材料加工工程
发布时间:2011-4-13 9:39:23
 

材料加工工程

该学科是学校的优势学科之一,具备硕士点授权,有一支学缘结构、学历结构、年龄结构和知识结构比较合理的师资队伍。三十年来,在材料开发研究方面以及材料加工领域方面,取得了多项成果。近五年来,获得国家级、省部级奖项共5项,发表第一作者论文近200篇,其中三大索引收录70余篇,出版著作、教材20多部,专利授权8项,引进科研经费1963万元。拥有国家级教学团队和国家级特色专业建设点各一个,省级工程技术研究中心和省级实验教学示范中心各一个,省级教育创新高地一个,省级精品课程2门。连续三年应届毕业生考研录取率超过30%,毕业生就业率名列学校前茅。培养了6000多名本科生和60多名研究生。

研究方向之一:热加工成形机理、过程仿真及工艺参数优化

研究方向之二:复合材料、功能高分子材料及其制备技术

研究方向之三:材料精确成型及控制

热加工成形机理、过程仿真及工艺参数优化

此研究方向主要集中在对板坯连铸连轧的传热分析、大锻件成形技术、热处理工艺的数值仿真、板坯连铸结晶器振动以及焊机自动跟踪系统研究等方面,主要是采用多种大型工程软件,对上述过程中所涉及的流场、温度场、组织场以及应力场等进行数值模拟,从而实现对生产工艺进行改进,以达到对产品的组织和性能进行预报和控制的目的,所取得的具体创新性成果主要体现在以下几个方面:

开展的薄板坯连铸连轧带钢生产过程中的组织性能预报及控制的研究,以唐钢的薄板坯连铸连轧生产线为实施对象,实现了产品组织性能预报,预报精度达到强度小于20MPa、延伸率小于3%,达到国际同类预报系统先进水平,连铸连轧带钢生产过程中的组织性能预报及控制已经通过河北省科学技术厅的成果鉴定,于2007年荣获河北省科技进步一等奖。

针对特大型零件的成形制造过程中存在的重要科学问题展开基础研究,此方面的研究成果对指导特大型轧辊、风洞结构件、火车轴、发电机转子、水轮机叶片、大型船舶曲轴等大型零件的成形制造具有重要意义。

多年来从事的淬火过程的计算机模拟与试验研究,着重研究了淬火槽内介质的流场与轴类试件的温度场、显微组织场和内应立场之间的关系,为淬火槽结构的改进、制定淬火工艺和实现淬火过程智能控制提供了科学依据,淬火冷却虚拟生产及智能化工艺装备研究研究成果已经通过部级鉴定,2007年荣获教育部技术发明一等奖。

连铸机张力板簧导向蜗线齿轮变速非正弦振动技术及装备已成功地在鞍山钢铁公司投入生产运行,有效的提高了铸坯的质量和铸机的生产率,取得了显著的经济效益和社会效益。该系统已通过工业性生产实践完成了专利技术向产品的转化,该项技术具有自主知识产权,达到了国际先进水平。本系统已获中国机械工业科学技术奖一等奖。本装置已经给使用单位直接带来巨大的经济效益,同时,大大提升了企业在用户心目中形象。本装备于2006年获机械工业部一等奖。

除此之外,本研究方向还在块体非晶合金放电等离子快速烧结技术与机理、大口无缝钢管轧制的数值模拟,塑料模具冷却过程的数值模拟以及转炉煤气电除尘等方面也进行了大量的研究工作,并取得了一定的科研成果,为实际的工业生产带来巨大经济效益。

复合材料、功能高分子材料及其制备技术

本研究方向主要从事超细金属纤维制备、性质及应用研究及新型高性能功能型高分子材料的合成方法、合成工艺、合成机理以及应用的研究。
   
从目前国内外金属纤维的生产情况看,利用现有的金属纤维制备方法,很难生产出直径为亚微米级的金属细纤维。近年来在河北省自然科学基金资助下进行了亚微米金属纤维制备机理与方法的研究”.自主提出原位形变-萃取法,由原位复合材料制备亚微米级和纳米级金属纤维。2008年通过技术鉴定,达国际先进水平。本研究方向在国家教育部、河北省教育厅的支持下,开展了亚微米磁性金属纤维磁性研究,并探索性开展亚微米铁素体短纤维-聚合物高导电复合材料的应用研究。此后,研究了变形量、长期储存条件和热处理对Fe-Cr纤维样品的结构和磁性的影响。
   
