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各元素在合金中的作用如下:(1)Si和Mg的影響Si和Mg是該鋁型材合金的主要組成元素,其結(jié)合形成了產(chǎn)品的主要強(qiáng)化相Mg2Si。但Si和Mg比例不同,形成強(qiáng)化相的數(shù)量和分布有差別,這直接影響到產(chǎn)品日處理后的力學(xué)性能。研究表明[3],對(duì)于Al-Mg-Si三元合金,當(dāng)其處于ɑ(Al)-Mg2Si-Si三相區(qū)間內(nèi)時(shí),具有最大的抗拉強(qiáng)度。對(duì)于Al-Mg-Si三元合金,Mg2Si含量增加,會(huì)提高其抗拉強(qiáng)度,但會(huì)降低其伸長(zhǎng)率;當(dāng)Mg2Si含量為定值時(shí),Si含量增加,抗拉強(qiáng)度增加,伸長(zhǎng)率變化不大,但當(dāng)Si出現(xiàn)過(guò)剩相時(shí),合金的耐蝕性隨過(guò)剩相含量的增加而降低,脆性增大;當(dāng)Si含量為定值時(shí),增加Mg含量,也會(huì)提高抗拉強(qiáng)度。合金位于ɑ(Al)-Mg2Si兩相區(qū)或Al單相區(qū)(Mg2Si固溶于基體),具有最佳的耐蝕性能。公司根據(jù)以上機(jī)理,確定了內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)。(2)Mn的影響Mn亦可強(qiáng)化基體,提高產(chǎn)品的韌性和耐蝕性,但Mn含量過(guò)多時(shí),會(huì)減少Si的強(qiáng)化效果,形成晶內(nèi)偏析,產(chǎn)生粗精組織,降低鑄錠的擠壓性能,因此,要適當(dāng)控合金中Mn含量。(3)Ti的影響Ti是晶粒細(xì)化劑,可以避免鑄造時(shí)形成熱裂紋,減少鑄錠中的柱狀晶組織,細(xì)化鑄錠的晶粒度,減少擠壓產(chǎn)品的各向異性。(4)Zn和Cu的影響少量的Zn和Cu可以提高鋁型材的強(qiáng)度,耐蝕性變化不大,但添加量過(guò)多時(shí)會(huì)降低鋁型材的抗腐蝕性。同時(shí),少量的Cu可以減少人工時(shí)效后機(jī)械性能的下降。(5)Fe的影響Fe是鋁型材中的雜質(zhì)元素,會(huì)損害型材的綜合性能,應(yīng)盡量減少其含量。綜上所述:在該產(chǎn)品用鋁合金成分配比中,鎂硅比應(yīng)保持在1.18左右,此時(shí)鋁型材內(nèi)強(qiáng)化相絕大部分是Mg2Si,含有少量的富余Si,Si含量亦不過(guò)剩,此時(shí)強(qiáng)度較高,塑性和抗蝕性未降低;由于沒(méi)有過(guò)剩的硅含量,Mn含量可以處于國(guó)標(biāo)的下限。Fe含量應(yīng)根據(jù)原鋁錠冶煉水平,越低越好。
2.1鋁棒均質(zhì)熱處理工藝控制在鋁棒鑄造成型過(guò)程中,受合金成分、濃度梯度、溫度梯度、冷卻強(qiáng)度等因素的影響,鋁棒不可避免的會(huì)出現(xiàn)樹(shù)枝晶、薔薇晶、帶狀組織、偏析、非平衡相、鑄造應(yīng)力等不希望得到組織或狀態(tài),為了在擠壓前消除這些缺陷,優(yōu)化鑄棒組織,需要對(duì)鋁合金棒進(jìn)行均質(zhì)處理。均質(zhì)處理時(shí)一是要考慮鋁棒不能過(guò)燒,出現(xiàn)二次共晶;二是要使粗大的針狀、帶狀和非平衡相充分溶解。以XX公司35噸均質(zhì)爐,裝入直徑292mm鋁棒為例,考慮到熱電偶誤差,保溫溫度應(yīng)控制在570±5℃,保溫6h為宜,低于560℃,可能出現(xiàn)組織不均勻區(qū)域(低倍組織),擠壓型材力學(xué)性能較低;高于585℃,將會(huì)使晶界粗化,引起過(guò)燒,嚴(yán)重時(shí)形成難熔質(zhì)點(diǎn)。保溫時(shí)間應(yīng)在5.5~6.5h之間,過(guò)高和過(guò)低都影響鋁型材力學(xué)性能。以保溫溫度570℃,保溫6h為參照,擠壓工藝相同的情況下,當(dāng)保溫溫度延長(zhǎng)至7.5h時(shí),抗拉強(qiáng)度下降約11%。冷卻時(shí),采取風(fēng)冷+水冷分級(jí)的冷卻方式,一方面使冷卻介質(zhì)均勻分布,一方面不至于冷卻速度過(guò)慢或擴(kuò)快,影響均質(zhì)效果。
2.2加熱固溶熱處理工藝控制研究表明[4],模具出口處型材溫度受鋁棒加熱溫度、擠壓速度和其它因素多重影響,其中鋁棒加熱溫度影響強(qiáng)度約44%,擠壓速度影響強(qiáng)度約32%。對(duì)于本文研究的該型材產(chǎn)品,由于合金為6082合金,本身變形抗力較大,同時(shí)型材截面復(fù)雜,幅面寬,因此,適宜較高的鋁棒加熱溫度,低的擠壓速度。對(duì)鋁棒加熱的控制主要是加熱溫度和保溫時(shí)間,對(duì)于加熱溫度控制,主要考慮因素是型材出口溫度(固溶溫度)和變形抗力,鋁棒加熱溫度過(guò)低,將造成變形抗力過(guò)大,出現(xiàn)模具崩裂或走水;即使擠出型材,型材出口溫度較低,型材性能較差??紤]到鋁棒從鋁棒爐出來(lái)到進(jìn)入擠壓機(jī)有一定的時(shí)間間隙,鋁棒加熱溫度應(yīng)適當(dāng)提高。對(duì)于鋁棒保溫時(shí)間控制,主要考慮析出物溶解程度和鋁棒溫度均勻性,對(duì)于長(zhǎng)棒爐,通過(guò)改善加熱方式和內(nèi)部熱循環(huán)方式,盡可能提高爐內(nèi)溫度均勻性。對(duì)生產(chǎn)該型材的鋁棒,保溫時(shí)間應(yīng)控制在3分鐘以上,能夠保證析出相的充分溶解,如果鋁棒進(jìn)入加熱爐前長(zhǎng)時(shí)間放置,保溫時(shí)間應(yīng)延長(zhǎng)。同時(shí),實(shí)踐證明,保溫時(shí)間繼續(xù)延長(zhǎng),對(duì)擠出型材性能影響不大。當(dāng)生產(chǎn)鋁型材使用在線淬火方式時(shí),型材出口溫度即為固溶溫度。固溶溫度與鋁棒加熱溫度直接相關(guān)。對(duì)于生產(chǎn)該型材的6082合金,理論上,固溶溫度越高,越有利于強(qiáng)化相的徹底固溶。由上述可知,其它擠壓工藝相同的情況下,鋁棒加熱溫度直接決定固溶溫度,因此鋁棒溫加熱溫度越高,固溶的越好,但固溶溫度要低于合金最低熔點(diǎn),防止合金過(guò)燒。生產(chǎn)實(shí)踐表明,當(dāng)固溶溫度處于520-545℃時(shí),型材具有較高的性能;此時(shí),采用某擠壓工藝時(shí),鋁棒加熱溫度應(yīng)控制在485~510℃。
2.3淬火工藝控制由于生產(chǎn)本文所述型材產(chǎn)品使用的是6082鋁合金,該合金的淬火敏感性比6061、6063等牌號(hào)合金要高[2],因此,淬火強(qiáng)度要高,否則,將影響產(chǎn)品強(qiáng)度和時(shí)效效果。在曾經(jīng)使用過(guò)的水淬、強(qiáng)風(fēng)+霧、強(qiáng)風(fēng)等淬火方式中,水淬冷卻強(qiáng)度最大,淬火后硬度高,但淬火后由于型材厚度不均,容易出現(xiàn)產(chǎn)品的翹曲和變形,造成廢品。強(qiáng)風(fēng)+霧的淬火方式亦能達(dá)到產(chǎn)品性能要求,但對(duì)光身料產(chǎn)品,氣霧容易在產(chǎn)品形成水漬,增大后期處理難度。Xx公司通過(guò)改變出風(fēng)口位置,改善氣體質(zhì)量和溫度,可以使產(chǎn)品強(qiáng)度和硬度等性能指標(biāo)達(dá)到要求。在淬火工藝控制過(guò)程中,該型材的淬火冷卻速度要保證達(dá)到300℃以上。
2.4時(shí)效工藝控制經(jīng)過(guò)固溶淬火后的鋁型材得到一種不穩(wěn)定的固溶體,此時(shí)其力學(xué)性能并不能達(dá)到最大;同時(shí),由于該固溶體處于過(guò)飽和狀態(tài),又有較大的析出傾向,如果不對(duì)其進(jìn)行人工時(shí)效處理,析出相將在晶界處聚集,出現(xiàn)晶間腐蝕或應(yīng)力腐蝕。在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中,由于可能需要整形等工序,人工時(shí)效前產(chǎn)品會(huì)在自然狀態(tài)放置一段時(shí)間,相當(dāng)于一個(gè)自然時(shí)效過(guò)程。生產(chǎn)實(shí)踐顯示,自然狀態(tài)放置時(shí)間應(yīng)盡量避免在5~7h之間,在此時(shí)間區(qū)間內(nèi),相同人工時(shí)效工藝下,力學(xué)性能偏低。在人工時(shí)效工藝參數(shù)優(yōu)化過(guò)程中,當(dāng)時(shí)效溫度為175℃吳宗闖,等:集裝箱鋁型材生產(chǎn)過(guò)程中熱處理工藝控制初探•89•時(shí),保溫6.5h,產(chǎn)品性能最優(yōu);但延長(zhǎng)保溫時(shí)間,產(chǎn)品強(qiáng)度、硬度等力學(xué)性能變化不大,保溫時(shí)間延長(zhǎng)至15h,產(chǎn)品性能略有降低,強(qiáng)度降低小于3%。但保溫時(shí)間低于5.5h,力學(xué)性能下降明顯??紤]企業(yè)成本控制因素,保溫時(shí)間控制6~7h最佳。
3結(jié)束語(yǔ)
1.1樣品制備
本實(shí)驗(yàn)采用熔融熱處理工藝制備玻璃陶瓷。在鋇硼硅酸鹽玻璃體系中加CaO、TiO2和ZrO2(摩爾比為2∶3∶1)作為晶核劑,含量保持45wt%不變。所用原料為分析純的SiO2、H3BO3、BaCO3、Na2CO3、Na2SO4、CaCO3、TiO2,考慮到ZrO2在硼硅酸鹽玻璃中很難溶解,因此用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為95.2%的ZrSiO4來(lái)引入ZrO2,由于ZrSiO4同時(shí)引入了Si,所以,Si的含量由調(diào)節(jié)SiO2的含量來(lái)保持平衡。按照配料比稱取所需原料(≈90g),用瑪瑙研缽充分研磨混勻后放入剛玉坩堝中。將坩堝放于馬弗爐中加熱到850℃焙燒2h,以5℃/min的升溫速率升溫到1250℃下熔融3h。將熔體水淬后得到玻璃樣品,做DTA分析玻璃樣品的核化溫度和晶化溫度。之后采用熔融熱處理工藝分別在核化溫度Tn和晶化溫度Tc(由DTA分析得到)各保溫2h后自然冷卻得到玻璃陶瓷樣品。
