近日，《中國科學(xué)報》從揚州大學(xué)獲悉，該校機械工程學(xué)院教授劉澄帶領(lǐng)學(xué)生創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊運用一種具有獨立知識產(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)的共振強化韌化原理，制備出具有超強、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。該項技術(shù)已應(yīng)用于揚州核威碟形彈簧制造有限公司的實際生產(chǎn)中，為碟簧今后在機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動器械的重要元件。碟簧常用于大中型機械設(shè)備、軍事裝備、航天航空等領(lǐng)域中，例如汽車和拖拉機離合器及安全閥的壓緊彈簧；氣門彈簧作為發(fā)動機氣門的復(fù)位裝置，在保證氣門及時落座、緊密貼合的同時，防止由發(fā)動機振動時發(fā)生跳動，致使發(fā)動機密封性降低。
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，致使機械故障、汽車熄火甚至發(fā)動機燃燒。
“以重要功用機械和發(fā)動機為例，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)隊成員王璇表示。
傳統(tǒng)上，作為常用的高強度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，無法達(dá)到高強度和硬度水平，更無法兼顧其重要的疲勞性能。
該項目基于當(dāng)前國際鋼鐵研究前沿的低溫納米超級貝氏體相變理論、多相強化韌化理論以及淬火—配分熱處理技術(shù)，通過反復(fù)多次工藝實驗和性能測試，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，完成短時奧氏體化過程，接著在自行設(shè)計的冷卻介質(zhì)中實現(xiàn)多步冷卻控制，然后在較低溫度下進(jìn)行一定時間的保溫處理，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)隊成員周文韜表示。
截至目前，該研究項目授權(quán)和申請受理5項發(fā)明專利，發(fā)表核心論文4篇、SCI論文 1篇、EI論文2篇、國際會議論文1篇。
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