2017年, 第41卷, 第1期　
刊出日期：2017-01-20

  

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  机械工程材料. 2017, 41(1): 0-0.

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综述
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  TiO₂压敏陶瓷电性能的研究现状

  王宇, 张可敏, 李文戈, 尧巍华

  机械工程材料. 2017, 41(1): 1-6. https://doi.org/10.11973/jxgccl201701001

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  综述了粉体尺寸、烧结温度、保温时间、掺杂剂的选择及含量等对TiO₂压敏陶瓷压敏电压、非线性系数、介电损耗和介电常数等电性能以及晶体微观结构影响的研究现状，并指出TiO₂压敏陶瓷在小型化和多功能化等方面的发展是今后重要的研究方向。
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  三级共焦显微拉曼光谱仪的联用技术及其在铁电陶瓷研究中的应用

  张飒

  机械工程材料. 2017, 41(1): 7-12. https://doi.org/10.11973/jxgccl201701002

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  简述了拉曼光谱技术的优越性以及共焦显微拉曼光谱技术的特点，针对材料学科的科研测试需求，叙述了近年来三级共焦显微拉曼光谱仪与一系列机械平台装置联用后，在偏振场、力电场、温度场等外场作用下PLZT铁电陶瓷材料的拉曼原位观测实例，通过图谱分析讨论了PLZT铁电陶瓷材料在外场作用下的微观结构变化及其疲劳损伤机理。
试验研究
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  TiO₂含量对等离子喷涂Al₂O₃-TiO₂涂层物相组成和力学性能的影响

  翁鹏翔, 郭平, 郑振环, 叶辉, 李强

  机械工程材料. 2017, 41(1): 13-19. https://doi.org/10.11973/jxgccl201701003

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  采用等离子喷涂工艺在灰铸铁基体上制备了4种TiO₂含量不同的Al₂O₃-TiO₂涂层，运用X射线衍射技术，并结合Rietveld全谱拟合方法，对不同涂层中的物相进行定量分析；采用显微硬度测试和拉伸试验研究TiO₂含量对涂层力学性能的影响。结果表明：Al₂O₃-3% TiO₂涂层中存在大量的γ-Al₂O₃相、α-Al₂O₃相以及少量的非晶相；在Al₂O₃-13% TiO₂涂层中，非晶相含量出现最大值，并有Al₂TiO₅相形成；随着TiO₂含量进一步增加，非晶相含量降低，Al₂TiO₅相含量增加，在Al₂O₃-40% TiO₂涂层中只存在α-Al₂O₃和Al₂TiO₅相；随着TiO₂含量增加，涂层的显微硬度降低，但涂层的结合强度升高，这与涂层中Al₂TiO₅相的含量有关。
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  显微组织对超低碳X80管线钢氢致开裂行为的影响

  葛秋辰, 陈健, 汪兵, 刘清友, 甘国友

  机械工程材料. 2017, 41(1): 20-24. https://doi.org/10.11973/jxgccl201701004

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  对超低碳X80管线钢分别进行了正火和淬火处理，采用光学显微镜、扫描电镜、透射电镜和电子背散射衍射技术等手段，研究了显微组织对试验钢氢致开裂（HIC）行为的影响。结果表明：未经热处理的试验钢显微组织为针状铁素体，该组织的抗HIC性能优于正火后多边形铁素体组织和淬火后贝氏体铁素体组织的抗HIC性能；大小角度晶界的均匀分布有利于提高试验钢的抗HIC性能，高密度的小角度晶界可以阻止氢致裂纹扩展。
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  预腐蚀7A09铝合金腐蚀坑处萌生疲劳裂纹扩展深度的估算

  李旭东, 刘元海, 刘治国, 朱泽龙

  机械工程材料. 2017, 41(1): 25-29. https://doi.org/10.11973/jxgccl201701005

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  含初始缺陷铝合金结构的寿命评估方法大多需要用到裂纹扩展深度这一难以直接测得的参数，为了找到其与表面裂纹长度之间的关系，对预腐蚀7A09铝合金进行疲劳试验，并利用扫描电镜结合能谱仪进行疲劳断口分析，发现了腐蚀坑处萌生裂纹沿着深度方向的扩展规律。结果表明：7A09铝合金的疲劳断口多呈脆性断裂特征，富集的增强相反而会成为脆性相，降低材料的塑性变形能力；对于单一裂纹源主导的疲劳断裂，其内部扩展深度与表面裂纹长度之间存在线性关系，通过检测构件中裂纹的表面长度可以获得其扩展深度，对于结构剩余寿命的估算具有参考价值；对于多源疲劳，裂纹扩展长度与深度间无确定的关系。。
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  退火对TC18钛合金电子束焊接接头组织与力学性能的影响

