán)保、高效的可持續(xù)發(fā)展工業(yè)目標(biāo)。”團(tuán)隊(duì)成員周文韜表示。
截至目前，該研究項(xiàng)目授權(quán)和申請(qǐng)受理5項(xiàng)發(fā)明專利，發(fā)表核心論文4篇、SCI論文 1篇、EI論文2篇、國際會(huì)議論文1篇。
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