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    熱處理——我國制造業發展的瓶頸

     

      2.3 材料制造裝備的設計制造嚴重落后

      我國材料制造與國際先進水平的差距還突出表現在材料制造裝備的設計制造嚴重落后,高端的熱處理和表面改性工藝裝備依賴性進口,重復引進,落后——引進 ——再落后——再引進的現象相當嚴重,航空、軍工、和高檔汽車生產所需的真空滲碳高壓氣淬設備,國內無法制造,全部依賴進口,這類設備的售價是傳統意義上的“制造成本”的十幾倍以至幾十倍,現代先進的材料制造工藝裝備是先進材料制造技術的載體,其價格取決于其中知識的含量、高新技術集成度、以及技術的獨占性與知識產權等因素,然而我國熱處理設備制造廠雖然多達數千家,但是只能制造相當于國外幾十年以前水平的產品,在慘烈的價格戰中苦苦掙扎,不久前國內一些航空和軍工單位公開招標采購滲氮設備,國內廠商的報價只有國外的幾十分之一,卻無一能中標,這一事例表明目前我國材料制造工藝裝備制造業缺乏創新能力,無力滿足用戶的需求,自身也難以可持續發展,前景甚憂。

      我國材料制造控制性技術的落后,不但不能適應當前的生產和市場競爭的需要,而且制約我國制造業整體創新能力的提高。飛機、汽車、各種交通工具以及各類機械設備的輕量化,工模具、零部件的壽命,高速火炮的射擊頻率,潛艇的極限下潛深度,燃氣輪機的燃氣允許溫度等等無不與材料潛力的發揮有關,不掌握具有自主知識產權的先進的材料制造技術,就不可能設計制造出先進的產品。例如:汽車發動機和變速箱中絕大多數的零部件都需要經過熱處理或表面改性,目前我國生產的各種牌號的發動機和變速箱絕大多數都是國外品牌,沒有自主的核心技術,只能按照國外的技術和標準進行生產,近年來國內自行研發了數款自主品牌的汽車變速箱,是可喜的進步。但是基本上屬于仿制,尤其是關鍵零部件材料的性能指標和控性的技術要求,只能簡單的模仿國外的產品,存在很大的盲目性,影響了產品質量,更重要的是:如果缺乏具有自主知識產權的材料控性核心技術的支撐,勢必制約我國自主品牌產品設計的創新能力,陷入“落后——仿制——再落后——再仿制”的路徑依賴的惡性循環,無法使我國制造業擺脫被置于全球化制造鏈低端的困境。

     

      3 發展數字化的熱處理智能技術

      熱處理過程十分復雜,在不同的外場(熱、力、電、磁、光等)和環境的作用下,材料發生相變、應力、應變和化學反應等變化,對這些復雜現象中的客觀規律認識的深化,是提高熱處理質量的基礎。電子計算機的發展,為人們提供了強大的科學計算和信息處理的能力,從而有可能集成不同學科的知識,用多場耦合的方法建立描述材料熱處理過程中各種復雜現象及其相互作用的物理數學模型和計算機模擬方法,構成熱處理的虛擬生產平臺。將有可能使熱處理技術由傳統的“技藝”型的落后狀態向著以科學計算為依據的高度知識密集型技術的方向轉化。 熱處理過程的計算機模擬近年來發展迅速,并已顯示出提升熱處理水平的巨大潛力[2,4]。但也應指出,熱處理計算機模擬技術還很不成熟,還有一系列基礎研究有待進行,例如氣—固表面換熱和液—固表面換熱的測試計算方法、非等溫非等速條件下相變動力學的定量計算、多場耦合的算法,復雜非線性問題的算法、界面反應的物質傳遞、等等都屬于高難度的有待長期深入研究的課題。計算機模擬結果的驗證和數學模型的修正都是工作量浩大的基礎工作。

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