  张思聪, 雷永平, 刘昕

  机械工程材料. 2017, 41(1): 30-33. https://doi.org/10.11973/jxgccl201701006

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  采用普通退火和去应力退火两种退火工艺对TC18钛合金电子束焊接接头进行焊后热处理，研究了退火处理对焊接接头显微组织、拉伸性能和冲击性能的影响，并将接头的性能与母材的进行了对比。结果表明：与去应力退火相比，普通退火后，显微组织中的α相含量减少，β相含量增多，接头的强度降低，塑性更高；两种方式退火后，母材和焊接接头的拉伸性能相差不大，但母材的冲击性能优于焊接接头的。
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  基于植物模板法制备高性能石墨烯/氧化锰复合材料及其电化学性能

  何凤娟, 钱君超, 刘成宝, 陈志刚, 李萍

  机械工程材料. 2017, 41(1): 34-37,42. https://doi.org/10.11973/jxgccl201701007

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  以植物膜作为碳源和模板，通过浸渍氯化锰溶液并经两次煅烧合成了石墨烯/氧化锰复合材料，分析了该复合材料的微观形貌、物相组成以及表面性能；将该复合材料制成电极，通过循环伏安和恒流充放电方法测试了其电化学性能。结果表明：石墨烯/氧化锰复合材料中不存在氧化石墨烯，其石墨烯为褶皱状片层结构，厚度约1.449 nm，其上负载着大量粒径为10~40 nm的氧化锰颗粒；该复合材料的BET比表面积约为202.5 m²·g^-1，孔径分布于5~30 nm；该复合材料的电化学反应可逆性优良，比电容为245 F·g^-1，远高于市购碳粉（25~26 F·g^-1）和植物膜煅烧制备石墨烯（45~50 F·g^-1）的。
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  加入Al-5Ti-B细化剂和Al-2Zr-Sc中间合金后铝锌镁合金的组织和拉伸性能

  丁俭, 杜喜望, 靳子惠, 夏兴川, 赵乃勤, 赵维民, 刘利华

  机械工程材料. 2017, 41(1): 38-42. https://doi.org/10.11973/jxgccl201701008

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  在单独或复合添加Al-2Zr-Sc中间合金和Al-5Ti-B细化剂的条件下对铝锌镁合金进行细化处理，研究了不同细化条件下铸态铝镁锌合金的显微组织和力学性能。结果表明：单独加入质量分数为0.4%的Al-2Zr-Sc中间合金或Al-5Ti-B细化剂都可以细化铝镁锌合金的晶粒，且加入Al-2Zr-Sc中间合金后有Al₃（Sc，Zr）相析出，提高了合金的抗拉强度；复合添加质量分数均为0.2%的Al-2Zr-Sc中间合金和Al-5Ti-B细化剂后，晶粒的细化效果最优，相比于基体合金，平均晶粒尺寸减小了20 μm，抗拉强度提高了32%，这主要是细晶强化和析出强化共同作用的结果；晶界处长杆状第二相的存在导致复合细化合金的伸长率比单独细化合金的低。
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  热处理工艺对FV520(B)钢焊接接头耐蚀性能的影响

  李继红, 刘娟娟, 张敏, 谢威威, 樊庆仰

  机械工程材料. 2017, 41(1): 43-46,75. https://doi.org/10.11973/jxgccl201701009

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  首先对FV520（B）钢进行焊接，之后对母材及焊接接头进行不同工艺的热处理，然后将它们浸泡在质量分数为10%的H₂SO₄溶液中进行腐蚀试验，研究了热处理工艺对焊接接头耐蚀性能的影响。结果表明：不同热处理后的FV520（B）钢焊接接头的表面腐蚀形貌都较为均匀平整，但在熔合区附近存在较深的断层，且有深陷的沟壑状腐蚀坑；在相同的热处理条件下，母材的腐蚀速率均高于焊接接头的；在固溶处理与时效处理工序间增加调整处理工序可以提高焊接接头和母材的耐蚀性能；在850℃进行调整处理后焊接接头的表面腐蚀形貌要比在750℃进行调整处理的更均匀平整。
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  TiNi合金表面钼合金层的物相与性能

