2017年, 第41卷, 第3期　
刊出日期：2017-03-20

  

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  机械工程材料. 2017, 41(3): 0-0.

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综述
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  Al₂O₃/Cu复合材料的研究进展

  曾昭锋

  机械工程材料. 2017, 41(3): 1-6. https://doi.org/10.11973/jxgccl201703001

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  简述了Al₂O₃/Cu复合材料常用的制备方法及各自的优缺点，从Al₂O₃颗粒的含量、尺寸、形貌及表面活性、基体金属和后续处理加工等方面分析了影响复合材料性能的因素；最后提出了Al₂O₃/Cu复合材料今后的研究发展方向。
试验研究
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  15Ni3CrMoV与10Ni5CrMoV异种钢对接接头的显微组织及力学性能

  宋威, 魏博, 肖红军, 刘政, 江卓俊

  机械工程材料. 2017, 41(3): 7-12. https://doi.org/10.11973/jxgccl201703002

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  采用脉冲TIG焊及手工电弧焊相结合对15Ni3CrMoV钢与10Ni5CrMoV钢进行双边开坡口的对接焊，对异种钢对接接头的显微组织、拉伸性能、冲击韧性和显微硬度等进行了研究。结果表明：异种钢对接接头焊缝区的组织呈典型的树枝晶特征，手工电弧焊对接接头的焊缝晶粒呈垂直生长的特点，而脉冲TIG焊对接接头的焊缝晶粒则呈水平生长的特点；对接接头室温拉伸断裂位置均在焊缝区，热影响区的硬度最大；脉冲TIG焊对接接头的抗拉强度和冲击韧性均高于手工电弧焊的。
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  11Cr3W3Co钢在不同温度下拉伸时的锯齿流变行为

  鲁家瑞, 朱鹏程, 沈寅忠

  机械工程材料. 2017, 41(3): 13-18. https://doi.org/10.11973/jxgccl201703003

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  在应变速率为5×10^-5~2×10^-4 s^-1范围内以及不同温度（25~700℃）下对标准热处理态11Cr3W3Co钢进行拉伸试验，分析了不同温度下出现的锯齿流变行为。结果表明：在285~325℃区间出现了正常PLC效应，锯齿形成激活能约为124 kJ·mol^-1，锯齿流变主要由固溶的置换原子铬与运动位错之间相互作用引起；在325~365℃区间出现了异常PLC效应，这一方面是因为随着拉伸温度升高，溶质原子的扩散能力增强，以至于原子气团不能稳定存在，导致动态应变时效作用减弱，另一方面是因为随温度升高，析出相开始成为溶质原子的湮没源，使得锯齿消失；在高温下，强度的急剧降低和塑性的急剧升高说明动态回复在塑性变形过程中起到主要的作用。
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  PH13-8Mo高强不锈钢在不同温度时效后的析出相及其对力学性能的影响

  张良, 雍岐龙, 梁剑雄, 王长军, 杨志勇

  机械工程材料. 2017, 41(3): 19-23,28. https://doi.org/10.11973/jxgccl201703004

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  将PH13-8Mo高强不锈钢先在925℃进行固溶处理，然后再分别于510，540，550，565，595℃下进行时效处理，研究了不同温度时效后试验钢中析出相的种类和含量，以及析出相对试验钢力学性能的影响。结果表明：在较低温度时效后，试验钢中的析出相以六方结构的M₂C为主，中温时效后的析出相为六方结构的M₂C、面心立方的M₂₃C₆和Ni₃Al以及体心立方结构的NiAl，高温时效后以体心立方的NiAl与面心立方的M₂₃C₆析出相为主；随着时效温度升高，析出相的含量逐渐增加，试验钢的抗拉强度与屈服强度逐渐降低，塑韧性不断提高；时效过程中析出的第二相粒子能起到阻碍位错运动的作用，从而提高试验钢的强度；试验钢在925℃固溶、540℃时效处理后可获得最佳的综合力学性能。
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  不同焊接热输入下AZ31镁合金TIG焊接接头的显微组织与力学性能

