2017年, 第41卷, 第10期　
刊出日期：2017-10-20

  

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  机械工程材料. 2017, 41(10): 0-0.

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综述
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  过共晶铝硅合金中初生相细化的研究进展

  李悦, 叶兵, 蒋海燕, 王渠东, 丁文江

  机械工程材料. 2017, 41(10): 1-6. https://doi.org/10.11973/jxgccl201710001

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  从合金化、变质处理、铸造工艺等方面，综述了近年来在过共晶铝硅合金中初生相细化方面的研究进展。介绍了主要合金元素对过共晶铝硅合金性能的影响，分析了不同变质剂的细化效果，并讨论了铸造工艺对合金力学性能的影响；指出未来的研究方向应集中在阐明初生相的细化机制，采用合适的变质剂及优化铸造工艺等方面。
试验研究
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  焊后热处理对20G钢焊接接头残余应力的影响

  陈树明, 王海燕, 姚兆凤, 高世一, 房卫萍

  机械工程材料. 2017, 41(10): 7-10,57. https://doi.org/10.11973/jxgccl201710002

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  采用X射线应力分析仪和电子背散射衍射仪（EBSD）等分别研究了热处理前后20G钢焊接接头的表面残余应力和微区残余应力。结果表明：热处理前后焊接接头的表面残余应力均以焊缝为中心呈对称分布，且随距焊缝中心距离的增大而下降，热处理后的平均残余应力比热处理前的降低了7.21%；热处理后焊接接头焊缝区、热影响区和母材区的晶粒发生再结晶转变，晶粒得到细化；再结晶导致局域取向错配角的平均值减小，微观残余应力得到释放，且分布更为均匀，但焊缝区的微观残余应力依然较高。
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  螺杆钢表面不同激光熔覆层的耐磨与耐腐蚀性能

  何骅波, 杨梦梦, 黄晓波, 戴姣燕, 徐金富

  机械工程材料. 2017, 41(10): 11-14,19. https://doi.org/10.11973/jxgccl201710003

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  利用CO₂激光器在38CrMoAl钢表面激光熔覆了Ni35、铁基、钴基和Ni60A合金熔覆层，对比研究了不同熔覆层的组织、耐磨性能和耐腐蚀性能。结果表明：4种熔覆层的显微组织均为细小的枝晶；Ni60A、铁基、钴基、Ni35合金熔覆层的表层硬度分别为771，614，380，290 HV0.1；Ni60A合金熔覆层的耐磨性能最好，磨损率为4.124×10^-14 m³·N^-1·m^-1，铁基合金熔覆层、钴基合金熔覆层、Ni35合金熔覆层的耐磨性能依次降低；Ni60A合金熔覆层与钴基合金熔覆层的耐腐蚀性能最好，耐腐蚀性保护评级均为8，Ni35合金熔覆层的次之，铁基合金熔覆层的最差。
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  原位自生(TiC+TiB)/Ti复合材料的显微组织与残余应力

  孟嘉琳, 郭相龙, 吕维洁, 覃继宁, 王立强, 毛建伟, 张荻

  机械工程材料. 2017, 41(10): 15-19. https://doi.org/10.11973/jxgccl201710004

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  通过钛、石墨、二硼化钛间的原位反应，并经真空熔炼、锻造、退火后制备得到了不同增强体（TiC，TiB）含量的（TiC+TiB）/Ti复合材料，研究了其物相组成与显微组织，并测试了其残余应力，通过建立残余应力数值拟合公式分析了微观残余应力之间的耦合关系。结果表明：钛基复合材料的基体组织为变形α组织，增强体分布均匀，其中TiC呈等轴状和不规则状，TiB呈短纤维状并沿锻造方向排列；TiC和TiB与钛基体因热膨胀系数不同而产生的微观残余应力分别为拉应力和压应力，当TiC与TiB体积比为1：1时微观残余应力的耦合系数为2.0。
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  预热温度对X100管线钢焊接接头临界断裂应力的影响