1.2測(cè)試與表征
將所制得的玻璃樣品研磨過(guò)篩(100~200目,75~150um)后,利用SDTQ600型同步熱分析儀,以20℃/min的升溫速率升溫到1200℃對(duì)樣品進(jìn)行差熱分析(DTA),確定玻璃的熱處理溫度;用X’PertPRO型X射線衍射分析儀X衍射(X-raydiffraction,XRD)分析,銅靶(35kV,60mA),掃描速度5°/min,步長(zhǎng)0.02°,掃描范圍為10~80°;用質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20wt%的HF水溶液腐蝕樣品30s,超聲20min,烘干后,利用德國(guó)蔡司公司EVO18型掃描電鏡對(duì)樣品微觀形貌分析(SEM)。
2結(jié)果與分析
2.1樣品的熱分析
為水淬后所得玻璃樣品的DTA曲線?;A(chǔ)玻璃的Tg在738℃左右,一般而言,成核溫度Tn比Tg高50℃左右。因此,本實(shí)驗(yàn)研究的核化溫度選取750℃、780℃和810℃。除Tg處的吸熱峰外,在815℃和970℃附近還出現(xiàn)了寬化的放熱峰,表明晶化溫度Tc在該溫度附近,兩個(gè)放熱峰可能對(duì)應(yīng)不同種類的晶體長(zhǎng)大溫度或者同一種類的晶相不同長(zhǎng)大速率的溫度。本研究選取的晶化溫度分別為850℃、875℃、900℃、925℃、950℃、1000℃和1050℃。
2.2核化溫度的確定
對(duì)于固化HLLW來(lái)說(shuō),玻璃陶瓷固化體應(yīng)具有晶粒多而小、均勻分布的特點(diǎn),而晶粒的多少和分布情況主要由核化溫度決定。為了確定最佳的核化溫度,先在970℃附近選一個(gè)溫度不變作為晶化溫度,本研究選取此溫度為1000℃。將玻璃陶瓷樣品分別在750℃、780℃和810℃核化處理2h后,再在1000℃處理2h。玻璃樣品經(jīng)過(guò)750℃、780℃和810℃核化處理后,所得晶相都是鈣鈦鋯石。而且在Tn=780℃時(shí),XRD圖譜上鈣鈦鋯石相的峰最強(qiáng),顯然其鈣鈦鋯石的含量也是最多。為了研究鈣鈦鋯石晶粒的分布情況和形貌,對(duì)其做SEM檢測(cè)。隨著晶化溫度從750℃向810℃變化,晶粒的尺寸從約400μm減小到約100μm再增大到約340μm。另一方面,經(jīng)過(guò)750℃處理的樣品,晶粒分布不均勻,出現(xiàn)聚集情況,780℃處理后的樣品晶粒分布則比較均勻,810℃處理后,所得晶粒成片狀且分布不均。核化溫度為780℃時(shí),玻璃陶瓷體內(nèi),鈣鈦鋯石晶粒多且分布均勻,尺寸較小。由此可以確定,該玻璃陶瓷的較佳核化溫度Tn為780℃。
2.3晶化溫度的確定
玻璃樣品在780℃處理2h后,分別在850℃、875℃、900℃、925℃、950℃、1000℃和1050℃保溫2h。晶化溫度在850~1000℃范圍內(nèi),對(duì)應(yīng)鈣鈦鋯石晶相的XRD峰強(qiáng)逐漸增加,當(dāng)溫度升高至1050℃時(shí),峰強(qiáng)又降低,說(shuō)明玻璃陶瓷樣品在780℃經(jīng)過(guò)均勻成核后,其長(zhǎng)大速率在1000℃達(dá)到最大值。值得注意的是,當(dāng)溫度低于1000℃時(shí),XRD圖譜上存在少量的氧化鋯晶相的峰。這可以解釋在970℃附近出現(xiàn)的不算明顯的放熱峰:一方面,鈣鈦鋯石晶體長(zhǎng)大是放熱過(guò)程,另一方面,氧化鋯慢慢溶解到玻璃中是吸熱過(guò)程,兩種不同的熱效應(yīng)共同作用就導(dǎo)致了熱分析曲線在970℃附近出現(xiàn)的寬化的放熱峰。示。晶化溫度為850℃和875℃時(shí),鈣鈦鋯石晶相呈柱狀,且溫度升高,晶粒變大。晶化溫度繼續(xù)升高到900℃后,晶粒形狀漸漸變的沒(méi)有規(guī)則,925℃處理后晶粒長(zhǎng)成塊狀。當(dāng)晶化溫度為950℃時(shí),晶粒開(kāi)始變?yōu)橹鶢?,但尺寸較Tc分別為850℃和875℃時(shí)要小的多,同時(shí)出現(xiàn)晶粒聚集的現(xiàn)象,分布不均勻。晶化溫度升高到1000℃后,所得鈣鈦鋯石晶粒尺寸變小,分布均勻,該晶化溫度下生成的鈣鈦鋯石晶相也是最多的。晶化溫度繼續(xù)升高到1050℃后,晶粒變的粗大而且呈聚集狀態(tài)。結(jié)合XRD和SEM分析可知,SiO2-B2O3-BaO-Na2O-CaO-ZrO2-TiO2體系基礎(chǔ)玻璃經(jīng)過(guò)Tn=780℃處理后,較佳的晶化溫度是1000℃。
3結(jié)論
英文名稱:Transactions of Materials and Heat Treatment
主管單位:中國(guó)科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)
主辦單位:中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)
出版周期:月刊
出版地址:北京市
語(yǔ)
種:中文
開(kāi)
本:大16開(kāi)
國(guó)際刊號(hào):1009-6264
國(guó)內(nèi)刊號(hào):11-4545/TG
郵發(fā)代號(hào):82-591
發(fā)行范圍:國(guó)內(nèi)外統(tǒng)一發(fā)行
創(chuàng)刊時(shí)間:1980
期刊收錄:
CA 化學(xué)文摘(美)(2009)
CBST 科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)速報(bào)(日)(2009)
EI 工程索引(美)(2009)
中國(guó)科學(xué)引文數(shù)據(jù)庫(kù)(CSCD―2008)
核心期刊:
中文核心期刊(2008)
中文核心期刊(2004)
中文核心期刊(2000)
中文核心期刊(1996)
中文核心期刊(1992)
期刊榮譽(yù):
中科雙效期刊
聯(lián)系方式
期刊簡(jiǎn)介
《材料熱處理學(xué)報(bào)》(月刊)創(chuàng)刊于1980年,中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)主辦,中國(guó)機(jī)械工程學(xué)會(huì)熱處理分會(huì)和北京機(jī)電研究所承辦的全國(guó)性學(xué)術(shù)期刊。收錄情況:全國(guó)中文核心期刊,中國(guó)期刊方陣-雙效期刊,中國(guó)科技論文統(tǒng)計(jì)源期刊,中國(guó)學(xué)術(shù)期刊(光盤(pán)版), 中國(guó)核心期刊(遴選)數(shù)據(jù)庫(kù)(萬(wàn)方數(shù)據(jù)庫(kù))、中國(guó)期刊網(wǎng)全文收錄期刊等。
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主要刊登各類材料(包括金屬與非金屬)的化學(xué)成分、組織結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能、物理化學(xué)性能的理論、材料加工、質(zhì)量控制檢測(cè)和計(jì)算機(jī)在材料科學(xué)中的應(yīng)用等方面的學(xué)術(shù)論文和科研成果,國(guó)家基金、省、部級(jí)基金資助項(xiàng)目研究論文及行業(yè)科技信息等,特別是材料科學(xué)與工程領(lǐng)域具有創(chuàng)新性、高水平的原創(chuàng)性學(xué)術(shù)論文及反映學(xué)科最新進(jìn)展的重要綜述文章。同時(shí)刊登國(guó)內(nèi)外科技成果轉(zhuǎn)讓、材料熱處理工藝裝備推廣等各類信息。
關(guān)鍵詞:LV710貝氏體鋼 回火 熱處理 力學(xué)性能
1 前言
目前貝氏體鋼已經(jīng)廣泛應(yīng)用于汽車前軸、鐵路道岔、礦山用高強(qiáng)度耐磨鋼球、塑料模具、油田用抽油桿等多個(gè)方面。貝氏體鋼是21世紀(jì)鋼鐵材料中的奇葩,正朝著低碳、超低碳、超細(xì)晶和高強(qiáng)度方面發(fā)展,在不久的將來(lái),將會(huì)有更加廣泛的應(yīng)用前景[1,2,4]。
本文主要是通過(guò)試驗(yàn)研究LV710貝氏體鋼在不同的正火回火熱處理后的力學(xué)性能特點(diǎn),分析熱處理工藝對(duì)其力學(xué)性能的影響,為其應(yīng)用奠定試驗(yàn)依據(jù)。
2 實(shí)驗(yàn)部分
2.1 試驗(yàn)儀器及設(shè)備
(1)熱處理試驗(yàn):SXS-15-13型箱式電阻爐(最高溫度1500℃);
(2)拉伸試驗(yàn):CMT5105A 型微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī);
(3)硬度試驗(yàn):HT-320全洛氏硬度儀;
(4)沖擊試驗(yàn):JBN-30型沖擊試驗(yàn)機(jī)
2.2 試驗(yàn)材料及其制備
試驗(yàn)材料:LV710新型貝氏體鋼。
試樣加工:沖擊試樣加工成10.2×10.2×55mm,熱處理后開(kāi)V 形缺口,拉伸試樣加工成Φ14×80mm棒料,然后加工成Φ6mm標(biāo)準(zhǔn)短拉伸試樣。
2.3 試驗(yàn)方案的確定
2.3.1 熱處理工藝確定及其熱處理試驗(yàn)
本次試驗(yàn)確定LV710貝氏體鋼的正火溫度為920℃×1h,試樣空冷后在不同溫度進(jìn)行回火,回火溫度分別為200℃、300℃、350℃、400℃、450℃、500℃、550℃、600℃,回火時(shí)間為2小時(shí)。
2.3.2 力學(xué)性能試驗(yàn)
