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关键词： 抽粉弯头   计算流体力学   最大流速   最大冲蚀率   响应面优化  

摘要： 针对辊式磨粉机抽粉过程中面粉输送管道入口抽粉弯头的冲蚀磨损现象，通过多目标优化方法优化磨损影响因素，在保证管道内部流体具有良好流速的前提下，降低抽粉弯头的最大冲蚀率。运用计算流体力学方法，采用离散相模型研究气固两相流在弯头内部的流场分布情况，分析入口速度、面粉粒径、管道内径、弯径比和抽粉质量流量对流体流经弯头时，弯头最大冲蚀率和流体最大流速的影响规律及形成原因，得出最优取值区间。利用响应面试验得到各影响因素与最大冲蚀率和最大流速之间的拟合方程，以得出最大冲蚀率最小值和最大流速最大值为约束目标，联立求解两个拟合方程得出影响因素的最优值组合。通过计算流体力学模拟分析及优化仿真试验比较，得到优化后的最大冲蚀率降低了47%,最大流速降低了9%。

关键词： 高碳灰铸铁   摩擦磨损   碳含量   石墨形态尺寸   磨损温度  

摘要： 灰铸铁作为一种传统的工程材料,因其良好的铸造性能、机械性能和经济性,在工业领域中得到了广泛应用。石墨是灰铸铁组织中的重要组成相,对灰铸铁的力学性能、导热性能、减震性能等具有重要的影响,其影响规律和机制已得到共识,但关于石墨组织对灰铸铁摩擦磨损性能的影响尚未看到深入的研究。因此,研究灰铸铁中石墨组织特征对灰铸铁摩擦磨损行为的影响,不仅对揭示石墨组织影响灰铸铁摩擦磨损过程的作用规律和机制具有理论意义,同时,对合理选择灰铸铁组织中的石墨特征,以适应不同工作条件下所需要的摩擦性能和降低工作中的磨损具有重要的工程价值。 本论文通过调整灰铸铁中的碳含量,获得了具有不同石墨含量的灰铸铁,以及通过采用不同孕育剂孕育处理的方法获得了具有不同石墨端部形貌、石墨长度、石墨宽度的灰铸铁,研究了具有不同含量及不同石墨形态、尺寸的灰铸铁在不同磨损温度下的摩擦磨损行为。 研究发现,碳含量和石墨形态、尺寸对灰铸铁的摩擦磨损行为具有重要影响。 低温磨损条件下,灰铸铁组织中的石墨破碎后可以作为固态润滑剂覆盖在摩擦副表面,能够降低摩擦系数及灰铸铁的磨损失重,且随着灰铸铁组织中石墨含量的增加,其降低摩擦系数、减少磨损失重的作用增加;高温磨损条件下,灰铸铁摩擦表面发生氧化,在磨损表面形成氧化膜,且氧元素容易沿裸露于灰铸铁磨损表面的石墨进入灰铸铁的亚表层,促进灰铸铁亚表层基体组织的氧化,加剧了灰铸铁氧化磨损的发生,随着灰铸铁组织中石墨含量的增加,灰铸铁的磨损失重增加。 灰铸铁组织中的石墨形态、尺寸对灰铸铁的摩擦磨损行为也具有重要的影响:端部钝化的石墨,能够降低石墨端部的应力集中,降低石墨端部产生微裂纹的倾向,从而可以减弱灰铸铁因疲劳造成的磨损失重,因此,常温磨损条件下,具有端部钝化石墨的灰铸铁表现出较低的摩擦系数和磨损失重;但高温磨损条件下,氧化磨损逐渐成为主要磨损失效机制,石墨端部是否钝化对灰铸铁摩擦磨损行为的影响逐渐降低。关于石墨尺寸对灰铸铁摩擦磨损行为影响的研究发现:常温摩擦磨损条件下,石墨的长度增加,会增加材料因疲劳造成的磨损失重,增加摩擦系数;但在高温摩擦磨损条件下,随着摩擦磨损温度的升高,石墨长度对摩擦磨损行为的影响逐渐降低。石墨宽度的增加可以减轻疲劳磨损的失重,同时降低了摩擦系数;但高温摩擦磨损条件下,这种影响逐渐降低。

关键词： 发动机油   积炭   清净性能   重油   磨损  

摘要： 文章根据重油二冲程航空发动机的运行工况及重油二冲程航空发动机与普通小型二冲程发动机情况的对比，初步确定了重油二冲程无人机发动机油的性能特点。无人机润滑油使用性能评价结果显示：与专用油相比FD和TC-W3油存在燃烧室积炭严重的问题，不能满足无人机的润滑需求；通过红外光谱和扫描电子显微镜等手段对专用油和积炭进行结构和元素分析，确定专用油的可能组成，并对专用油的开发提出建议，以加快国产化进程。