  郑梗梗, 张广利, 王洪铎, 黄景鹏

  机械工程材料. 2017, 41(10): 20-23,62. https://doi.org/10.11973/jxgccl201710005

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  选用E9010-G焊条，采用手工电弧焊在不同预热温度（80，120，160℃）下对X100管线钢进行了焊接，研究了接头热影响区（HAZ）显微组织和硬度，通过插销试验测试了其临界断裂应力，分析了接头冷裂敏感性。结果表明：焊接接头HAZ组织主要为板条状贝氏体-铁素体（B_F），随着预热温度的升高，热影响区组织细化，脆性相M-A组元数量减少，B_F板条束逐渐变窄且分布变紧密；焊接接头的临界断裂应力随预热温度升高而增大，HAZ硬度降低；在3种预热温度下，接头的临界断裂应力均大于0.75σ_s（σ_s为母材屈服强度），HAZ硬度均小于冷裂纹产生的临界硬度，接头的抗冷裂性能较好。
新材料 新工艺
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  Mo₅Si₃-20% Al₂O_3p复相陶瓷的制备及摩擦磨损性能

  薛茂超, 张红霞, 陈辉

  机械工程材料. 2017, 41(10): 24-27,32. https://doi.org/10.11973/jxgccl201710006

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  采用机械球磨/热压烧结法制备了Mo₅Si₃金属陶瓷和Mo₅Si₃-20%（质量分数，下同） Al₂O_3p复相陶瓷，利用X射线衍射仪、扫描电子显微镜、硬度计和摩擦磨损试验机等分析了其微观结构、力学性能和摩擦磨损性能。结果表明：Mo₅Si₃-20% Al₂O_3p复相陶瓷的主要物相为Mo₅Si₃、Al₂O₃和少量Mo₃Si；复相陶瓷的相对密度、硬度和断裂韧性均高于单相Mo₅Si₃金属陶瓷的，且其摩擦因数和磨损率较低，摩擦因数随时间的变化较平缓，表现出更好的摩擦磨损性能；与GCr15钢球对磨时，Mo₅Si₃金属陶瓷的主要磨损机制为黏着和疲劳剥落，Mo₅Si₃-20% Al₂O_3p复相陶瓷的则为磨粒磨损，二者同时存在氧化磨损。
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  球化介质对球栅阵列封装钎焊球质量的影响

  李涛, 闫焉服, 王广欣, 高世军

  机械工程材料. 2017, 41(10): 28-32. https://doi.org/10.11973/jxgccl201710007

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  以63Sn37Pb焊丝为原料，分别以花生油、硅油、机油、蓖麻油为球化介质，利用切丝重熔法在球化温度为320℃下制备了球栅阵列封装（BGA）焊球，研究了不同球化介质对焊球真球度、表面质量及含氧量的影响。结果表明：当球化介质为花生油时，焊球的真球度最高，为98.89%，表面质量最好，且含氧量最低，为0.027%（质量分数）；花生油的球化效果最好，蓖麻油次之，硅油和机油的最差。
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  氧化石墨烯/改性碳纳米管复合膜的制备及其分离水中Pb²⁺的效果

  王艳春, 曾效舒, 袁秋红, 敖志强, 沈佐健

  机械工程材料. 2017, 41(10): 33-37,102. https://doi.org/10.11973/jxgccl201710008

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  以改进Hummers法制备的氧化石墨烯（GO）和氧化改性碳纳米管（CNT）为原料，按照不同质量比混合后，通过超声分散→离心→真空抽滤制备了氧化石墨烯/改性碳纳米管复合膜，分析了复合膜的结构、组成和形貌，并测试了该复合膜分离水中Pb²⁺的效果。结果表明：该复合膜的结构呈片层状，改性CNT进入GO的层间使其层间距增大，且增加了膜层缺陷；当GO和改性CNT的质量比由1：2增至1：0时，复合膜的Pb²⁺截留率由85%快速增至99%以上，水通量则由550×10^-5 L·m^-2·h^-1·Pa^-1降至35×10^-5 L·m^-2·h^-1·Pa^-1；GO和改性CNT质量比为1：1时制备的复合膜性能较佳，Pb²⁺截留率达到99%以上，水通量达到518×10^-5 L·m^-2·h^-1·Pa^-1。
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  火焰喷焊和等离子堆焊制备Ni60及Ni60-WC涂层的组织与性能