1.拉伸試驗(yàn),測(cè)定材料的強(qiáng)度、延伸率、斷面收縮率等指標(biāo)。
2.硬度試驗(yàn),對(duì)經(jīng)過(guò)磨加工后的沖擊韌度試樣進(jìn)行HRC硬度測(cè)定。
3.沖擊韌度試驗(yàn),測(cè)定材料的沖擊韌度。
2.4 試驗(yàn)過(guò)程
2.4.1 熱處理過(guò)程
將熱處理爐加熱至920℃后,把試樣放入爐膛內(nèi)。待爐膛溫度回復(fù)至920℃并穩(wěn)定后開(kāi)始計(jì)時(shí),將試樣加熱1小時(shí)后取出,空冷后分別將試樣在200℃、300℃、350℃、400℃、450℃、500℃、550℃、600℃等溫度下進(jìn)行回火處理。
2.4.2 力學(xué)性能測(cè)試
(1)拉伸性能測(cè)試
將正火+回火熱處理后的拉伸試棒在CMT5105A 型微機(jī)控制電子萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行拉伸試驗(yàn),然后測(cè)量其斷口直徑、拉伸后的長(zhǎng)度等參數(shù)。
(2)硬度測(cè)試
將正火+回火熱處理后的沖擊試樣表面磨光,開(kāi)V形缺口,在全洛氏硬度機(jī)上測(cè)量其硬度。每個(gè)試樣至少打5個(gè)點(diǎn)求其平均值,算出每個(gè)回火溫度下的平均硬度值。
(3)沖擊性能測(cè)試
對(duì)試樣打完硬度后進(jìn)行沖擊性能測(cè)試,先將試樣放置于沖擊處,并把沖擊試驗(yàn)機(jī)的指針歸零,然后摁動(dòng)開(kāi)關(guān)進(jìn)行沖擊,沖擊完成之后在表盤(pán)上讀出沖擊吸收功的值,最后計(jì)算出各個(gè)溫度下試樣的平均沖擊吸收功。
3 試驗(yàn)結(jié)果與分析
3.1 不同熱處理工藝對(duì)材料力學(xué)性能的影響
本次試驗(yàn)中對(duì)試樣進(jìn)行了拉伸試驗(yàn)、硬度測(cè)試及沖擊試驗(yàn),各種力學(xué)性能指標(biāo)。
300℃以下回火,抗拉強(qiáng)度變化不大,300℃回火后抗拉強(qiáng)度值最高,為1450.88MPa,回火溫度超過(guò)300℃,隨著回火溫度的提高,貝氏體鋼的抗拉強(qiáng)度急劇降低,600℃回火后抗拉強(qiáng)度值最低,為868.80 MPa。
隨著回火溫度的升高,貝氏體鋼的硬度呈降低的總趨勢(shì)?;鼗饻囟鹊陀?00℃時(shí),隨著回火溫度的提高,硬度緩慢降低,當(dāng)溫度升超過(guò)400℃后,隨著回火溫度的提高,硬度快速降低。
在回火溫度低于350℃時(shí),沖擊韌度下降緩慢;回火溫度在350℃-500℃之間時(shí),沖擊韌度下降的比較迅速,到500℃時(shí),沖擊韌度降至最低,出現(xiàn)回火脆性;回火溫度高于500℃時(shí),沖擊韌度迅速上升。
綜合來(lái)看,LV710貝氏體鋼920℃正火、200~350℃回火后具有良好的強(qiáng)韌性配合,最佳的回火溫度為300℃×2h,獲得的力學(xué)性能為:抗拉強(qiáng)度1450.9MPa,硬度39.7HRC,沖擊韌度49.8J。
3.3 回火溫度對(duì)材料力學(xué)性能影響的原因分析
材料力學(xué)性能隨回火工藝不同變化的原因,與貝氏體鐵素體碳量變化及殘余奧氏體的分解有關(guān),是兩因素綜合作用的結(jié)果。貝氏體鐵素體是碳的過(guò)飽和固溶體,回火過(guò)程伴隨著貝氏體鐵素體固溶碳量的降低,造成硬度和抗拉強(qiáng)度的降低,因此,抗拉強(qiáng)度和硬度變化的總趨勢(shì)是隨著回火溫度的升高而下降。隨著回火溫度的升高,殘余奧氏體的熱穩(wěn)定性(不同回火溫度分解的難易程度)因回火溫度不同而異。300℃以下回火,貝氏體組織的殘余奧氏體穩(wěn)定性提高,低溫回火可以提高鋼的韌性;另外,鋼在低溫回火時(shí),殘余應(yīng)力的消除也有利于提高鋼的沖擊韌度。當(dāng)回火溫度超過(guò)350℃,貝氏體組織中的殘余奧氏體逐漸分解,析出脆性滲碳體,導(dǎo)致鋼的沖擊韌度值降低?;鼗饻囟雀哂?00℃后,滲碳體開(kāi)始聚集和球化,鐵素體有回復(fù)和再結(jié)晶的趨勢(shì),鋼的韌性開(kāi)始回升[3,4,6,7]。
由以上組織分析可知,貝氏體鋼正火空冷后進(jìn)行低溫回火處理能使該鋼獲得最佳強(qiáng)韌性組合。
4 結(jié)論
(1)不同的回火溫度熱處理對(duì)貝氏體鋼力學(xué)性能的影響為:對(duì)延伸率及斷面收縮率的影響趨勢(shì)基本上是相同的,均呈先升后降、復(fù)又升高的變化趨勢(shì)。對(duì)抗拉強(qiáng)度的影響是:300℃以下回火,抗拉強(qiáng)度變化不大,300℃回火后抗拉強(qiáng)度值最高,回火溫度超過(guò)300℃,隨著回火溫度的提高,貝氏體鋼的抗拉強(qiáng)度急劇降低。對(duì)試樣硬度的影響是:隨著回火溫度的升高,貝氏體鋼的硬度呈降低的總趨勢(shì)。對(duì)沖擊韌度的影響是:在回火溫度低于350℃時(shí),沖擊韌度下降緩慢;回火溫度在350℃-500℃之間時(shí),沖擊韌度下降的比較迅速,到500℃時(shí),沖擊韌度降至最低;出現(xiàn)回火脆性回火,溫度高于500℃時(shí),沖擊韌度迅速上升。
(2)LV710貝氏體鋼920℃×1h正火+300℃×2h回火,具有良好的強(qiáng)韌性配合,為最佳的回火工藝,獲得的力學(xué)性能為:抗拉強(qiáng)度1450.9MPa,硬度39.7HRC,沖擊韌度49.8J。
參考文獻(xiàn)
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關(guān)鍵詞:工程材料與熱處理;任務(wù)驅(qū)動(dòng);教學(xué)
1 前言
《工程材料及熱處理》是高等學(xué)校工程機(jī)械類及近機(jī)械類專業(yè)的一門(mén)技術(shù)基礎(chǔ)課,通過(guò)對(duì)該課程的學(xué)習(xí),學(xué)生能夠掌握機(jī)械工程材料和熱處理的相關(guān)知識(shí),并且為后續(xù)的專業(yè)課程打下良好的基礎(chǔ)。但是《機(jī)械工程材料及熱處理》課程內(nèi)容相對(duì)復(fù)雜、抽象,學(xué)生學(xué)起來(lái)難度較大,教學(xué)效果不理想。課程任務(wù)驅(qū)動(dòng)法是將課程任務(wù)與課程教學(xué)相結(jié)合,從而提升教學(xué)效果的教學(xué)方式。機(jī)械專業(yè)主要是為社會(huì)提供專業(yè)性人才,將課程任務(wù)驅(qū)動(dòng)法應(yīng)用于《工程材料及熱處理》教學(xué)中,根據(jù)其特點(diǎn)和應(yīng)用型本科教育“培養(yǎng)高素質(zhì)復(fù)合型應(yīng)用性人才”培養(yǎng)目標(biāo)的要求,實(shí)現(xiàn)教、學(xué)、做一體的任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式,提升學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。
2 任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)法概述
任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法是基于構(gòu)架主義學(xué)習(xí)理論的教學(xué)方法,在學(xué)習(xí)過(guò)程中,圍繞著一個(gè)共同的任務(wù)中心,在問(wèn)題動(dòng)機(jī)、實(shí)踐任務(wù)等驅(qū)動(dòng)下開(kāi)展教學(xué)的方式。任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)法是基于建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論的教學(xué)法,以知識(shí)的構(gòu)建為基礎(chǔ),通過(guò)以提出問(wèn)題、提出任務(wù)目標(biāo)以及完成任務(wù)目標(biāo)的教學(xué)方式。將任務(wù)驅(qū)動(dòng)法教學(xué)導(dǎo)入《工程材料及熱處理》教學(xué)中,在總體教學(xué)目標(biāo)的框架下,將總體目標(biāo)分為一個(gè)個(gè)小目標(biāo),根據(jù)學(xué)科的特點(diǎn)明確教學(xué)任務(wù),在任務(wù)驅(qū)動(dòng)下完成教學(xué)安排。
3 基于任務(wù)驅(qū)動(dòng)法的《機(jī)械工程材料及熱處理》教學(xué)方法
3.1 根據(jù)職業(yè)特點(diǎn)確定能力培養(yǎng)目標(biāo)
《工程材料及熱處理》教學(xué)的目標(biāo)主要是為機(jī)械專業(yè)類學(xué)生未來(lái)的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ),通過(guò)將材料的加工與熱處理和學(xué)生的職業(yè)生涯聯(lián)系起來(lái),根據(jù)專業(yè)和職業(yè)的特點(diǎn)確定培養(yǎng)目標(biāo),能夠提升學(xué)生的職業(yè)素質(zhì),讓學(xué)生更加重視課程的學(xué)習(xí)。在任務(wù)驅(qū)動(dòng)法教學(xué)中,為了讓學(xué)生獲得機(jī)械工程材料以及熱處理工藝的相關(guān)知識(shí),讓學(xué)生了解實(shí)際工件加工的全過(guò)程、了解熱處理工藝的特點(diǎn)、根據(jù)零件要求合理選擇熱處理方式,實(shí)現(xiàn)工作過(guò)程中的學(xué)習(xí)與課堂上的學(xué)習(xí)的整合,在教導(dǎo)學(xué)生知識(shí)的同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生的職業(yè)精神。
