2017年, 第41卷, 第11期　
刊出日期：2017-11-20

  

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  机械工程材料. 2017, 41(11): 0-0.

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综述
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  高效碲化铋基热电材料中热变形诱导的多尺度微结构效应

  翟仁爽, 吴业浩, 朱铁军, 赵新兵

  机械工程材料. 2017, 41(11): 1-12,18. https://doi.org/10.11973/jxgccl201711001

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  简述了碲化铋基合金的制备方法和本征性质；总结了碲化铋基合金中热变形诱导的多尺度微结构，包括原子级本征点缺陷、晶格线缺陷、纳米级的晶格变形区域、微米级的织构和晶粒等；综述了多尺度微结构对碲化铋基合金热电性能的影响。
试验研究
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  AZ31镁合金在Al(NO₃)₃溶液中的电化学行为和放电性能

  夏邢燕, 张娅, 孙颖迪, 周学华, 陈秋荣, 张腾飞

  机械工程材料. 2017, 41(11): 13-18. https://doi.org/10.11973/jxgccl201711002

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  通过对腐蚀析氢行为、开路电位、动电位极化曲线、交流阻抗谱和恒流放电性能等的测试与分析，研究了AZ31镁合金在不同浓度Al（NO₃）₃溶液中的电化学行为和放电性能。结果表明：随着Al（NO₃）₃溶液浓度的增大，AZ31镁合金的开路电位和自腐蚀电位负移，交流阻抗值减小，放电活性增强；与镁盐电解液相比，AZ31镁合金在0.6 mol·L^-1 Al（NO₃）₃溶液中的恒流放电电压较高、放电曲线平稳、放电效率高、放电容量大；放电过程中AZ31镁合金电极表面生成2Mg（OH）₂·Al（OH）₃，促进Mg（OH）₂从电极表面脱落，有利于电解液与电极表面充分接触，使AZ31镁合金电极具有较高的放电活性与放电稳定性。
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  碳纳米管/铝界面反应程度及其与复合材料力学性能的关系

  李忠文, 林仁邦, 胡励, 俞子贇, 鄢来朋, 谭占秋, 范根莲, 李志强, 张荻

  机械工程材料. 2017, 41(11): 19-22,28. https://doi.org/10.11973/jxgccl201711003

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  采用电化学溶解-气相色谱标定方法，研究了不同烧结时间下质量分数2%CNTs/5083Al复合材料中界面反应程度的变化规律，并探讨了界面反应程度与复合材料力学性能的关系。结果表明：在570℃烧结温度下，当烧结时间从1 h延长到6 h时，2%CNTs/5083Al复合材料的界面反应程度从5.5%增加到24.1%，并与烧结时间成一定的线性关系；随着烧结时间的延长，复合材料的杨氏模量、屈服强度与抗拉强度均呈先增加后降低的趋势，而伸长率呈先略微下降后持续增加的趋势。
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  锂离子电池负极用网络结构SnO₂-C复合涂层的微观结构及其性能

  王娜, 杨琪, 崔帅, 杨露

  机械工程材料. 2017, 41(11): 23-28. https://doi.org/10.11973/jxgccl201711004

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  通过简单的刮涂工艺，将含有氯化亚锡、聚丙烯腈（PAN）和聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）的二甲基甲酰胺（DMF）溶液涂覆在铜箔表面，然后在真空下煅烧，制备出具有三维网络结构的SnO₂-C复合涂层，对其微观结构进行了表征，并对该网络结构SnO₂-C复合涂层一体化负极材料的性能进行了测试。结果表明：该复合涂层具有由宽度为0.1~1 μm的碳基枝条相互连接而形成的连续三维网络结构，该碳基枝条由无定型结构的碳基体、尺寸为10~150 nm的SnO₂纳米粒子和尺寸为1~5 nm的微孔组成；当该复合涂层直接用作锂离子电池的负极时，在50 mA·g^-1电流密度下经过100次循环后其比容量为642 mAh·g^-1，在此循环过程中未出现比容量衰减的现象，在10 A·g^-1电流密度下其比容量仍为50 mA·g^-1电流密度下比容量的43%，该复合涂层表现出良好的电化学性能。
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  固溶温度对ZK60镁合金耐腐蚀性能的影响