  单小林, 吴海瑞, 王振霞, 林乃明, 刘小萍, 贺志勇

  机械工程材料. 2017, 41(1): 47-50,55. https://doi.org/10.11973/jxgccl201701010

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  采用双辉等离子表面合金化技术在TiNi合金表面制备钼合金层，分析了钼合金层的物相和成分分布，利用带电化学测试系统的超声波振动空蚀试验机和往复摩擦磨损试验机分别研究钼合金化试样和基体合金的电化学性能和耐磨性能。结果表明：在TiNi合金表面制备了成分呈梯度分布的钼合金层，该层中主要含有Mo、MoTi和Ni₃Ti相；在空蚀条件下合金基体的钝化能力受到抑制，钼合金化试样则呈现出一定程度的钝化能力；两者的磨损机制均是磨粒磨损和黏着磨损，合金基体的磨痕宽度远大于钼合金化试样的，并且黏着磨损更为严重。
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  扭矩作用下垂向载荷对转轴表面微动损伤特性的影响

  文广, 何成刚, 周桂源, 刘启跃

  机械工程材料. 2017, 41(1): 51-55. https://doi.org/10.11973/jxgccl201701011

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  利用JD-1型轮轨模拟试验机研究了在扭矩作用下转轴表面的微动损伤，通过改变垂向载荷大小，研究了垂向载荷对转轴与轴承内圈过盈配合面微动损伤特性的影响，并借助激光共聚焦扫描电镜和扫描电子显微镜观察了损伤表面的磨痕和剖面的显微组织，分析了两种垂向载荷下转轴表面的微动损伤机理。结果表明：在垂向载荷作用下，转轴与左右两端轴承内圈过盈配合面处出现了微动损伤，磨损形式主要表现为黏着磨损和磨粒磨损；在垂向载荷较大的工况下，转轴配合面的表面磨损加剧，塑性变形层变厚，微动损伤变得更严重，并且左端配合面的磨损和塑性变形均比右端的严重，塑性变形层的厚度分布更加不均。
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  脉冲负偏压幅值对复合离子镀制备TiCN薄膜结构和性能的影响

  任鑫, 赵瑞山, 黄美东, 张翀翊, 王乾宝

  机械工程材料. 2017, 41(1): 56-60,64. https://doi.org/10.11973/jxgccl201701012

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  采用复合离子镀技术，在不同脉冲负偏压幅值下于304不锈钢表面制备TiCN薄膜，研究了负偏压幅值对薄膜成分、结构、表面粗糙度、显微硬度及摩擦磨损性能的影响。结果表明：随着负偏压幅值升高，钛、碳与氮元素的原子比以及碳与钛元素的原子比先增大后减小，薄膜表面的颗粒及针孔、凹坑等缺陷尺寸减小，数量减少，表面形貌得到改善；薄膜主要由TiCN相组成，随着负偏压幅值增大出现（111）晶面择优取向，且薄膜的显微硬度先增大后减小，并在负偏压幅值为300 V时达到最大，为2 690 HV；薄膜的摩擦磨损性能优于基体的，随着负偏压幅值增加，薄膜的摩擦因数不断降低，在负偏压幅值为300 V时约为0.355，此时薄膜的摩擦磨损性能最优。
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  直接敷铜工艺制备Cu/AlN材料的界面结构及结合性能

  谢建军, 王宇, 汪暾, 王亚黎, 丁毛毛, 李德善, 翟甜蕾, 林德宝, 章蕾, 吴志豪, 施鹰

  机械工程材料. 2017, 41(1): 61-64. https://doi.org/10.11973/jxgccl201701013

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  通过直接敷铜（DBC）工艺，在AlN陶瓷基板表面于1 000~1 060℃的敷接温度下制备Cu/AlN材料，利用机械剥离机、场发射扫描电子显微镜和X射线衍射仪分析了Cu/AlN的界面结合强度、界面微观形貌和物相组成。结果表明：铜箔和AlN陶瓷基板间的结合强度超过了8.00 N·mm^-1，铜箔和AlN陶瓷之间存在厚度约为2 μm的过渡层，过渡层中主要含有Al₂O₃、CuAlO₂和Cu₂O化合物；随着敷接温度升高，Cu/AlN的界面结合强度逐渐增大。
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  用非晶合金细化变质处理A356铝合金的显微组织和力学性能

