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发布者:yanghongjing 发布时间:2010/3/11 阅读:154次 
我国热处理行业自主创新时不我待

中国工程院院士、上海交通大学教授、我国著名材料热处理专家潘健生最近在一次业界大会上坦言:热处理行业的自主创新是关系我国制造业加速发展的重要保障。他建议开发和推广数字化的热处理智能技术,优化热处理与表面改性工艺,开发高端工艺装备和智能控制技术,实现热处理的优质、高效、节能和清洁生产。

如何才能提高我国热处理行业的自主创新能力呢?近日,记者在采访潘健生院士时,他又旗帜鲜明地表明了自己的观点。《中国工业报》:众所周知,制造业与国民经济的发展密切相关,您认为我国制造业当前最突出的薄弱环节是什么?潘健生:热处理是决定制造业产品使用寿命和可靠性的关键工序,但国内存在重产品、轻单元技术,重产能、轻质量的倾向。热处理和表面改性的水平与国际先进水平存在很大差距,严重制约了我国制造业的进一步提升,难以跻身高端市场,应引起有关部门和企业界的高度重视。生产寿命高、重量轻、体积小、功能强并高度可靠的产品,是制造业不断追求的目标,材料性能的改进和质量控制在其中起着十分重要的作用。由相同成分的材料所制成的零件,在性能上有可能存在很大的差异,材料制造中的热处理及表面改性则是一种不改变工件外形而通过改变材料内部组织结构、大幅度改变材料性能的工艺环节。研究开发先进热处理技术及其装备,才能使我国制造业走向制造精品之路。

例如,冷挤压凸模和冷镦机的冲头用普通高速钢制造,通过多次调整淬火和回火工艺寿命提高了近十倍,经过氮碳共渗处理寿命再提高了近十倍,其后添加离子镀处理寿命又提高了好几倍,经过几次改进寿命比20年前提高了几百倍,而所用的材料依然是普通高速钢。用普通高速钢W18Cr4V制造的冷打花键轧轮,通过改进热处理工艺,寿命由几十件提高到了2000~3000件,攻克了冷打花键的技术关键,实现了少无切削加工,并提高了花键的承载能力和使用可靠性。舰用变速箱双圆弧齿轮,由于改进渗氮工艺,使接触疲劳强度由1400Mpa提高到了1700Mpa,使变速箱的承载能力提高25%。《中国工业报》:请问我国与发达国家在热处理方面存在哪些差距?潘健生:近些年来,我国热处理技术有了长足提高,对推动制造业的发展起到很大的促进作用,但是与世界发达国家相比还有很大的差距。以齿轮制造业为例,回顾世界各国齿轮制造的发展,世界各国的齿轮用钢的成分早已定型,六七十年来齿轮用钢的牌号基本上没有重大变化,而是通过热处理等材料制造技术的改进使齿轮可靠性和寿命不断提高。例如,传动功率为4600千瓦,转速6000转/分的高速重载齿轮用普通的20CrMnTi钢制造,使用时出现断齿事故,经过改进渗碳工艺并采用智能控制技术,已连续批量生产15年未再发生齿轮损坏事故,成功替代进口,被评为金牌产品。近年来正在欧美推广的真空(低压)渗碳技术又将齿轮的使用性能提高到新的水平。再一个例子就是滚动轴承,其成分在上世纪初已定型并沿用到今,但是几十年来各国对其材料制造技术先后进行了大量深入研究,使轴承的使用性能不断提高,其中著名的SKF公司同样采用标准牌号的轴承钢,但其产品的质量始终在世界上独领风骚。

类似例子不胜枚举。从中可以看到,热处理水平的高低是最终产品内在质量与使用性能的决定因素之一。在发达国家中,凡是拥有著名品牌的机械厂商都高度重视热处理技术研究,通过大量的投入,持续的改进和长期的积累,形成各自独有的技术,并作为市场竞争力的要素而严加保密。人们可以购得名牌产品,通过测绘和解剖分析,仿制出外形和成分与之完全相同得产品,但使用寿命和可靠性常常相差甚远。

正是在这个关键性的环节上我国与发达国家存在很大得差距。
《中国工业报》:您认为提高热处理行业自主创新能力应该从哪些方面入手?潘健生:我认为一是要加大对传统制造业中热处理技术的改造力度。过去,这方面的项目很少获资助,其原因之一可能是将材料热处理看成“很小行业”。其实热处理的产值在国内是论斤计算的(每公斤几元),所以只占制造业总产值的百分之几,但其水平的高低,却能使用寿命相差几倍以至几十倍,成为影响产品整机附加值的重要因素。因此用热处理本身的“新增产值”来衡量很难反映其技术进步所创造的经济效益。我国制造业在材料控性与改性方面的自主创新能力相当薄弱,无论是人才队伍和仪器设备都难以适应需要。企业与高等院校实行产、学、研结合显得尤为重要,生产企业在生产经验、掌握市场动向,特别是资金方面有优势;高等院校拥有人才、信息、成果积累、试验设备等科技资源。二是实现优势互补,有利于我国热处理水平的提升。热处理过程是十分复杂的过程,在不同的外场(热、力、电、磁、光等)和环境的作用下,材料发生相变、应力、应变和化学反应等变化,对这些复杂现象客观规律认识的深化,是提高热处理质量的基础。

二是发展数字化热处理智能技术。电子计算机的发展,为人们提供了强大的科学计算和信息处理的能力,从而有可能集成不同学科的知识,用多场耦合的方法建立描述材料热处理过程中各种复杂现象及其相互作用的物力数学模型和计算机模拟方法,构成热处理的虚拟生产平台。将有可能使热处理技术由传统的“技艺”型的落后状态向着以科学计算机为依据的高度知识密集型技术的方向转化。热处理过程的计算机模拟近年来发展迅速,并已显示出提升热处理水平方面的巨大潜力。但是由于热处理过程的复杂性,还有许多基本原理尚待进一步深入研究,以致热处理中有很多问题还不可能建立物力数学模型。这就有必要用“基于知识的工程(KBE)”的方法,从大量的生产记录、测试数据、案例和工程技术人员的经验中挖掘隐性的知识,用以改进热处理技术和开发新的技术。计算机模拟和KBE技术是发展知识密集型热处理技术的两大支柱,是开发数字热处理智能技术制造的基础,在发展我国先进制造业中有十分重要的作用。


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