  李庆芬, 吴远志, 邓彬, 李理, 刘安民

  机械工程材料. 2017, 41(11): 29-32,38. https://doi.org/10.11973/jxgccl201711005

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  在不同温度（200~300℃）下对铸态ZK60镁合金进行固溶处理，采用扫描电子显微镜观察不同温度固溶后合金的显微组织，并采用质量损失法和电化学方法研究了不同温度固溶后合金在质量分数为3.5%NaCl溶液中的耐腐蚀性能。结果表明：随着固溶温度的升高，合金中第二相的含量减少且由连续分布变为不连续分布；随着固溶温度的升高，合金的腐蚀速率先升高后降低；经300℃固溶处理后，ZK60镁合金的耐腐蚀性能最好，其腐蚀速率为4.575 2 mm·a^-1，自腐蚀电流密度和自腐蚀电位分别为0.011 639 mA·cm^-2和-1.511 0 V。
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  电流作用方式对纳米TiN/Ni复合镀层组织与力学性能的影响

  何杰, 吴蒙华, 李霖泰

  机械工程材料. 2017, 41(11): 33-38. https://doi.org/10.11973/jxgccl201711006

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  采用添加了纳米TiN的氨基磺酸镍系镀液，利用超声电沉积方法在45钢基体上制备了纳米TiN/Ni复合镀层，对比研究了直流、单脉冲、正负脉冲等3种电流作用方式对镀层表面形貌、纳米TiN含量及分布、界面结合力、显微硬度和摩擦磨损性能的影响。结果表明：与直流电沉积相比，脉冲电沉积镀层的晶粒细小、表面平整、表面裂纹少、界面结合力高，且正负脉冲电沉积的界面结合力高于单脉冲电沉积的；脉冲电沉积更易沉积纳米TiN粒子，且正负脉冲电沉积TiN的沉积速率大于单脉冲的；正负脉冲电沉积镀层的显微硬度最高，摩擦磨损性能最佳，直流电沉积的最差。
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  TA2钛合金焊接接头不同区域的疲劳裂纹扩展速率

  文磊磊, 周昌玉, 李建, 陆磊

  机械工程材料. 2017, 41(11): 39-44. https://doi.org/10.11973/jxgccl201711007

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  对TA2钛合金焊接接头的母材区、熔合线、焊缝中心和热影响区的疲劳裂纹扩展速率、疲劳断口形貌以及显微组织进行了研究。结果表明：接头各区域的疲劳裂纹扩展速率相差不大，可直接用焊缝区的裂纹扩展速率表示；各区域试样的断口呈典型的疲劳断口形貌；母材区的平均晶粒尺寸约62.8 μm，热影响区的约为110 μm，晶粒尺寸对疲劳裂纹扩展速率没有明显影响。
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  锆合金板材表面岛状缺陷产生的原因及解决措施

  徐滨, 高峰, 马倩, 童龙刚, 龚晓桐

  机械工程材料. 2017, 41(11): 45-47,52. https://doi.org/10.11973/jxgccl201711008

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  通过对岛状缺陷进行形貌观察、化学成分分析和表面处理，分析了锆合金板材表面在酸洗后产生岛状缺陷的原因，并提出了相应的解决措施。结果表明：岛状缺陷是由板材表面附着的杂质或氧化层所造成的酸洗速率不均匀而产生的；为避免岛状缺陷的产生，可在锆合金板材酸洗前增加抛光工序，使得酸洗前板材表面平整，或采用含铌合金板材，使酸洗时形成NbF薄膜，从而减少岛状缺陷的数量。
材料性能及应用
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  锰含量对生物医用Ti-29Nb-6Ta-5Zr合金显微组织与性能的影响