3.2根據(jù)崗位需求調(diào)整課程教學(xué)內(nèi)容
《工程材料及熱處理》是一門(mén)綜合性技術(shù)基礎(chǔ)課,對(duì)于未來(lái)機(jī)械人才的培養(yǎng)與學(xué)生的未來(lái)發(fā)展具有重要的意義。通過(guò)對(duì)相關(guān)行業(yè)與倉(cāng)業(yè)人才需求進(jìn)行調(diào)研,將《工程材料及熱處理》教學(xué)與學(xué)生的崗位發(fā)展結(jié)合起來(lái),能夠更好的開(kāi)展教學(xué)。本校所開(kāi)《機(jī)械工程材料及熱處理》課程總學(xué)時(shí)為63學(xué)時(shí),其中的教學(xué)內(nèi)容包括金屬學(xué)的基本知識(shí)、機(jī)械工程常用金屬材料、陶瓷材料與復(fù)合材料等內(nèi)容。采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)法進(jìn)行教學(xué),對(duì)其中一些理論性強(qiáng)、崗位實(shí)用性較差的內(nèi)容進(jìn)行壓縮,為了滿足現(xiàn)代崗位的需求,及時(shí)補(bǔ)充新知識(shí),確保教學(xué)的時(shí)效性。
3.3 以任務(wù)過(guò)程為導(dǎo)向的組織教學(xué)
任務(wù)引導(dǎo)型的《工程材料及熱處理》的教學(xué)組織,需要采取問(wèn)題教學(xué)的方式,通過(guò)教學(xué)導(dǎo)入,讓學(xué)生的職業(yè)發(fā)展與課程組織相結(jié)合,從而激發(fā)學(xué)生的主動(dòng)性,引導(dǎo)學(xué)生科學(xué)的思考問(wèn)題,加深對(duì)課程的認(rèn)識(shí)?!豆こ滩牧霞盁崽幚怼方虒W(xué)組織中,以專業(yè)課程教學(xué)與課程教學(xué)相結(jié)合,將教育行動(dòng)整合到教學(xué)過(guò)程中,改變傳統(tǒng)的“知識(shí)傳授型”的教學(xué)方式,將課程分為相應(yīng)的項(xiàng)目組,從而完成教學(xué)。在《工程材料及熱處理》教學(xué)中,在原有課程的基礎(chǔ)上,優(yōu)化課程體系,突出職業(yè)能力培養(yǎng),以任務(wù)驅(qū)動(dòng)與項(xiàng)目導(dǎo)向的教學(xué)方式,根據(jù)項(xiàng)目布置的方式完成教學(xué)任務(wù)。
3.4 針對(duì)不同基礎(chǔ)的學(xué)生進(jìn)行分組教學(xué)
學(xué)生的基礎(chǔ)與學(xué)習(xí)能力并不相同,在《工程材料及熱處理》教學(xué)過(guò)程中,應(yīng)該開(kāi)展差異化教學(xué),以異質(zhì)小組教學(xué)的方式,因材施教,促進(jìn)學(xué)生的整體提升。任務(wù)導(dǎo)向式教學(xué)需要以學(xué)生的情況為基礎(chǔ),采取分層教學(xué)的方式,布置不同的教學(xué)任務(wù)與教學(xué)安排,有意識(shí)的讓學(xué)生能夠了解自己,明確發(fā)展方向,同時(shí)相應(yīng)的教學(xué)難度能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性,促進(jìn)學(xué)生的全面提升。
3.5 以任務(wù)為導(dǎo)向的實(shí)驗(yàn)教學(xué)
實(shí)驗(yàn)教學(xué)是《工程材料及熱處理》教學(xué)的重要內(nèi)容,在理論教學(xué)的基礎(chǔ)上,開(kāi)展任務(wù)導(dǎo)向的實(shí)驗(yàn)教學(xué),能夠?qū)⒗碚撆c實(shí)踐相結(jié)合,提升學(xué)生的實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力與團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。《工程材料及熱處理》課程的原有實(shí)驗(yàn)主要為簡(jiǎn)單的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),對(duì)于學(xué)生的提升有效,在原有實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上加入以任務(wù)為導(dǎo)向的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容,與生產(chǎn)實(shí)踐結(jié)合緊密,讓學(xué)生能夠了解實(shí)驗(yàn)方案,熟悉實(shí)驗(yàn)材料,提升學(xué)生的主觀能動(dòng)性,培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神。以企業(yè)典型應(yīng)用為載體, 實(shí)現(xiàn)以實(shí)例項(xiàng)目為導(dǎo)向的教學(xué)模式,并借助教師的引導(dǎo)、 學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐和課堂討論,以將學(xué)習(xí)過(guò)程轉(zhuǎn)化為 “企業(yè)現(xiàn)場(chǎng)情景的再現(xiàn)”, 實(shí)現(xiàn) “將理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為專業(yè)技能” 的學(xué)習(xí)目標(biāo)。
3.6 以學(xué)生創(chuàng)造力為主的考核方式
任務(wù)驅(qū)動(dòng)式教學(xué)主要是以學(xué)生的能力提升為主,為了確保學(xué)生得到提升,取消傳統(tǒng)的書(shū)面考核,而取代以綜合性應(yīng)用知識(shí)的考核,能夠深化教學(xué)環(huán)節(jié),促進(jìn)學(xué)生的發(fā)展。采用項(xiàng)目報(bào)告的方式取代傳統(tǒng)的考試,能夠讓學(xué)生在任務(wù)的基礎(chǔ)上,對(duì)任務(wù)進(jìn)行思考與分析,并且就此開(kāi)展資料搜集,以小組的方式完成任務(wù),對(duì)于學(xué)生的發(fā)展具有重要的意義。
4 結(jié)語(yǔ)
通過(guò)“工程材料與熱處理工藝選擇”課程教學(xué)模式創(chuàng)新與學(xué)習(xí)方式轉(zhuǎn)變的研究,打破了傳統(tǒng)的課程結(jié)構(gòu)。本校近年來(lái)開(kāi)展《工程材料及熱處理》的任務(wù)教學(xué),從教學(xué)的準(zhǔn)備、教學(xué)的組織、教學(xué)的開(kāi)展等方面開(kāi)始,結(jié)合學(xué)生的未來(lái)職業(yè)發(fā)展情況開(kāi)展教學(xué),讓學(xué)生能夠掌握理論知識(shí)與應(yīng)用知識(shí),對(duì)提升教學(xué)效果具有重要的意義。
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作者簡(jiǎn)介:
關(guān)鍵詞:電磁感應(yīng)加熱;焊后熱處理;加氫反應(yīng)容器
中圖分類號(hào):TH49 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):
前言
應(yīng)力腐蝕裂紋是加氫反應(yīng)容器失效的重要原因之一。為防止應(yīng)力腐蝕裂紋,通常采用焊后熱處理。焊后熱處理是將焊接件加熱到相變點(diǎn)Ac1以下某一合適溫度,保溫一定時(shí)間后均勻冷卻的過(guò)程。焊后熱處理不產(chǎn)生相變,焊接的組織沒(méi)有發(fā)生變化,其主要目的是消除焊接殘余應(yīng)力,除此之外,還能夠改善焊接接頭的斷裂韌性、塑性,消除氫等有害氣體,提高抗腐蝕性,提高疲勞強(qiáng)度,改善蠕變性能等[1]。
焊后熱處理常采用整體入爐熱處理,當(dāng)在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行組焊后或因容器內(nèi)存在不銹鋼堆內(nèi)構(gòu)件等條件限制不允許整體進(jìn)爐熱處理時(shí),通常采用局部熱處理方式。局部焊后熱處理容易造成壓力容器的溫度梯度應(yīng)力和組裝過(guò)程中產(chǎn)生的塑性變形應(yīng)力,但相對(duì)于焊接的殘余應(yīng)力的危害,溫度梯度應(yīng)力和塑性變形應(yīng)力對(duì)整個(gè)壓力容器的影響較小,因而在產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程中常采用局部焊后熱處理方式。采用局部焊后熱處理時(shí),應(yīng)更加嚴(yán)格控制熱處理工藝,避免產(chǎn)生較大的溫度梯度而產(chǎn)生應(yīng)力,進(jìn)而有可能改變組織結(jié)構(gòu),產(chǎn)生缺陷,影響壓力容器的質(zhì)量,造成容器的報(bào)廢。
感應(yīng)加熱技術(shù)的應(yīng)用研究
局部焊后熱處理的方法有很多,如柔性陶瓷電加熱履帶加熱片加熱、氣體加熱、高頻感應(yīng)加熱等?,F(xiàn)加氫反應(yīng)器常采用履帶加熱設(shè)備,現(xiàn)使用的柔性陶瓷履帶加熱設(shè)備配備了微電腦控溫裝置,且設(shè)備操作便捷、通用性強(qiáng),能自動(dòng)控制輸出電流,使工件熱處理符合規(guī)范要求,所以施工現(xiàn)場(chǎng)熱處理大部分采用柔性陶瓷履帶加熱設(shè)備。
履帶加熱片加熱設(shè)備也存在很多不足之處:①熱效率低,加熱時(shí)間長(zhǎng),損耗電能大;②加熱方式主要靠熱輻射和熱傳導(dǎo),工件厚度方向加熱不均勻;③鋪履帶加熱片的部位表面溫度過(guò)高,易形成氧化皮,外壁與心部存在溫度梯度產(chǎn)生熱應(yīng)力。