  李朋洋, 余新泉, 黄怡, 潘徐杰

  机械工程材料. 2017, 41(10): 38-43,47. https://doi.org/10.11973/jxgccl201710009

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  采用火焰喷焊与等离子堆焊工艺分别制备了Ni60与Ni60-WC涂层，对比研究了两种涂层的显微组织、物相组成、硬度和耐磨性能。结果表明：Ni60与Ni60-WC喷焊层比相应堆焊层的内部缺陷多、孔隙率高；喷焊层硬度曲线波动大，堆焊层硬度分布均匀；喷焊层磨损表面粗糙，划痕较多，而堆焊层磨损表面平滑；WC颗粒的添加提高了喷焊层与堆焊层的硬度和耐磨性；火焰喷焊工艺下，WC颗粒的添加使得涂层孔隙率增大，WC颗粒发生一定的脱碳，而等离子堆焊工艺下WC颗粒的添加对涂层孔隙率影响不大，WC颗粒能较完整地保存在涂层内。
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  碳含量对电弧增强反应磁控溅射方法制备BCN薄膜热稳定性的影响

  陈向阳, 张瑾, 黄润, 马胜利

  机械工程材料. 2017, 41(10): 44-47. https://doi.org/10.11973/jxgccl201710010

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  利用电弧增强反应磁控溅射（AEMS）方法在高速钢基体上制备了BCN薄膜，通过改变石墨靶功率来调整BCN薄膜中碳元素的含量，采用傅里叶变换红外光谱仪、高分辨透射电镜、显微硬度计和划痕仪等设备研究了BCN薄膜的热稳定性。结果表明：BCN薄膜在高温下具有较好的热稳定性；随着碳含量的增加，高温退火后BCN薄膜原子排列的有序度增加，部分结合键发生转化或分解，结合力下降，BCN薄膜的热稳定性降低。
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  烧结温度对粉末冶金低合金钢显微组织和力学性能的影响

  孙芳芳, 马少波, 毕岗, 李其龙, 王峰

  机械工程材料. 2017, 41(10): 48-51. https://doi.org/10.11973/jxgccl201710011

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  采用行程限制法将1300WB低合金钢粉压制成型并在不同温度下烧结制备了低合金钢，研究了烧结温度对其显微组织、微观形貌、密度、压溃强度和硬度的影响。结果表明：随着烧结温度升高，试样中孔隙的数量减少、尺寸减小，孔隙由连通状变得独立封闭，且孔形状由不规则形向球形转变；较低温度烧结试样的显微组织由珠光体、铁素体和渗碳体组成，随烧结温度升高，珠光体数量增多，试样的显微组织变均匀；试样的密度、压溃强度和硬度均随烧结温度升高而增大。
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  扫描方式与预热温度对激光选区熔化制备大尺寸AlSi10Mg合金性能的影响

  孙靖, 朱小刚, 王联凤, 程灵钰, 张成林

  机械工程材料. 2017, 41(10): 52-57. https://doi.org/10.11973/jxgccl201710012

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  采用激光选区熔化技术制备大尺寸AlSi10Mg合金试样，研究了扫描方式（棋盘式扫描与均匀扫描）及基板预热温度（80℃和120℃）对AlSi10Mg合金试样显微组织、密度和力学性能等的影响。结果表明：扫描方式是影响试样相对密度、拉伸性能和冲击性能的主要因素，而预热温度主要影响试样的硬度；预热温度80℃、棋盘式扫描方式下试样的相对密度最大（98.69%），拉伸性能和冲击韧性最好；预热120℃、棋盘式扫描方式下试样的硬度最高（257 HV）。
材料性能及应用
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  混合稀土含量对Zn9.3Al7Cu合金钎料润湿性能及显微组织的影响

  顾天亮, 闫焉服, 张绍棋

  机械工程材料. 2017, 41(10): 58-62. https://doi.org/10.11973/jxgccl201710013

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  在Zn9.3Al7Cu合金钎料中添加了质量分数分别为0，0.1%，0.3%，0.5%的由镧粉和钕粉组成的混合稀土，研究了混合稀土含量对该合金钎料熔点、润湿性能、显微组织，以及对其钎焊铜/铝接头剪切强度的影响。结果表明：合金钎料的显微组织均由η（Zn）相、ε（CuZn₅）相、β（ZnAl）共析相组成，混合稀土的添加使大树枝状的ε（CuZn₅）相细化、分布变均匀；随着混合稀土含量的增加，合金钎料的熔点逐渐降低，润湿性能及其钎焊铜/铝接头的剪切强度均先增大后下降；当混合稀土质量分数为0.1%时，钎料在铜板和铝板上的铺展面积均达到最大，分别比未添加稀土的提高了20.4%和46.6%，其润湿铝板的界面变得连续，没有缺陷；合金钎料钎焊铜/铝接头的剪切强度也达到最大，为66.5 MPa，比未添加稀土的提高了32.5%。
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  乏燃料干法贮存运输容器用B₄C/Al复合材料板的高温老化和硼酸腐蚀行为