  司颐

  机械工程材料. 2017, 41(11): 48-52. https://doi.org/10.11973/jxgccl201711009

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  采用非自耗真空电弧炉熔炼了Ti-29Nb-6Ta-5Zr-xMn（x=0，1，2，4，质量分数/%）合金，并进行了固溶处理，研究了锰含量对该合金显微组织、力学性能及电化学腐蚀性能的影响。结果表明：试验合金的组织均为单一β等轴晶，其平均晶粒尺寸和晶格常数均随锰含量的增加而减小；试验合金的抗拉强度、屈服强度和硬度均随锰含量的增加而增大，当锰质量分数为4%时，抗拉强度、屈服强度和硬度均最大，分别为609 MPa，585 MPa，252 HV，比未添加锰的分别提高了75.2%，70.1%，58.4%；伸长率和弹性模量随锰含量的增加先减小后略有增大，但增大幅度并不大；添加质量分数为4%锰的试验合金的自腐蚀电位最高，腐蚀倾向最小。
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  38MnVS非调质钢汽车半轴的研制

  孙华, 李慎, 周蕾, 毛向阳, 赵秀明

  机械工程材料. 2017, 41(11): 53-58. https://doi.org/10.11973/jxgccl201711010

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  开发了38MnVS非调质钢汽车半轴，研究了热锻后冷却速率对38MnVS非调质钢半轴显微组织、力学性能的影响，并与42CrMo调质钢半轴进行了对比，讨论了半轴疲劳寿命的主要影响因素。结果表明：通过热锻后风冷可减小38MnVS非调质钢中铁素体尺寸和珠光体片层间距，冲击韧性由空冷后的16.84 J提高到风冷后的43.74 J；38MnVS非调质钢具有良好的淬透性；38MnVS非调质钢半轴的疲劳寿命可达到42CrMo调质钢半轴的水平，并且通过减小花键模数、增大花键齿根过渡圆角半径以及适当地增加硬化层深度可将38MnVS非调质钢半轴的疲劳寿命提高到30万次以上，可以代替42CrMo调质钢半轴。
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  60 mm厚Q345钢板电子束焊接接头的显微组织及硬度分布

  邓增辉, 李东, 童邵辉, 方虎

  机械工程材料. 2017, 41(11): 59-62. https://doi.org/10.11973/jxgccl201711011

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  利用电子束焊接方法焊接了60 mm厚Q345钢板，研究了接头焊缝区的显微组织及显微硬度分布。结果表明：电子束焊接能够一次性焊透60 mm厚Q345钢板，得到成形良好且没有明显气孔、裂纹等缺陷的焊接接头，焊缝深宽比很大，约15：1；焊缝中心顶层由先共析铁素体、侧板条铁素体和针状铁素体组成，沿着焊缝深度方向铁素体数量减少、板条状马氏体和针状铁素体数量增加且针状铁素体间距变小，晶粒尺寸减小；从焊缝顶层到底层，焊缝中心的硬度呈波动性增大趋势，焊缝区的显微硬度高于母材和热影响区的，且沿着深度方向焊缝区硬度的增长速率明显增大。
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  等离子喷涂制备Al₂O₃/ZrO₂复合结构热障涂层的性能

  杨宏波, 刘朝辉, 易童彬, 刘娜, 舒心, 罗平

  机械工程材料. 2017, 41(11): 63-67,72. https://doi.org/10.11973/jxgccl201711012

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  以NiCrAlY为金属黏结层材料、以Al₂O₃和ZrO₂为陶瓷层材料，采用等离子喷涂技术在304不锈钢表面制备了3种热障涂层，通过扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射仪（XRD）分别对涂层的微观形貌和晶相进行了表征，并研究了涂层的抗高温氧化性能和抗热震性能。结果表明：NiCrAlY/Al₂O₃/ZrO₂复合结构热障涂层表面无孔洞和裂纹等缺陷，高温氧化后该涂层主要包括Mg₂Zr₅O₁₂和（Fe，Mg）（Cr，Fe）₂O₄两种晶相；由于Al₂O₃的阻氧作用，NiCrAlY/Al₂O₃/ZrO₂涂层具有最佳的抗高温氧化性能；NiCrAlY/ZrO₂涂层层间材料的热膨胀系数呈梯度变化，表现出最佳的抗热震性能。
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  稀土元素镧对汽车轮毂用A356铝合金显微组织与力学性能的影响