感應(yīng)加熱設(shè)備加熱速度快、效率高、能耗??;溫度易控制;采用非接觸式加熱,具有一定的加熱深度,加熱溫度由工件表面向內(nèi)部傳導(dǎo);工件材料表面氧化皮生成少。逐漸在焊后熱處理中得到應(yīng)用。
在加氫反應(yīng)器生產(chǎn)中,電磁感應(yīng)加熱設(shè)備常見(jiàn)形式有平板式加熱器(如圖1所示)和繩狀加熱電纜(如圖2所示)。平板狀加熱片內(nèi)置銅線產(chǎn)生高頻感應(yīng)電流,外部為耐高溫的云母片,常用于管板的預(yù)熱、環(huán)氧乙烷冷卻器小接管的焊后熱處理等。繩狀加熱電纜水冷電纜外套為經(jīng)過(guò)強(qiáng)化的硅橡膠管,內(nèi)包特殊的銅線以承載高頻電流,電纜兩端接頭為自閉式設(shè)計(jì)防止內(nèi)部的冷卻液漏出,常用于底部彎管或側(cè)接管的焊后熱處理。
圖1 平板式電磁感應(yīng)加熱片 圖2 繩狀感應(yīng)加熱電纜
底部彎管
加氫反應(yīng)器底部彎管與下封頭組焊后如整體進(jìn)熱處理爐熱處理,不僅增加成本,且生產(chǎn)效率低。若采用新型感應(yīng)加熱設(shè)備對(duì)底部彎管進(jìn)行焊后熱處理,可提高生產(chǎn)效率,降低成本。
采用國(guó)內(nèi)某感應(yīng)設(shè)備廠家的電磁感應(yīng)加熱設(shè)備對(duì)底部彎管進(jìn)行焊后熱處理模擬實(shí)驗(yàn),工藝曲線如圖3所示。
圖3 模擬實(shí)驗(yàn)的工藝曲線
熱電偶的布置:試驗(yàn)管φ235×50×2210mm,在距一端800mm處的內(nèi)、外壁各布置一個(gè)測(cè)溫點(diǎn),左右兩側(cè)距外壁測(cè)溫點(diǎn)150mm處布置一個(gè)等效測(cè)溫點(diǎn)。熱電偶布置示意圖如圖4所示。
圖4 模擬實(shí)驗(yàn)的偶?jí)K布置示意圖
圖5為繩狀加熱電纜電磁感應(yīng)模擬實(shí)驗(yàn)的示意圖。實(shí)驗(yàn)對(duì)φ235mm×50mm×2210mm的小壁厚管子進(jìn)行感應(yīng)加熱試驗(yàn),在感應(yīng)線圈纏繞8匝,升溫速率為60~90℃/h條件下,模擬焊縫處中心線的內(nèi)外壁溫差在665℃×3h保溫階段約為20℃,滿足加氫產(chǎn)品保溫階段±14℃溫差的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),得到的熱處理曲線如圖6所示。圖中溫度較高的兩條曲線為感應(yīng)加熱纏繞中心處內(nèi)外壁偶的溫度,底部溫度較低的兩條曲線為監(jiān)測(cè)偶的溫度。
圖5 繩狀加熱電纜電磁感應(yīng)模擬實(shí)驗(yàn)圖6 熱處理曲線
數(shù)據(jù)表明,采用國(guó)產(chǎn)的電磁感應(yīng)加熱設(shè)備,在實(shí)驗(yàn)的條件下能夠?qū)崿F(xiàn)焊后熱處理工藝的要求,但國(guó)產(chǎn)設(shè)備仍不成熟,控制系統(tǒng)待完善,因此還不具備投入到生產(chǎn)中去。
美國(guó)米勒公司Miller Preheat35型感應(yīng)加熱設(shè)備是世界上最先進(jìn)的熱處理設(shè)備之一。其功率為35kW,頻率0.5~3萬(wàn)Hz,加熱導(dǎo)線為柔性線,內(nèi)通冷卻水。上海電力建設(shè)有限公司用此設(shè)備在主蒸汽管φ546mm×92mm的P92鋼焊后熱處理時(shí),能有效保證P92鋼大口徑厚壁管加熱到760℃的內(nèi)外壁溫差在±10℃范圍之內(nèi),且整個(gè)過(guò)程中平均消耗功率低于30kW[2]。圖7為Miller Preheat35型感應(yīng)加熱設(shè)備在加氫反應(yīng)器油氣出口接管法蘭上的應(yīng)用,直段壁厚為40mm,材質(zhì)為2.25Cr-1Mo,保溫溫度為600℃,保溫溫差為20℃,加熱、保溫、降溫的熱處理曲線見(jiàn)圖8所示,處理效果很好,可以應(yīng)用到生產(chǎn)中。
圖7 Miller設(shè)備應(yīng)用實(shí)例 圖8 Miller設(shè)備熱處理曲線
環(huán)氧乙烷冷卻器小接管
平板狀感應(yīng)加熱器可運(yùn)用到環(huán)氧乙烷冷卻器管板的焊后熱處理。國(guó)內(nèi)某公司生產(chǎn)的電磁感應(yīng)加熱設(shè)備。設(shè)備管件部件是高頻感應(yīng)加熱電源。該電源采用逆變技術(shù):三相工頻交流電經(jīng)三相橋式全波整流器將交流電整流成含有波紋的直流電,通過(guò)電容、電感濾波獲得平滑的直流電,再由電力半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)管的開(kāi)關(guān)作用和高頻變壓器的降壓,獲得交變的高頻電流。設(shè)備由22個(gè)獨(dú)立的小控制箱組成。
對(duì)平板狀感應(yīng)加熱設(shè)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn),如圖9所示。得到的熱處理曲線如圖10所示。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,在實(shí)驗(yàn)條件下,平板感應(yīng)加熱器可以加熱至680℃,保溫范圍在±14℃之內(nèi)。
感應(yīng)加熱設(shè)備運(yùn)用到冷卻器小接管焊后熱處理,其工裝示意圖如圖11所示。在實(shí)際的生產(chǎn)中,得到的熱處理曲線無(wú)法滿足工藝要求,其熱處理曲線示意圖如圖12所示。熱處理記錄儀上的點(diǎn)呈分散狀,原因是由于工作的電磁感應(yīng)加熱器產(chǎn)生的磁場(chǎng)對(duì)熱電偶采集信號(hào)干擾,且保溫效果不好,散熱過(guò)快所致。采用廠家專用的抗磁場(chǎng)干擾熱電偶效果仍不佳,在增加一套抗磁場(chǎng)干擾電子數(shù)字記錄儀的情況下,得到的熱處理曲線略有改善,但效果仍不理想。同時(shí),若改變熱處理加熱記錄設(shè)備,應(yīng)進(jìn)行相應(yīng)的工藝評(píng)定和論證,才能將數(shù)字記錄儀記錄熱處理加熱過(guò)程運(yùn)用到生產(chǎn)中。因而,此設(shè)備未得到廣泛應(yīng)用,僅應(yīng)用于加氫管板與換熱管接頭焊接的預(yù)熱。
圖9平板試驗(yàn)工裝示意圖圖10 平板感應(yīng)加熱設(shè)備實(shí)驗(yàn)得到的熱處理曲線
圖11 平板感應(yīng)加熱器在冷卻器小接管焊后熱處理的應(yīng)用圖12 冷卻器上小接管得到的熱處理曲線
結(jié)論
(1) 對(duì)感應(yīng)加熱的方法進(jìn)行應(yīng)用研究,結(jié)合公司實(shí)際產(chǎn)品,研究感應(yīng)加熱技術(shù)在加氫反應(yīng)器底部彎管、冷卻器小接管等焊后熱處理上的應(yīng)用,實(shí)際應(yīng)用中可提高生產(chǎn)效率,縮短生產(chǎn)周期,降低能耗;
(2) 國(guó)內(nèi)某感應(yīng)加熱設(shè)備模擬底部彎管焊后熱處理,在感應(yīng)線圈纏繞8匝,升溫速率為60~90℃/h條件下,在665℃×3h保溫階段,模擬焊縫處中心線的內(nèi)外壁溫差約為20℃,但由于設(shè)備部件元件的不成熟,無(wú)法將新型熱處理技術(shù)運(yùn)用到實(shí)際產(chǎn)品生產(chǎn)中。在此實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,總結(jié)失敗的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn),在新引進(jìn)的Miller Preheat35感應(yīng)設(shè)備,經(jīng)對(duì)設(shè)備的應(yīng)用研究,能夠解決底部彎管焊后處理的技術(shù)問(wèn)題,實(shí)現(xiàn)了在生產(chǎn)的應(yīng)用;
(3)感應(yīng)加熱設(shè)備試圖解決冷卻器小接管焊后熱處理難題,但設(shè)備在實(shí)際生產(chǎn)中出現(xiàn)記錄儀溫度記錄呈現(xiàn)分散性,不易解決,但此設(shè)備在加氫反應(yīng)器管板與換熱管接頭焊接預(yù)熱方面取得了較好的應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)
論文關(guān)鍵詞:淬火介質(zhì);雙液淬火;飛雕淬火
0前言
金屬進(jìn)行淬火處理時(shí),需要將金屬工件加熱到某一適當(dāng)溫度并保持一段時(shí)間,隨即浸入淬火介質(zhì)中快速冷卻。鋼的淬火(配合一定溫度的回火)是熱處理工藝中最重要、也是用途最廣泛的工序。根據(jù)加熱溫度的不同、加熱速度的快慢、加熱介質(zhì)及熱源條件、淬火部位的不同及冷卻方式不同,淬火方法有多種分類方法。
生產(chǎn)實(shí)踐中應(yīng)用最廣泛的淬火分類是以冷卻方式的不同劃分的。主要有:?jiǎn)我捍慊?、雙液淬火、馬氏體分級(jí)淬火、貝氏體等溫淬火、復(fù)合淬火、特殊工件也采用壓縮空氣淬火(風(fēng)淬)、噴霧淬火、噴流淬火、預(yù)冷淬火法(在空氣、水、油預(yù)冷以及擦水、擦油預(yù)冷)。
常用的淬火介質(zhì)有:水、水玻璃水溶液、過(guò)飽和硝鹽水溶液介質(zhì)、氯化鋅.堿光亮淬火介質(zhì)、聚乙烯醇水溶液、礦物油、堿水、熔鹽、熔堿等。
1“飛雕淬火術(shù)”一“擦油水冷”雙液淬火法