  郑越, 卢可可, 雷欣, 崔岚, 王全兆

  机械工程材料. 2017, 41(10): 63-68,73. https://doi.org/10.11973/jxgccl201710014

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  对乏燃料干法贮存运输容器用B₄C/Al复合材料板进行了短期高温（480℃×48 h）、长期高温（400℃，2 000，4 000，6 000，8 000 h）老化试验以及在90℃，2 500 mg·kg^-1硼酸溶液中的加速腐蚀试验，研究了该复合材料板的老化与腐蚀行为。结果表明：在480℃老化48 h后，复合材料板表面局部颜色变暗，尺寸、密度、质量、力学性能无明显变化；在400℃长时间老化后，复合材料板表现出良好的尺寸稳定性和耐蚀性，力学性能的下降在正常波动范围内；在硼酸溶液中浸泡时，复合材料板矩形试样在浸泡4 000 h以上时发生轻微局部腐蚀，而包覆试样随着浸泡时间的延长发生局部点蚀，浸泡8 000 h时的点蚀较为明显。
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  不同温度淬火对45钢疲劳裂纹扩展行为的影响

  李春艳, 汪纯慧, 陈伟, 邹龙江

  机械工程材料. 2017, 41(10): 69-73. https://doi.org/10.11973/jxgccl201710015

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  对不同温度（760，800，840℃）淬火+350℃回火处理的45钢进行了疲劳裂纹扩展速率试验，得到了疲劳裂纹扩展速率曲线，研究了淬火温度对其疲劳裂纹扩展行为的影响。结果表明：与840℃淬火（常规淬火）后的相比，760，800℃亚温淬火后试验钢组织中存在未溶铁素体，且800℃亚温淬火后的马氏体组织细小，韧性较好；试验钢的疲劳裂纹扩展速率曲线在裂纹稳定扩展阶段符合Paris公式，随着淬火温度的升高，裂纹扩展速率减小；疲劳断口分为裂纹低速扩展区、裂纹稳定扩展区和瞬断区3个区域，800℃亚温淬火后的低速扩展区相对平坦，稳定扩展区则比较粗糙，存在准解理形貌，瞬断区有明显的撕裂棱、剪切唇和韧窝形貌，高度差达到283.9 μm左右，韧性断裂所占比例较大。
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  DP780冷轧热镀锌钢板点焊接头的高速拉伸性能

  王威, 张永强, 徐兴智, 尚永辉, 李珊珊

  机械工程材料. 2017, 41(10): 74-76,81. https://doi.org/10.11973/jxgccl201710016

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  利用拉伸试验设备对1.2 mm厚DP780冷轧热镀锌钢板点焊接头分别进行了准静态拉伸和高速拉伸试验，分析了点焊接头的高速拉伸特性，并与母材的进行了对比。结果表明：在准静态拉伸和高速拉伸时，点焊接头试样分别在一侧母材和过渡弧处发生断裂；准静态拉伸时的最大拉伸力为9.90 kN，随着应变速率的增大，最大拉伸力逐渐增大，在应变速率为500 s^-1时达到11.50 kN；当应变为0.20～0.25时，点焊接头发生断裂失效，而此时仍处于母材的安全有效区间内。
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  X80管线钢用自保护药芯焊丝的研制及焊接接头性能

  张敏, 李乐, 舒绍燕, 芦晓康, 李继红

  机械工程材料. 2017, 41(10): 77-81. https://doi.org/10.11973/jxgccl201710017

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  为满足X80管线钢的焊接需要，开发了以BaF₂为主的低碱性渣系Mn-Ni-Mo-Ti-B合金系自保护药芯焊丝，并对采用该焊丝焊接后此钢接头的显微组织及力学性能进行了分析。结果表明：X80管线钢接头焊缝显微组织为针状铁素体、粒状贝氏体以及少量的M-A岛，热影响区的组织主要为粒状贝氏体、贝氏体铁素体；焊接接头的抗拉强度为711 MPa，屈服强度为565.7 MPa，室温冲击功为155 J，-20℃冲击功为144.7 J，完全能满足石油管道建设的标准要求。
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  退火温度对无铝超高碳钢组织及性能的影响