  廖慧敏, 何鸿雁, 杨阳, 曾明

  机械工程材料. 2017, 41(3): 24-28. https://doi.org/10.11973/jxgccl201703005

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  采用交流钨极氩弧焊在不同焊接热输入下对2 mm厚的热轧态AZ31镁合金薄板进行对接焊试验，采用显微镜、硬度仪及拉伸试验机等对焊接接头的显微组织与力学性能进行了研究。结果表明：焊接接头母材区的组织为单相α-Mg固溶体，热影响区和焊缝区的组织为α-Mg单相固溶体和弥散分布的β-Mg₁₇Al₁₂相；随着焊接热输入增大，焊缝区的晶粒变大，β-Mg₁₇Al₁₂相增多；焊缝区的显微硬度最高，母材区的次之，热影响区的最低；随着焊接热输入增大，焊接接头的抗拉强度先增大后减小，并在90 A时达到最大，为223 MPa，可达到母材的89.2%，此时的伸长率为10.0%；拉伸断裂位置主要出现在热影响区，断裂方式为准解理断裂。
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  不同应力比下沉淀硬化不锈钢的超高周疲劳断裂机制

  冯博, 李煜佳, 梅林波, 轩福贞

  机械工程材料. 2017, 41(3): 29-32,38. https://doi.org/10.11973/jxgccl201703006

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  在100℃含氧量小于1 mg·L^-1的饱和蒸汽环境中，对Custom 450沉淀硬化型不锈钢在三种应力比（-1，-0.6，0.1）下进行了轴向等幅力控制的超高周疲劳试验，观察了疲劳断口形貌并研究了其疲劳断裂机制。结果表明：试验钢的S-N曲线没有水平段，始终保持下降趋势，其疲劳极限消失；疲劳断口呈现从表面缺陷、内部夹杂物和内部结构不连续三个位置处形成裂纹源的起裂模式；随着应力比的提高，表面形成裂纹源的概率增大，内部形成裂纹源的概率降低。
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  长碳纤维表面连续镀铜工艺的优化

  陶大伟, 戴梦嘉, 曹玉杰, 王文芳, 刘家琴

  机械工程材料. 2017, 41(3): 33-38. https://doi.org/10.11973/jxgccl201703007

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  采用焦磷酸盐镀铜工艺，利用自制的电镀装置对聚丙烯腈基长碳纤维进行连续镀铜改性，研究了镀液成分、电流密度、镀液温度与镀液pH等对镀层质量的影响规律，在此基础上对连续镀铜工艺进行了优化，并制得了性能较好的长碳纤维镀铜复合丝。结果表明：选择P₂O₇^4-与Cu²⁺物质的量分数之比为7.0的镀液作为基础镀液，添加剂选择质量浓度为25 g·L^-1的柠檬酸铵，在电流密度为2.0~2.5 A·dm^-2、镀液温度约为40℃、镀液pH为8.2~8.8的电镀工艺条件下，制得的镀层完整，均匀致密，结合强度高，且长碳纤维镀铜复合丝的导电性能显著提高，解决了束状长碳纤维在连续镀铜工艺中易出现的"黑心"和"结块"问题。
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  AlN含量对AlN/Zr-Cu复合材料性能的影响

  徐金鹏, 张修庆, 徐金富, 浦海州, 顾良男, 薛玲华

  机械工程材料. 2017, 41(3): 39-42,48. https://doi.org/10.11973/jxgccl201703008

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  以纯铜粉、锆粉、AlN粉为原料，采用放电等离子烧结方法制备了AlN/Zr-Cu复合材料，研究了AlN含量（1%~20%，质量分数，下同）对该复合材料微观形貌、力学性能和摩擦磨损性能的影响，分析了其磨损机理。结果表明：细小的AlN颗粒在铜合金基体中呈弥散分布；当AlN含量为1%~15%时，复合材料较致密，当AlN含量增加到20%时，其组织疏松；随着AlN含量的增加，复合材料的显微硬度和抗压强度都呈现出先增大后减小的变化趋势，摩擦因数和磨损量均先减小后增大，磨损机理由黏着磨损向磨粒磨损、剥落磨损依次转变。
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  合金元素铬和铝对J55钢电化学腐蚀行为的影响