淬火介質(zhì)是實(shí)施淬火工藝過(guò)程的重要保證,對(duì)金屬材料熱處理后工件的質(zhì)量有著很大的影響。武漢理工大學(xué)工程訓(xùn)練中心有一種節(jié)能環(huán)保淬火技術(shù)一“擦油水冷”雙液淬火法,又稱“飛雕淬火術(shù)”(飛雕技術(shù)創(chuàng)新之一),非常值得推廣。這種淬火方法適合結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的低碳鋼、中碳鋼、低合金結(jié)構(gòu)鋼及不銹鋼的淬火和表面防銹處理。如:學(xué)生實(shí)訓(xùn)的產(chǎn)品小榔頭、手柄、異形非標(biāo)螺母及絲桿。特別是小榔頭,全國(guó)理工科大學(xué)生、中專生、技校生及職業(yè)學(xué)校學(xué)生的鉗工和金工實(shí)習(xí),或?qū)嵱?xùn)大多數(shù)要制作小榔頭。小榔頭用這種方法淬火,非常方便。這樣制作小榔頭不僅可以提高硬度,而且可以防銹,學(xué)生還可以了解熱處理知識(shí)。
這種方法非常簡(jiǎn)單,就是把擦洗機(jī)床、維修機(jī)床后不要的油棉紗放入水(最好是熱水)中,做成淬火介質(zhì)。那么,薄薄一層油就會(huì)浮出水面,形成上油下水淬火介質(zhì)一“飛雕淬火液”,此法可取代“水淬油冷”介質(zhì)。在傳統(tǒng)雙液淬火中用得最多的是先水后油法,而且水油分開(kāi),因?yàn)檫@樣可以保證淬火硬度。雖然現(xiàn)在廚房所用菜刀已普及為不銹鋼,但以前廚房所用鐵匠打的菜刀為夾鋼,即刃口為鋼,刀體為鐵,其淬火方法就是先油后水,也有用馬尿淬火的。
我們?cè)谏a(chǎn)實(shí)踐中,當(dāng)水中發(fā)出“咝”聲,到“咝”聲微弱時(shí)立即取出。另一種方法是利用手感考察在水中的震動(dòng),震動(dòng)開(kāi)始減弱時(shí)立即取出。取出后在空氣中冷卻。這樣做的目的是不用再加熱回火,更節(jié)能環(huán)保,讓其自回火。
對(duì)于某些局部淬火件,如鏨子、扁鏟等利用冷卻的余熱進(jìn)行回火,叫自回火。自回火是利用工件的內(nèi)外溫差造成的溫差使得淬火部分達(dá)到自回火。一般用在表面淬火的產(chǎn)品,控制冷卻時(shí)間,使表面冷到一定的溫度后停止冷卻,這樣靠余熱回火。主要用在尺寸質(zhì)量效應(yīng)較大的工件上,例如:表面層淬完火后,其中部仍然有600—700℃的余溫,那么余溫傳遞到淬完火的表面層,就是一個(gè)自回火過(guò)程。在生產(chǎn)實(shí)踐中進(jìn)行自回火,主要靠零件表面色彩來(lái)控制溫度,如黃色為220—255℃、藍(lán)色為300~315℃。也可以用測(cè)溫筆或表面測(cè)溫接觸溫度計(jì)進(jìn)行測(cè)溫。低碳鋼淬火時(shí),由于Ms點(diǎn)溫度較高(>350℃),淬火時(shí)得到的低碳馬氏體,在淬火冷中途便得到回火,獲得回火馬氏體組織,使鋼的強(qiáng)度及韌性均得到提高。所以,低碳鋼會(huì)發(fā)生自回火(或稱“淬回火”)。我們配制的“飛雕淬火液”雙液淬火介質(zhì)節(jié)能環(huán)保,一般工廠油棉紗都是隨垃圾一起倒掉,很不環(huán)保。如果把油棉紗反復(fù)泡熱水或冷水(冷水在淬火中也可變熱),也可以把維修機(jī)器的廢機(jī)油及皂化液等收集起來(lái),不隨意亂倒,再和水混合在一起,油及皂化液的比例不要超過(guò)10%。這樣,既環(huán)保又節(jié)能。其淬火介質(zhì)不易老化,使用壽命長(zhǎng),并具有優(yōu)良防銹、防腐性能。也不用擔(dān)心淬火介質(zhì)不純及淬火介質(zhì)有雜質(zhì)等問(wèn)題。
2其他常見(jiàn)淬火介質(zhì)特性如下:
化學(xué)工業(yè)出版社2009年2月出版的《熱處理實(shí)用淬火介質(zhì)精選》一書(shū)介紹了各類淬火介質(zhì)近400個(gè)品種和規(guī)格。但主要有下列3類淬火介質(zhì)其特性如下:
(1)純水是應(yīng)用最早、最廣泛、最經(jīng)濟(jì)的淬火介質(zhì),它價(jià)廉易得、無(wú)毒、不燃燒、物理化學(xué)性能穩(wěn)定、冷卻能力強(qiáng)。通過(guò)控制水的溫度、提高壓力、增大流速、采用循環(huán)水、利用磁場(chǎng)作用等,均可以改善水的冷卻特性,減少變形和開(kāi)裂,獲得比較理想的淬火效果。但由于這些方法需增加專門(mén)設(shè)備,且工件淬火后性能不是很穩(wěn)定,所以沒(méi)有能得到廣泛推廣應(yīng)用。所以,純水只適合于少數(shù)含碳量不高、淬透性低且形狀簡(jiǎn)單的鋼件淬火之用。多數(shù)工件用純水淬火易開(kāi)裂,淬裂的原因是眾所周知的:純水的低溫冷卻速度太快。這是純水的一大缺點(diǎn)。純水因?yàn)樗疁厣?,冷卻的蒸汽膜階段會(huì)迅速延長(zhǎng),使這種因素引起的內(nèi)應(yīng)力長(zhǎng)期存在,為產(chǎn)生變形提供了塑性好、應(yīng)力大和作用時(shí)間長(zhǎng)的條件,因此不僅引起嚴(yán)重的硬度不均,更會(huì)加大工件的淬火畸變。純水的冷卻特性對(duì)水溫特別敏感。
(2)淬火油通常以精制程度較高的中性石蠟基油為基礎(chǔ)油,它具有閃點(diǎn)高、粘度低、油煙少,抗氧化性與熱穩(wěn)定性較好,使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn),淬火油只使用于淬透性好、工件壁厚不大、形狀復(fù)雜、要求淬火變形小的工件。淬火油對(duì)周圍環(huán)境的污染大,淬火時(shí)容易引起火災(zāi)。
(3)熔鹽易老化,對(duì)工件有氧化及腐蝕的作用。熔堿有氫氧化鈉,氫氧化鉀等,它具有較大的冷卻能力,工件加熱時(shí)若未氧化,淬火后可獲得銀灰色的潔凈表面,也有一定的應(yīng)用。但熔堿蒸氣具有腐蝕性,對(duì)皮膚有刺激作用,使用時(shí)要注意通風(fēng)和采取防護(hù)措施。
3結(jié)語(yǔ)
[關(guān)鍵詞]綜合實(shí)驗(yàn) 金屬材料專業(yè) 質(zhì)量管理
[中圖分類號(hào)] G642 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 2095-3437(2013)16-0092-02
金屬材料與工程是一門(mén)實(shí)踐性很強(qiáng)的學(xué)科,其內(nèi)容和領(lǐng)域處于不斷拓展之中。傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足新的專業(yè)培養(yǎng)計(jì)劃對(duì)本科教育的要求。因此,提倡知識(shí)融合,以綜合性、設(shè)計(jì)型實(shí)驗(yàn)取代原有的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn),專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)為學(xué)生提供了一個(gè)創(chuàng)新平臺(tái),可以將他們的設(shè)計(jì)構(gòu)思得以實(shí)現(xiàn),可充分發(fā)揮他們的主觀能動(dòng)性、創(chuàng)新思維和自主能力。
一、我校金屬材料專業(yè)綜合性實(shí)驗(yàn)的介紹
2006年我們專業(yè)開(kāi)始開(kāi)設(shè)金屬材料專業(yè)綜合性實(shí)驗(yàn)。時(shí)間是安排在學(xué)生基本完成了所有專業(yè)理論課程的學(xué)習(xí)和相關(guān)課程實(shí)驗(yàn)后的第七學(xué)期,這樣有助于學(xué)生加深對(duì)金屬材料專業(yè)理論知識(shí)的理解,并能夠?qū)⒁褜W(xué)的各門(mén)課程知識(shí)聯(lián)系起來(lái),加以綜合運(yùn)用。師資是本專業(yè)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)豐富的教授和有實(shí)驗(yàn)教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)教師。教材是江蘇大學(xué)出版社正式出版的《金屬材料實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)》,內(nèi)容是鉛錫合金的成分配制―建立相圖―鑄造組織分析、低碳鋼變形度―再結(jié)晶對(duì)顯微組織和硬度的影響、工具鋼熱處理工藝―組織―性能的系統(tǒng)分析、鋼的化學(xué)熱處理―碳氮共滲工藝設(shè)計(jì)與操作和鍍鋅工藝及鍍層耐腐蝕試驗(yàn)。
2006年~2008年最初三年我們的程序是:1.教師介紹專業(yè)綜合性研究對(duì)象(實(shí)驗(yàn)內(nèi)容)、實(shí)驗(yàn)要達(dá)到的目的、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備結(jié)構(gòu)與(安全)操作方法、實(shí)驗(yàn)場(chǎng)地;2.學(xué)生以組(6~8人為一組)為單位查閱文獻(xiàn)資料并寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)方案;3.教師對(duì)實(shí)驗(yàn)方案審核修改后開(kāi)始實(shí)驗(yàn);4.處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。
二、專業(yè)綜合性實(shí)驗(yàn)中常見(jiàn)的問(wèn)題