  薛贯鲁, 曲家民, 王志敏, 刘庆锁

  机械工程材料. 2017, 41(10): 82-85. https://doi.org/10.11973/jxgccl201710018

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  对名义成分为Fe-1.58C-1.97Cr-0.26Si-0.73Mn-0.09Mo的一种无铝超高碳钢在800～1 100℃进行了退火处理，利用物相分析、显微组织观察、力学性能测试等方法研究了退火温度对该钢显微组织和力学性能的影响。结果表明：退火温度为800℃时，试验钢组织中存在大量的网状碳化物；当退火温度升至860℃时，网状碳化物消失，获得由细小均匀分布的碳化物加珠光体组成的组织；当退火温度进一步升至1 000℃以上时，试验钢中的珠光体组织变得粗大，且再次析出了网状碳化物；随退火温度的升高，试验钢的抗拉强度和冲击功先增大后减小，且均在860℃时达到最大，分别为1 017 MPa和15 J。
物理模拟与数值模拟
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  AZ31B镁合金单点渐进热成形工艺的模拟优化

  安治国, 癿建建, 丁玉璋, 刘奇, 金昌理

  机械工程材料. 2017, 41(10): 86-90,97. https://doi.org/10.11973/jxgccl201710019

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  通过数值模拟研究了AZ31B镁合金在不同成形温度、压下量和进给速度下的单点渐进成形过程，建立了各参数与最大Mises应力和最大厚度减小率的响应面模型，并进行了以最大Mises应力和最大厚度减小率为约束的多目标优化。结果表明：随着成形温度的升高，板料温升逐渐减小，当成形温度超过200℃后，板料不同位置的温度变化不大；各参数按对最大Mises应力和最大厚度减小率的影响由大到小排序为成形温度、进给速度、压下量；多目标优化得到的最佳工艺参数为成形温度273℃、压下量0.51 mm、进给速度1 340 mm·min^-1，在最佳工艺参数下模拟和实测成形件厚度的误差较小，证明了数值模型及响应面模型的准确性。
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  高铁螺纹道钉用TD16钢的动态再结晶行为

  曹飞, 彭文飞, 沈法, 余文静, 束学道

  机械工程材料. 2017, 41(10): 91-97. https://doi.org/10.11973/jxgccl201710020

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  在变形温度为850~1 150℃、应变速率为0.01~10 s^-1下，利用Gleeble-3500型热模拟试验机对高铁螺纹道钉用TD16钢进行了高温压缩试验，研究了其动态再结晶行为，建立了动态再结晶模型并进行了试验验证。结果表明：TD16钢在试验条件下变形过程中存在动态再结晶行为，温度越低、应变速率越大，动态再结晶越不容易发生，动态再结晶晶粒越细；由动态再结晶模型预测得到的峰值应变/临界应变，ε_0.5，晶粒尺寸与试验值的最大相对误差分别为7.08%，11.06%，21.3%，均吻合较好，建立的动态再结晶模型可用于预测TD16钢的动态再结晶行为。
失效分析
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  盐化工风机叶轮早期腐蚀失效的分析与预防

  孙少东, 何时剑, 陈玮, 舒韵, 王翔, 吴欣强

  机械工程材料. 2017, 41(10): 98-102. https://doi.org/10.11973/jxgccl201710021

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  在显微组织和裂纹形貌观察的基础上，分析了盐化工风机叶轮早期腐蚀开裂失效的原因，并提出了预防措施。结果表明：叶轮失效是由在Cl^-作用下的应力腐蚀开裂造成的；在叶轮本体上焊接扰流板后，焊接热循环使靠近熔合线的叶轮本体组织发生了显著变化，二次相的析出导致叶轮本体耐蚀性的降低，进而在工作应力和焊接残余应力联合作用下发生应力腐蚀开裂；叶轮本体上工作应力非均匀分布，越靠近叶轮心部，工作应力越大，越容易引发应力腐蚀开裂；提出了去除靠近叶轮心部4个扰流板的预防措施，经生产验证，此措施可预防叶轮的早期应力腐蚀开裂。