在功能高分子材料研究方面研究已取得较大突破,研制开发的高效、抗菌纳滤膜,其使用寿命已由普通纳滤膜的2~3个月,提高到目前的12个月左右,该项目已在河北阿鸥环境技术有限公司投入生产;为新加坡特许半导体公司(Chartered Semiconductor)成功制备了具有超快响应的聚腈光电功能膜,其响应时间达到飞秒级,因其制备方法的独创性和实用性,被美国的材料科学杂志(Journal of Materials Science EL)作为封面刊出;制备的侧链上含有液晶基元的聚噻吩首次实现了发光强度的光化学控制;采用高真空蒸镀原位聚合方法制备的含氟氰酸酯树脂薄膜,其介电常数仅为2.7, 且综合性能非常优异,是集成电路用二氧化硅的理想替代品,应用前景非常看好;激光打印、复印色粉的新工艺研究可数十倍地降低成本,上述研究课题均居国际先进水平。 
   
近几年来,本研究方向先后承担了包括国家人事部回国人员重点资助项目、河北省自然科学基金项目、河北省科技厅科技支撑项目、石家庄市重大攻关项目等10余项课题,目前与新加坡南洋理工大学合作项目1项。已在国外学术刊物上发表SCI收录的研究论文60篇篇,申请发明专利4项,通过省级鉴定项目近10项。

材料精确成型及控制

该方向研究的主要内容为开式冷挤压理论、工艺及设备研究,精密铸造技术和先进连接技术及其自动化控制。开式冷挤压是一项节材、节能、高效的近净成形技术目前我国可采用开式冷挤压技术制造的零件以每年几千万件计,汽车、电机、家电行业的大批量、高技术含量的需求及市场竞争对产品质量、成本的要求使得费工、费时、费料、低效的纯切削和热锻方法已不能为企业所接受。目前,国内开式冷挤压技术的理论及工艺研究严重滞后,工艺数据匮乏,开式冷挤压专用设备仍然空白,需采用该技术进行零件大批量生产企业大都需从国外引进生产技术及设备,而进口设备耗资巨大。本研究方向多年来针对该技术进行了系统的研究,完成并通过鉴定5项省、部级项目,其中河北省科技厅项目开式冷挤压成形的理论建模及工艺参数的应用研究电机轴开式冷挤压工艺及设备研究填补了国内该领域的空白,项目研究达到国际先进水平。这些成果的应用为企业带来了显著的经济效益。

精密铸造技术包括消失模铸造理论及技术、半固态成形理论与技术、蠕墨铸铁和奥贝球铁组织与性能。消失模铸造技术是一种尺寸精度高,加工余量小(近无余量)的成形工艺,同样生产能力比砂型铸造可降低30-50%,生产线柔性好;半固态成形技术是将含有非枝晶固相的固液混合物在凝固温度范围内加工成形的一种材料成形新技术,该技术可用于生产零件、坯料或型材,所得产品内部组织致密、表面美观、尺寸精确、适用范围广、不受材料塑性成形性能的限制,这两种技术被誉为是21世纪的材料加工新技术,在河北省高校只有我校在进行这两种技术的研究与应用。消失模铸造理论及技术的研究与应用在全国处于领先地位,中国铸造协会实型铸造专业委员会、河北省铸造学会、河北省冶金学会冶金铸造分会挂靠在我校材料科学与工程学院。经过多年的努力,先后完成了十几项省级科研课题,获得2项国家专利,河北省自然科学奖三等奖1项,发表科研论文200余篇,其中SCIEI索引论文20余篇,中文核心期刊50余篇。完成横向课题60余项。

先进焊接技术及其自动化控制隶属于先进制造技术-精密热加工技术领域。该研究方向以培养人才和大力推动先进焊接技术向生产力的转化为目标,重点开展人才培养和焊接材料、工艺、焊接设备及控制技术开发、表面强化技术研究与应用、新材料新工艺研究及其产业化等方面的工作。主要设备有等离子喷涂设备、等离子堆焊设备、多功能数字化焊接系统、高速摄像及电弧分析设备、焊条焊剂制备设备、常规焊接设备等。该研究方向以河北科技大学材料科学与工程学院焊接实验室为依托,现有一支老中青结合的科研队伍。先后完成国家自然科学基金子课题旋转磁场下的电弧特性与熔滴过渡机制、河北省科技厅项目梯度功能陶瓷层工艺与性能的研究,横向课题“DSA-500数字化脉冲MIG/MAG/CO2焊机研制微机控制多功能脉冲MIG/MAG焊接电源的研究等。在研项目包括国家质量监督检验检疫总局立项的数字化超声自动无损检测与评价系统的研究、横向课题核电阀门双丝双脉冲焊接系统的研制等,课题经费总额达300多万元。自主开发的新型焊接技术及成套装备已广泛的应用于管道焊接、核电阀门等行业,并实现了产业化。

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