  徐衡

  机械工程材料. 2017, 41(11): 68-72. https://doi.org/10.11973/jxgccl201711013

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  采用光学显微镜、扫描电镜、拉伸试验机等设备，研究了稀土元素镧对汽车轮毂用A356铝合金显微组织与力学性能的影响。结果表明：添加稀土元素镧后，A356铝合金中初生相α-Al得到显著细化，共晶硅形貌由粗大的针状或板条状变为细小的纤维状，共晶硅的平均面积和长径比分别从126 μm²和18.2减小至7.8 μm²和1.8；添加稀土元素镧后，铝合金中生成了AlSiLa金属间化合物；随着稀土元素镧含量的增加，铝合金的抗拉强度和伸长率均呈先升高后降低的趋势，当稀土元素镧质量分数为0.6%时，抗拉强度和伸长率均达到最大值，分别为215 MPa和5.4%。
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  摩擦压力对2A12铝合金摩擦焊接头力学性能的影响

  杨峰, 张德坤, 石端虎, 夏晓雷, 陆兴华

  机械工程材料. 2017, 41(11): 73-76,81. https://doi.org/10.11973/jxgccl201711014

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  在不同摩擦压力下对2A12铝合金进行摩擦焊，采用光学显微镜和电子背散射衍射技术对接头的显微组织进行了分析，并探讨了摩擦压力对接头力学性能的影响。结果表明：焊合区发生了动态再结晶行为，晶粒明显细化，且以大角度晶界为主；接头的抗拉强度随着摩擦压力的增加而先增后降，当摩擦压力为60 MPa时，接头的抗拉强度达到最大（412 MPa）；摩擦焊接头显微硬度在不同摩擦压力下均呈“W”型对称分布，热影响区因强化相S'的转变和粗化而出现软化现象。
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  6061铝合金/Q235镀锌钢冷金属过渡熔钎焊接头的显微组织及拉伸性能

  王妍, 杨尚磊, 邹玉国, 姜亦帅, 杨智华

  机械工程材料. 2017, 41(11): 77-81. https://doi.org/10.11973/jxgccl201711015

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  采用冷金属过渡（CMT）熔钎焊工艺对6061铝合金和Q235镀锌钢异种材料进行了对接焊，并对焊接接头的显微组织和拉伸性能进行了研究。结果表明：焊接接头表面成形质量良好；焊接接头由熔化区、热影响区和界面层等3部分构成；熔化区组织由α-Al固溶体和铝硅共晶组织组成，热影响区组织较母材的发生了粗化，界面层形成了金属间化合物（IMCs），界面层厚度约为8 μm，且界面层向熔化区单向生长；6061铝合金母材侧的焊接热影响区的硬度最低（42 HV），界面层的硬度最高（365 HV）；对接接头的抗拉强度为161 MPa，约为6061铝合金的0.69倍，抗拉强度明显高于搭接接头的。
物理模拟与数值模拟
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  压路机压轮焊接变形和残余应力的有限元模拟

  房元斌, 王勇, 王灿, 陆永能

  机械工程材料. 2017, 41(11): 82-85,90. https://doi.org/10.11973/jxgccl201711016

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  基于热弹塑性理论，借助有限元分析方法，建立了压路机压轮的有限元模型，模拟了压轮焊后的变形和残余应力分布；采用盲孔法测试了压轮的残余应力，并与模拟结果进行了对比。结果表明：两封口板发生焊后变形呈外凸状，最大变形量为5.732 mm；压轮焊后起收弧位置和焊缝位置的残余应力大，应力峰值为416.40 MPa；随着距卷圆板自由边距离的增大，卷圆板直焊缝中心位置的残余应力先增大后减小再增大，残余应力测试值与模拟值较吻合，证明了模拟结果的准确性。
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  低碳钢高温变形行为及其本构方程的建立