  苏云高, 崔振铎, 朱胜利, 赵乃勤, 丁俭, 赵维民

  机械工程材料. 2017, 41(1): 65-71. https://doi.org/10.11973/jxgccl201701014

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  通过添加不同量的Zr₅₆Co₂₂Al₁₆Ag₆非晶合金条带对用Al-5Ti-1B预细化的A356铝合金进行细化变质处理，然后再进行固溶时效热处理，研究了合金的显微组织和力学性能，并探讨了非晶合金的细化强化机制。结果表明：随着非晶合金添加量的增加，铝合金的晶粒尺寸和二次枝晶间距均逐渐减小，力学性能得到了提高；铝合金的共晶组织中出现了弥散分布的颗粒状Al₃Zr相，该相作为非均质形核的核心，起到细化晶粒的作用；加入质量分数为0.4%的非晶合金，并设定孕育期为10 min，铝合金可获得最佳的细化效果，其经固溶时效处理后的抗拉强度和伸长率比未加入非晶合金的分别提高了7%和64.4%。
新材料 新工艺
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  板坯连铸硫系Y55钢板的研发及其性能

  董富军, 赵和明, 刘小林, 杨才福

  机械工程材料. 2017, 41(1): 72-75. https://doi.org/10.11973/jxgccl201701015

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  为了满足模架钢加工与使用性能的需求，采用加入易切削元素硫，并适当添加锰、钙的成分设计思路，在优化冶炼、连铸、轧制工艺的基础上成功开发出了板坯连铸硫系Y55钢板，并分析了它的硬度、组织、夹杂物与加工性能。结果表明：Y55钢板的硬度范围在180~200 HB之间，其显微组织为珠光体和网状铁素体，夹杂物是以硫化锰为主的复合夹杂物；与S50C钢板相比，Y55钢板的加工性能大幅提高。
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  纳米Cr₃C₂颗粒含量对等离子堆焊Co40合金层组织与性能的影响

  斯松华, 于婉萍, 姚昌彬, 张磊

  机械工程材料. 2017, 41(1): 76-79. https://doi.org/10.11973/jxgccl201701016

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  采用等离子堆焊技术在Q890低碳钢表面制备了不同纳米Cr₃C₂颗粒含量（质量分数分别为0，20%，30%，40%）的Co40合金层，研究了纳米Cr₃C₂颗粒含量对该合金层组织与耐磨性的影响。结果表明：Co40合金层主要由发达柱状晶及其间的网状共晶组成；添加纳米Cr₃C₂颗粒后其组织发生细化，结晶方式由亚共晶结晶转变为过共晶结晶且合金层的硬度和耐磨性均得到了明显提高；当纳米Cr₃C₂颗粒为30%时，合金层的磨损质量损失最小，比未添加Cr₃C₂的减少了55.8%，磨损表面较平整，只存在轻微的犁沟，几乎没有剥落现象。
材料性能及应用
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  两种不同组织类型相同强度级别低合金高强钢的耐磨性

  斯松华, 唐怀光, 胡学文, 钟尧舜

  机械工程材料. 2017, 41(1): 80-84. https://doi.org/10.11973/jxgccl201701017

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  利用摩擦磨损试验机和自由磨料式腐蚀磨损试验机，在不同的润滑、载荷和腐蚀条件下，对两种组织类型不同、但抗拉强度同为700 MPa级别的S700和M700低合金高强度钢的滑动耐磨性和腐蚀耐磨性进行了研究，并分析了磨损机理。结果表明：S700钢的组织为铁素体+贝氏体，M700钢的组织为铁素体+珠光体；S700钢的硬度略高于M700钢的；在相同的滑动磨损条件下，S700钢的磨损量小于M700钢的；试验钢在酸性溶液中的腐蚀耐磨性均较差；在相同的腐蚀磨损条件下，S700钢的腐蚀耐磨性优于M700钢的；两种试验钢的滑动磨损机制主要是微观切削和塑性变形，酸性条件下的腐蚀磨损形貌为大面积的腐蚀坑且伴随剥落，而碱性条件的则以微观切削为主，并伴有少许的剥落。
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  不同改性矾土添加量下树脂基复合摩擦材料的性能