关键词： 耐蚀塑料模具钢   热处理工艺   氮合金化   组织调控   腐蚀磨损机理  

摘要： 随着塑料工业的迅猛发展,开发高性能的耐蚀塑料模具钢已成为我国高端塑料模具钢未来重点发展的方向之一。目前国产耐蚀塑料模具钢存在组织均匀性差、使用寿命短的问题,导致高端耐蚀塑料模具钢仍大量依赖进口,市场被国外垄断,价格仅为进口材料的1/3～1/2。耐蚀塑料模具钢在使用过程中,因腐蚀气体造成的腐蚀损伤失效以及摩擦力造成的磨损损伤失效占据很大比重。腐蚀、磨损性能与组织均匀性密切相关,通过工艺调控以及合金优化设计等方法提升组织均匀性,进而减少腐蚀和磨损造成的模具失效,对提高模具的使用寿命具有重要意义。针对我国4Cr13型耐蚀塑料模具钢组织均匀性差及腐蚀磨损机理尚不明晰的问题,本文从工艺调控和N合金化两方面出发,系统的研究了锻前高温均质化、锻后热处理调控对4Cr13钢组织均匀性的影响规律,以及淬回火工艺、N合金化对4Cr13钢腐蚀及磨损性能的影响机制,阐明了腐蚀与磨损对4Cr13钢的协同作用机理。主要得出了以下结论: （1）4Cr13型耐蚀塑料模具钢Φ750mm大型电渣锭铸态组织由马氏体、残余奥氏体以及链条状和团聚状液析碳化物组成。从边部到心部,凝固组织逐渐粗大,液析碳化物尺寸和占比增大,基体合金元素偏析比加重。边部液析碳化物面积分数为7.6%,心部液析碳化物面积分数增加至18.4%。主要合金元素中Mn、Cr、V、Ni偏析程度严重,Si的偏析程度较轻。富Cr的MC型碳化物呈大颗粒和长棒状,尺寸在500nm左右,易出现团聚聚集现象,是导致组织均匀性差的重要原因。 （2）通过不同高温均质化工艺（温度:1180～1260℃,时间:4、8、12h）对合金元素偏析比、液析碳化物以及晶粒度的影响研究,确定了Φ750mm电渣锭4Cr13钢的最佳高温均质化工艺为1260℃×4h。Cr的偏析比由1.72下降至1.1,V的偏析比由1.96下降至1.28;碳化物溶解率达到97.8%,组织中剩余碳化物面积分数仅为0.4%;晶粒未发生明显长大。根据合金元素动力学计算,提出了基于原始铸态组织枝晶间距的高温均质化时间计算公式。通过碳化物溶解原位观察及碳化物溶解动力学研究,阐明了链条状和团聚状碳化物的溶解规律。 （3）通过不同奥氏体均匀化工艺及球化退火工艺对组织、硬度、碳化物等变化规律的研究,提出了4Cr13钢最佳锻后组织均匀性调控工艺。奥氏体均匀化工艺:1040℃×3h,空冷;等温球化退火工艺:加热至890℃×1h炉冷（20℃/h）→850℃×2h炉冷（10℃/h）→600℃→出炉空冷。提出的新工艺能够有效减轻组织中存在的偏析以及链状碳化物等问题,大幅提升组织均匀性和材料的力学性能、耐磨性以及耐蚀性,达到进口钢S136钢的水平。 （4）研究了热处理工艺对4Cr13钢耐蚀性能和耐磨性能的影响及作用机理。结果表明,随着回火温度升高,耐蚀性能呈现逐渐下降趋势。200℃～400℃回火,动电位极化曲线中存在钝化区,钝化膜对基体起到保护作用,腐蚀速率和腐蚀失重较低,4Cr13钢具有较好的耐蚀性;当回火温度高于500℃,4Cr13钢表面处于活性腐蚀状态,钝化膜失去保护能力,腐蚀速率和腐蚀失重大幅增加,腐蚀加剧;200℃～500℃回火,4Cr13钢的磨损机制以磨粒磨损为主,当回火温度超过560℃,磨损机制转变为粘着磨损。碳化物在腐蚀实验中是造成点蚀的主要影响因素,在耐磨性能实验中是提升耐磨性能的重要因素。 （5）N合金化对组织、耐蚀性能和耐磨性能的影响规律研究表明,N的加入能够细化钢中碳化物的尺寸但也会增加碳化物聚集的可能性,与N元素的添加量有关。N元素能够促进细小碳氮化物或氮化物均匀弥散析出,减少MC的析出量,减少贫铬区的产生,从而提升耐蚀性能。过量的N元素会增加CrN的析出量,反而对耐蚀性能不利。在4Cr13钢中添加适量的N元素既可以提高钢的硬度,又能延迟大尺寸第二相的析出,提升耐磨性能。过量的N会导致析出相大量增多,反而降低耐磨性能。在4Cr13钢中添加0.1%N既能够提高耐蚀性能又有利于提升耐磨性能。 （6）通过研究腐蚀磨损特征及碳化物、氮元素、组织均匀性对腐蚀磨损性能的影响规律,揭示了腐蚀磨损协同作用及机理。结果表明:腐蚀磨损机制以氧化磨损为主,腐蚀磨损造成的失重远远大于单纯腐蚀与单纯磨损造成的失重叠加,交互作用造成的损失占30%以上。碳化物在腐蚀磨损过程中抵御磨损作用减弱,易腐蚀作用显现,不宜作为腐蚀磨损过程中的强化相使用。含氮析出相对腐蚀磨损的减缓作用效果具有局限性,固溶态的氮减少了基体的腐蚀倾向使含氮钢腐蚀磨损性能更佳。组织均匀性改善对提升腐蚀磨损性能具有重要作用。