一是試驗(yàn)方案不能根據(jù)實(shí)驗(yàn)條件和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容制定,個(gè)人想象的東西較多,可行性差,雖然經(jīng)過(guò)教師修改,由于可能是不完全理解或定式思維的作用,在實(shí)際操作時(shí)會(huì)出現(xiàn)偏差;還有就是試驗(yàn)方案主要內(nèi)容完全照搬書(shū)本,不能融會(huì)貫通進(jìn)行理解。二是實(shí)驗(yàn)室每組只有少數(shù)人參與,其他同學(xué)共享實(shí)驗(yàn)結(jié)果。三是判斷能力差。圖像處理(金相照片)、數(shù)據(jù)處理正確性差,往往開(kāi)始就錯(cuò)了,還不知道,又繼續(xù)往下做。四是實(shí)驗(yàn)報(bào)告和平時(shí)課程實(shí)驗(yàn)一樣,只是把試驗(yàn)結(jié)果表達(dá)出來(lái),如把金相照片以及測(cè)試數(shù)據(jù)堆積在一起,結(jié)果分析沒(méi)有或比例不夠。
三、專業(yè)綜合性實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的質(zhì)量管理
(一)質(zhì)量管理思路
1.引入預(yù)防原理
根據(jù)質(zhì)量管理的預(yù)防原理,質(zhì)量問(wèn)題的產(chǎn)生都是有其原因和根據(jù)的,質(zhì)量改進(jìn)不應(yīng)僅僅著眼于“質(zhì)量問(wèn)題”這一結(jié)果,而應(yīng)主動(dòng)尋找原因并采取措施,控制原因,降低質(zhì)量問(wèn)題。所謂預(yù)則立,不預(yù)則廢。實(shí)踐證明,一個(gè)好的實(shí)驗(yàn)方案和對(duì)實(shí)驗(yàn)方案的良好理解是提高專業(yè)綜合性實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量的關(guān)鍵,因此,我們把實(shí)驗(yàn)方案制定作為“預(yù)”的重點(diǎn)。
2.加強(qiáng)過(guò)程管理
過(guò)程管理是指:過(guò)程策劃、過(guò)程實(shí)施、過(guò)程監(jiān)測(cè)(檢查)和過(guò)程改進(jìn)(處置)四個(gè)部分,即PDCA循環(huán)四階段。按照ISO9000:2000質(zhì)量管理體系,過(guò)程管理主要是在管理當(dāng)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行質(zhì)量控制,通過(guò)每個(gè)過(guò)程細(xì)節(jié)進(jìn)行控制管理,從而達(dá)到全面質(zhì)量管理。
根據(jù)專業(yè)綜合性實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐中存在的問(wèn)題進(jìn)行改進(jìn),在原程序中策劃增加了實(shí)驗(yàn)方案答辯的環(huán)節(jié),增加了將實(shí)驗(yàn)報(bào)告改為小論文形式的要求,并對(duì)實(shí)驗(yàn)全過(guò)程進(jìn)行監(jiān)測(cè)檢查。有意識(shí)地在專業(yè)綜合性實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中引入過(guò)程管理機(jī)制。
(二)質(zhì)量管理方法與實(shí)施
1.對(duì)學(xué)生提交的實(shí)驗(yàn)方案組織答辯
首先是實(shí)驗(yàn)方案的根據(jù)以及相關(guān)理論知識(shí)。教師依據(jù)實(shí)驗(yàn)方案中的實(shí)驗(yàn)參數(shù)、所用材料、檢測(cè)方法等進(jìn)行提問(wèn),問(wèn)題廣泛而且較為深入,例如對(duì)“工具鋼熱處理工藝―組織―性能的系統(tǒng)分析”實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)方案的根據(jù)以及相關(guān)理論知識(shí)所提問(wèn)題有工具鋼的分類和用途、各種用途的服役條件舉例、性能要求、鋼的相變、相變臨界點(diǎn)、加熱溫度和加熱時(shí)間、冷卻介質(zhì)的種類和要求等;再如對(duì)“低碳鋼變形度―再結(jié)晶對(duì)顯微組織和硬度的影響”檢測(cè)的方法所提問(wèn)題有硬度的意義、種類、適用范圍,載荷如何確定,加載時(shí)間的作用等。通過(guò)實(shí)驗(yàn)方案的答辯和修改,同學(xué)們對(duì)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮头椒ㄓ辛嗣鞔_而深入的了解,這就為順利進(jìn)行實(shí)驗(yàn)打下了良好基礎(chǔ)。
其次是實(shí)驗(yàn)方案的可行性,教師依據(jù)實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有條件(設(shè)備、化學(xué)藥品)對(duì)實(shí)驗(yàn)方法、步驟、數(shù)據(jù)和圖像處理等相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行提問(wèn),例如用箱式電阻爐加熱時(shí)所提問(wèn)題有箱式爐的優(yōu)缺點(diǎn)、箱式爐分類、氧化脫碳對(duì)試樣的影響、防氧化脫碳方法以及怎樣實(shí)現(xiàn)安全操作等,通過(guò)答辯,使同學(xué)們對(duì)實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備、作用和操作方法有了清楚的了解,在實(shí)際實(shí)驗(yàn)時(shí)能夠胸有成竹。
答辯時(shí)以組為單位,但實(shí)驗(yàn)方案陳述人并非一定是組長(zhǎng),可以臨時(shí)指定,這樣可以促使每個(gè)人都參與實(shí)驗(yàn)方案的制定。學(xué)生在回答問(wèn)題時(shí),可以相互補(bǔ)充,最后由老師和同學(xué)一起確定修改意見(jiàn)并最終定稿成為實(shí)驗(yàn)依據(jù)。
2.過(guò)程進(jìn)度控制
(1)簽到制度
由于綜合性實(shí)驗(yàn)采用實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放,先由學(xué)生預(yù)約、再經(jīng)實(shí)驗(yàn)室安排進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的方法,學(xué)生自主性強(qiáng),為了確保每個(gè)同學(xué)參與實(shí)驗(yàn)的時(shí)間,我們要求同學(xué)在進(jìn)入和離開(kāi)實(shí)驗(yàn)室時(shí)均需進(jìn)行簽名登記,并進(jìn)行最終參與時(shí)間的統(tǒng)計(jì)。
(2)隨機(jī)性檢查制度
綜合實(shí)驗(yàn)采用以組為單位,人人參與,分工負(fù)責(zé),合作完成。為了確保每個(gè)同學(xué)都能參與實(shí)驗(yàn),保證教學(xué)質(zhì)量,同時(shí)為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的問(wèn)題,我們建立了隨機(jī)性檢查制度,指導(dǎo)教師可以隨時(shí)對(duì)任一學(xué)生的實(shí)驗(yàn)進(jìn)度和階段性結(jié)果進(jìn)行檢查、考核,對(duì)進(jìn)度落后的同學(xué)進(jìn)行督促,對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行討論,及時(shí)指導(dǎo)。保證每個(gè)同學(xué)對(duì)試驗(yàn)過(guò)程中的細(xì)節(jié)有清晰了解,并有所收益,同時(shí)保證實(shí)驗(yàn)每一步驟的合理性。
對(duì)檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)有問(wèn)題的同學(xué),有意識(shí)地增加檢查次數(shù),對(duì)屢次檢查達(dá)不到要求的同學(xué),及時(shí)提出警告,并在最終考核成績(jī)上有所體現(xiàn)。
(3)實(shí)驗(yàn)成績(jī)綜合確定方法
實(shí)驗(yàn)考核注重對(duì)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)全過(guò)程的評(píng)價(jià),根據(jù)學(xué)生的文獻(xiàn)查閱資料、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)及制定、實(shí)際操作、實(shí)驗(yàn)考勤、最后答辯等方面進(jìn)行綜合評(píng)定。最終考核成績(jī)還要體現(xiàn)在鼓勵(lì)參與和創(chuàng)新,對(duì)在實(shí)驗(yàn)室時(shí)間較多和具有創(chuàng)新的學(xué)生予以加分。
(三)實(shí)驗(yàn)報(bào)告改為小論文
綜合實(shí)驗(yàn)與課程實(shí)驗(yàn)不同,涉及的內(nèi)容較多,也較系統(tǒng),適宜用論文形式反應(yīng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果,論文與實(shí)驗(yàn)報(bào)告的最大區(qū)別是強(qiáng)調(diào)了對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析,同學(xué)們運(yùn)用已學(xué)過(guò)的知識(shí),并參考所查閱的資料,通過(guò)對(duì)因與果的思考,作出有說(shuō)服力的分析并得出合理的結(jié)論,這樣的思考和分析過(guò)程能使學(xué)生靈活和系統(tǒng)運(yùn)用知識(shí)的能力得到提高,使同學(xué)們的“知識(shí)”得到升華。