  卢尚健, 付雪松, 孙胃涛, 周文龙, 陈国清

  机械工程材料. 2017, 41(1): 85-89. https://doi.org/10.11973/jxgccl201701018

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  通过添加质量分数为4%~12%的改性矾土，并减少酚醛树脂的添加量制备了树脂基复合摩擦材料，研究了树脂基复合摩擦材料的力学性能、抗热衰退性能及摩擦磨损性能。结果表明：添加质量分数为8%的改性矾土时，摩擦材料的硬度、弯曲强度、冲击韧性略有降低，但仍处于较高的水平，但材料的摩擦因数增幅较大，高温抗热衰退系数较未添加改性矾土试样的提高近12%，表现出良好的抗热衰退性能。
物理模拟与数值模拟
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  利用模型预测和优化多相各向异性TiB₂增强钢复合材料的力学性能

  李涵, 金学军, 赵洪山

  机械工程材料. 2017, 41(1): 90-95,106. https://doi.org/10.11973/jxgccl201701019

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  基于Mori-Tanaka均匀化方法及Eshelby等效夹杂理论建立了解析计算模型，用以预测多相各向异性TiB₂增强钢复合材料的力学性能，并系统研究了增强体的长径比、体积分数和取向对复合材料横向和纵向弹性模量的影响。结果表明：建立的模型可以准确预测多种不同金属基复合材料的弹性模量；大的长径比可以显著提高TiB₂增强钢复合材料的纵向弹性模量，且只造成横向弹性模量少量损失；增强相体积分数与弹性模量呈正相关；纵向弹性模量随着增强体排列方向与载荷方向之间夹角的增大而先增大后减小。
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  不同晶粒尺寸和晶向分布多晶硅片弯曲应力的有限元模拟

  王轶伦, 丁建宁, 袁宁一, 姜存华, 陈潇

  机械工程材料. 2017, 41(1): 96-102,106. https://doi.org/10.11973/jxgccl201701020

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  采用光致发光晶向识别技术分辨多晶硅片晶向的分布情况，通过纳米压痕试验测试多晶硅片在不同晶向上的弹性模量；然后利用有限元方法建立包含晶粒尺寸和晶向分布信息的多晶硅片有限元模型，将纳米压痕试验测得的不同晶向的弹性模量带入此模型，模拟得到了不同晶粒尺寸和晶向分布下多晶硅片的弯曲应力，最后通过三点弯曲试验对模拟结果进行了验证。结果表明：多晶硅片在不同晶向上的弹性模量和硬度不同；晶向分布会影响多晶硅片的最大弯曲应力和最大挠度的位置，晶粒形状会影响多晶硅片的最大弯曲应力；减小晶粒尺寸可以降低多晶硅片的最大弯曲应力；三点弯曲试验验证了所建模型的正确性。
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  不同变形量下20CrNi2Mo钢的热压缩变形行为

  范航京, 梁益龙, 雷磊, 龙绍檑, 杨明

  机械工程材料. 2017, 41(1): 103-106. https://doi.org/10.11973/jxgccl201701021

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  在相变仪上对20CrNi2Mo钢进行热模拟压缩试验，研究了其在840℃时不同变形量（0~50%）下的热压缩变形行为，并分析了它的显微组织和硬度。结果表明：20CrNi2Mo钢流变应力曲线呈现出明显的动态再结晶特征；当变形量达到10%时，会发生动态再结晶；随着变形量增加，晶粒逐渐细化，之后尺寸基本保持稳定，当变形量达到50%时，进入完全再结晶状态；随着变形量逐渐增大，马氏体板条束逐渐细化，残余奥氏体含量降低；当变形量由10%增至20%时，硬度显著增大，而后趋于稳定。
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  不同冷速下Q1100高强钢焊接热影响区粗晶区的组织转变特征

  方俊飞, 徐震霖, 斯松华, 相小草

  机械工程材料. 2017, 41(1): 107-110. https://doi.org/10.11973/jxgccl201701022

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  利用Gleeble-3500型热模拟试验机对Q1100高强钢的焊接过程进行模拟，采用热膨胀法结合显微组织与硬度测试，绘制了该钢的模拟热影响区连续冷却转变曲线（SHCCT曲线），研究了不同冷却速率下焊接热影响区粗晶区的组织转变特征和硬度变化规律。结果表明：在模拟焊接条件下，该钢的奥氏体化温度明显高于平衡状态下的奥氏体化温度；当冷却速率低于2℃·s^-1时，热影响区粗晶区为全贝氏体组织；当冷却速率为2~12℃·s^-1时，热影响区粗晶区为贝氏体和马氏体的混合组织；当冷却速率超过12℃·s^-1时，热影响区粗晶区得到全马氏体组织；随着冷却速率增加，焊接热影响区粗晶区的硬度逐渐增大。