扬州大学研制“国际钢”

近日，《中国科学报》从扬州大学获悉，机械工程学院教授刘成带领学生创业团队，采用具有自主知识产权的新型多步低温等温淬火工艺，利用多相纳米结构的共振强化增韧原理，制备出具有超强、超硬、压缩性能好、绿色节能等优势的优质弹簧。与国内弹簧产品相比，其使用寿命提高了50%以上，也高于欧美国家的弹簧产品。该技术已应用于扬州核电碟簧制造有限公司的实际生产中，为碟簧在机械、国防等重载条件下的应用开辟了更广阔的前景。

据了解，碟形弹簧和气门弹簧是电机仪器的重要部件。碟形弹簧常用于大中型机械设备、军事设备、航空航天等领域，如汽车和拖拉机离合器和安全阀压缩弹簧；气门弹簧作为发动机气门的复位装置，不仅能保证气门及时落座并紧密贴合，还能防止发动机在振动时跳动，从而降低发动机的密封性能。

目前，我国生产的碟簧和气门弹簧普遍存在强度低、弹性和韧性差、疲劳性能不足等问题，导致使用寿命短，容易发生突发性早期失效断裂，导致机械故障、汽车熄火甚至发动机燃烧。

“以重要的功能性机械和发动机为例。国内高性能碟簧和气门弹簧仍以进口为主，其关键制造和加工技术一直保密。如何破解国际高端弹簧的核心技术难题，结合弹簧钢原料的特点和中国生产现状，创造具有中国特色和国际一流品质的弹簧产品，是我们的目标和使命。”队员王选说。

传统上，作为一种普通的高强度60Si2Mn合金弹簧，回火屈氏体组织是经过奥氏体化、淬火和回火热处理工艺后获得的，从而达到更高的性能要求。由于显微组织中脆性和硬质碳化物的存在，在确保良好的弹性和韧性的同时，不能实现高强度和高硬度水平，并且不能考虑重要的疲劳性能。

该项目基于低温纳米超贝氏体相变理论、多相强韧化理论和淬火-分区热处理技术，是目前国际钢铁研究的前沿。通过反复的工艺试验和性能测试，开发出一种稳定的新型多步控制冷却低温等温淬火热处理生产工艺。

该工艺首先通过分步加热和防氧化措施完成短期奥氏体化过程，然后在自行设计的冷却介质中实现多步冷却控制，然后在较低温度下保温处理一定时间，最后空冷至室温。“我们采用工业电炉完成所有工艺加热过程，打破了传统的盐浴加热方式，减少了人员和环境污染问题，实现了绿色、环保、高效的可持续发展工业目标。”队员周文韬说。

截至目前，该研究项目已授权并申请了5项发明专利，发表了4篇核心论文、1篇SCI论文、2篇EI论文和1篇国际会议论文。