除了嚴(yán)格要求按照論文寫(xiě)作形式,如摘要、關(guān)鍵詞、前言、實(shí)驗(yàn)方法和過(guò)程、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與結(jié)果分析、結(jié)論、參考資料外,還要求格式規(guī)范、圖表清晰、論述和分析合理、語(yǔ)句通順。有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生科研報(bào)告和科研論文的寫(xiě)作能力。
(四)質(zhì)量管理效果
1.綜合實(shí)驗(yàn)成績(jī)明顯提高
新的管理方法實(shí)施之后,出現(xiàn)了進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的同學(xué)多了、主動(dòng)找老師問(wèn)問(wèn)題的同學(xué)多了的可喜局面,學(xué)生的動(dòng)手能力增強(qiáng)了,綜合實(shí)驗(yàn)成績(jī)也有了明顯提高,絕大多數(shù)同學(xué)最后總評(píng)成績(jī)都能得到優(yōu)等的評(píng)價(jià)。
2.提高了科研興趣
經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的綜合實(shí)驗(yàn)訓(xùn)練,同學(xué)們看到全過(guò)程由自己主導(dǎo)的試驗(yàn)結(jié)果,自信心和參加科研的興趣有了極大提高,這在我校大學(xué)生科研立項(xiàng)報(bào)名上反映極為明顯,最近兩年,每班僅有25~26名同學(xué)的金屬材料科學(xué)與工程專業(yè)的學(xué)生報(bào)名項(xiàng)目達(dá)到近20項(xiàng)。
3.學(xué)生的畢業(yè)論文水平得到了提升
因?yàn)閷W(xué)生有了專業(yè)綜合性實(shí)驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn),學(xué)生在實(shí)驗(yàn)方案制定、性能檢測(cè)、數(shù)據(jù)整理與分析、撰寫(xiě)論文等方面得到了全方位實(shí)踐訓(xùn)練。學(xué)生得到論文選題后,能迅速進(jìn)入研究狀態(tài),查閱文獻(xiàn),確定較為完善的實(shí)驗(yàn)方案,實(shí)驗(yàn)操作也非常熟練,論文格式、圖標(biāo)制作、遣詞造句更是駕輕就熟,論文水平有了很大提高,近兩年學(xué)生畢業(yè)論文優(yōu)良率均保持在95%以上。專業(yè)綜合性實(shí)驗(yàn)的效果得到了普遍肯定,這也為學(xué)生走向工作崗位奠定了良好的基礎(chǔ)。
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關(guān)鍵詞:液壓支架;加工工藝;缸體加工;礦山開(kāi)采
中圖分類號(hào):TD35 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
眾所周知,液壓支架是我國(guó)煤礦企業(yè)中采煤工作面所使用的三大配套設(shè)備之一 (如圖1所示), 其作用是用來(lái)有效地支撐和控制工作面的頂板, 其目的是安全地保障工人操作及機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn),實(shí)現(xiàn)雙贏。
據(jù)筆者所了解,液壓支架其重量約占綜合采煤設(shè)備總重量的80%-90%,其費(fèi)用約占綜合采煤設(shè)備總費(fèi)用的60%-70%?;诖?,一些煤礦企業(yè)為了降低自身成本提高采煤的經(jīng)濟(jì)效益,都在積極地開(kāi)展液壓支架的分析研究。本文結(jié)合筆者實(shí)際工作及生產(chǎn)實(shí)踐 , 闡述了液壓支架方面的加工工藝,僅供同行參考借鑒。
1 液壓支架加工前準(zhǔn)備工作
在完成液壓支架加工工藝之前,首先我們要了解液壓支架的工作原理、功能及工作環(huán)境,要逐一理清設(shè)計(jì)思路和方向,在此基礎(chǔ)上擬定初步設(shè)計(jì)方案。其次我們要根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)給定參數(shù)和技術(shù)要求對(duì)支架整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等要合理,滿足煤礦企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)的要求。同時(shí)我們還要考慮的是生產(chǎn)成本要低廉,制造過(guò)程要安全。除此之外,我們?cè)谠O(shè)計(jì)過(guò)程中要按照制定的工作流程,運(yùn)用各種方法和多門(mén)學(xué)科知識(shí)。在支架各部件設(shè)計(jì)時(shí),擬定詳細(xì)方案,認(rèn)真分析其功能,明確各個(gè)部分的結(jié)構(gòu)。
2 液壓支架的加工工藝
2.1 加工工藝要求。液壓支架的加工工藝我們要統(tǒng)一做到設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單合理化。尤其是液壓支架的頂梁設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)時(shí)候要與頂板的接觸性要好,穩(wěn)定性要強(qiáng),能有效支撐頂板。設(shè)計(jì)底座時(shí)要有足夠的空間,有利于安裝立柱、推移裝置,還要有穩(wěn)定性。 同時(shí)在四連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí),要通過(guò)四連桿機(jī)構(gòu)使支架頂梁前端點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡呈近雙紐線,這樣做的目的是提高管理,保證支架的縱向和橫向的穩(wěn)定。
2.2 選擇好加工工藝。據(jù)筆者不完全統(tǒng)計(jì),現(xiàn)在煤礦企業(yè)所使用的液壓支架大部分為鑄鍛件。我們?cè)囈源罅⒅淄矁?nèi)徑為500mm的液壓支架為例,在設(shè)計(jì)時(shí)候我們使用高強(qiáng)板級(jí)別為6.86×106MPa,7.84×106MPa,9.8×106MPa,6.86×106MPa的設(shè)計(jì)版。而在500mm以上大缸徑油缸內(nèi)孔精加工的時(shí)候最后一道工序我們一般采用滾壓或珩磨兩種工藝。我們知道,珩磨加工的特點(diǎn)是設(shè)備通用性強(qiáng)、工裝簡(jiǎn)單、加工表面具有交叉網(wǎng)紋,有利于油膜的形成。
2.3 實(shí)施加工工藝。在這個(gè)加工工藝環(huán)節(jié)我們選擇以下幾個(gè)步驟逐一實(shí)施。
2.3.1 缸體的加工。一般地我們根據(jù)實(shí)際情況選擇帶鋸下料熱處理調(diào)質(zhì)噴丸粗加工熱處理時(shí)效精加工這樣的步驟。在內(nèi)孔加工在深孔鏜床上采用粗鏜、精鏜滾壓復(fù)合工藝方面它的精度可達(dá)IT9級(jí)以上,而內(nèi)表面粗糙度將會(huì)小于Ra0.8。在內(nèi)孔劃傷和粗糙度不足的情況下采用珩磨工藝,因此我們采用TQ2150、TK2250、T2120等大規(guī)格數(shù)控深孔鏜床、HTC-3300型數(shù)控深孔強(qiáng)力珩磨機(jī)、CKF7163、CK6180、CW61100B等設(shè)備,來(lái)提高大采高等高端液壓支架缸體的加工能力和加工精度。
2.3.2 導(dǎo)向套等盤(pán)套類零件的加工。我們選擇粗加工熱處理調(diào)質(zhì)精加工表面鍍Ni—P合金的流程。而在選擇毛坯的時(shí)候,最好選用模鍛件,而精加工都在數(shù)控機(jī)床上加工,它的精確度可達(dá)IT8級(jí)以上,我們采用一次裝卡,上下刀塔同時(shí)加工內(nèi)、外圓的工藝方法。
3 總結(jié)
綜上所述,液壓支架是用來(lái)控制采煤工作面礦山壓力的結(jié)構(gòu)物體。在實(shí)際工作中要以外載的形式作用在液壓支架上,從而達(dá)到工作現(xiàn)場(chǎng)的安全。
經(jīng)過(guò)上面對(duì)液壓支架的加工工藝的分析,我們可以得知液壓支架的各支承件合力與頂板作用在液壓支架上的外載合力如果正好在同一條直線上,那么液壓支架對(duì)此采面圍巖就很合適,這就達(dá)到了我們?cè)O(shè)計(jì)的要求。
總體來(lái)說(shuō),液壓支架的設(shè)計(jì)、加工工藝工作是很重要并且是很復(fù)雜的。在實(shí)際市場(chǎng)中,由于液壓支架的類型很多,其設(shè)計(jì)工作也是很大的,我們要在實(shí)際的生產(chǎn)需要中不斷地更新設(shè)計(jì)理念和設(shè)計(jì)方法,通過(guò)采用三維 CAD 動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)等先進(jìn)的技術(shù)開(kāi)發(fā)支架結(jié)構(gòu)分析計(jì)算軟件系統(tǒng),完善結(jié)構(gòu)有限元分析軟件系統(tǒng)及實(shí)用化,完善液壓控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì),加強(qiáng)細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)。
另一方面我們還要完善標(biāo)準(zhǔn)體系來(lái)不斷加強(qiáng)液壓支架設(shè)計(jì)、加工工藝的科學(xué)性合理性。結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)情況,努力研發(fā)生產(chǎn)出滿足煤礦企業(yè)需要的液壓支架。
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