  王蕾, 顾立志

  机械工程材料. 2017, 41(11): 86-90. https://doi.org/10.11973/jxgccl201711017

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  采用热模拟试验机研究了QD08低碳钢在变形温度1 000～1 200℃和应变速率0.1～10 s^-1条件下的高温变形行为，得到了该钢的高温真应力-真应变曲线，分析了该钢在高温变形过程中的动态再结晶行为，并基于双曲正弦形式的Arrhenius方程建立了该钢的热变形本构方程。结果表明：在高温变形过程中，QD08低碳钢的峰值应力随变形温度的降低或应变速率的增大而增加；通过本构方程计算得到峰值应力的预测值与试验值相吻合，可以较好地描述QD08低碳钢的高温变形行为。
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  低碳高铌X100管线钢的静态软化行为

  夏佃秀, 牛延龙, 杜恒科

  机械工程材料. 2017, 41(11): 91-95,101. https://doi.org/10.11973/jxgccl201711018

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  通过热模拟试验机对低碳高铌X100管线钢进行双道次热压缩试验，研究了其静态软化行为，建立了该管线钢静态再结晶动力学模型。结果表明：该管线钢的静态软化行为受道次间隔时间和变形温度的影响较大；随着变形温度的升高和道次间隔时间的延长，试验钢的静态软化率增大；当变形温度低于950℃时，试验钢不会发生静态再结晶行为，而当变形温度高于1 000℃时，试验钢可以实现完全静态再结晶；通过建立的模型计算得到该钢的静态再结晶激活能为325 kJ·mol^-1，与采用化学成分经验公式法求得的结果相吻合。
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  基于最大二阶主应变和Savitzky-Golay平滑原理对热轧酸洗板成形极限的数值模拟

  陈延星, 陈建钧, 袁伟杰

  机械工程材料. 2017, 41(11): 96-101. https://doi.org/10.11973/jxgccl201711019

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  通过ABAQUS有限元软件对热轧酸洗板的半球形凸模胀形试验进行数值模拟，分析了热轧酸洗板在成形过程中发生全局颈缩的位置，采用Savitzky-Golay平滑原理对主应变一阶、二阶导数进行拟合得到二阶主应变随时间的变化曲线，基于最大二阶主应变准则预测了热轧酸洗板的成形应变极限，并与试验结果进行对比。结果表明：基于有限元模拟和数据拟合得到的成形极限略低于试验测试值，主应变的最大误差为2.2%，模拟结果与试验结果吻合较好，此数值模拟方法可用于热轧酸洗板的成形极限预测。
失效分析
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  20Cr32NiNb钢热壁集气管的失效分析

  倪莹莹, 唐建群, 郭晓峰, 巩建鸣

  机械工程材料. 2017, 41(11): 102-105,110. https://doi.org/10.11973/jxgccl201711020

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  某厂CO转化炉热壁集气管在服役2 a后发生早期开裂，通过断口宏观观察、扫描电镜观察、化学成分分析、力学性能测试等对开裂集气管进行了失效分析。结果表明：集气管的失效形式为蠕变开裂；由于集气管长期在高温下服役，大量蠕变孔洞在晶界处萌生，并在高温和应力作用下不断长大，相邻蠕变孔洞间相互连接或融合，形成裂纹，在应力作用下，裂纹沿晶界不断扩展并最终导致集气管的开裂。
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  Inconel 800合金波纹管开裂的原因

  潘恒沛, 夏申琳, 杨晓

  机械工程材料. 2017, 41(11): 106-110. https://doi.org/10.11973/jxgccl201711021

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  某石化公司的Inconel 800合金波纹管在临时停工后产生裂纹，通过化学成分分析、宏观和微观形貌观察、扫描电镜及能谱分析、透射电镜观察等方法对裂纹产生的原因进行了分析。结果表明：由于波纹管在使用过程中发生敏化现象，且停工期间处于连多硫酸介质中，从而发生了晶间腐蚀，所产生的微裂纹为裂纹源；在应力作用下，微裂纹扩展并导致应力腐蚀裂纹的形成。