  温宁华, 雒设计, 王荣

  机械工程材料. 2017, 41(3): 43-48. https://doi.org/10.11973/jxgccl201703009

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  为了解铬、铝合金元素对J55钢电化学腐蚀行为的影响，采用电化学测试和浸泡试验研究了含铬和铝的J55钢在3.5% NaCl溶液中的电化学腐蚀行为。结果表明：加入1.49% Cr、1.47% Al和1.98% Cr、1.95% Al后，J55钢的开路电位（或自腐蚀电位）明显正移，腐蚀活性降低，极化电阻增大，自腐蚀电流密度减小，腐蚀速率大大降低；加入铝、铬元素后的J55钢在NaCl溶液中浸泡200 d后，其表面生成了富集铝和铬的具有保护性的腐蚀产物膜，提高了钢的耐腐蚀性能。
材料性能及应用
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  6061铝合金的动态拉伸性能及其本构模型

  刘军, 杨黎明, 谢书港, 吴昊, 张赛, 黄亚烽, 程国阳, 孟宪明

  机械工程材料. 2017, 41(3): 49-53. https://doi.org/10.11973/jxgccl201703010

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  在0.08，35，110，210，550 s^-1的应变速率下对6061铝合金进行单轴拉伸试验，对其动态拉伸性能进行研究，得到不同应变速率下的真应力-真应变曲线；基于Johnson-Cook本构模型，建立该铝合金的塑性变形本构模型，并对该模型进行了验证。结果表明：随着应变速率增加，6061铝合金的屈服强度增大，断后伸长率降低，但其断裂强度则未发生明显变化；建立的本构模型能够很好地描述6061铝合金在塑性变形过程中流变应力的变化。
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  热处理温度和冷速对DP980钢烘烤硬化性能的影响

  刘香茹, 周旭东, 李俊, 王健

  机械工程材料. 2017, 41(3): 54-57. https://doi.org/10.11973/jxgccl201703011

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  采用Gleeble-1500D型热力模拟试验机对DP980钢在不同温度（750，850，950℃）下保温2 min，然后以不同的冷速（10，20，50℃·s^-1）进行冷却，之后进行变形量为0.2%和2%的预应变，再进行170℃×20 min的烘烤硬化处理，研究了热处理温度和冷速对DP980钢烘烤硬化性能的影响。结果表明：DP980钢具有较高的烘烤硬化性能，烘烤硬化处理后，铁素体中析出很多尺寸为10~20 nm的析出相；当热处理温度为750℃和850℃时，烘烤硬化值随冷速的增加先减小后增大；当热处理温度为950℃时，烘烤硬化值随冷速增加而先增大后减小；在相同的冷速下，烘烤硬化值受热处理温度的影响很大，且冷速越大，影响也越大；当热处理温度为850℃、冷速为50℃·s^-1时，烘烤硬化值最高，此时的组织为细小的马氏体板条和铁素体。
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  碳纤维增强PTFE复合材料与不同铝合金配副的摩擦磨损性能

  金石磊, 李小慧, 单旸, 马超, 马峰领, 于广益

  机械工程材料. 2017, 41(3): 58-62. https://doi.org/10.11973/jxgccl201703012

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  将碳纤维增强聚四氟乙烯（PTFE）复合材料分别与4032铝合金和阳极氧化4032铝合金组成摩擦副，在干摩擦和油润滑条件下进行摩擦磨损试验，对摩擦因数、磨痕宽度及磨损形貌进行了研究。结果表明：在干摩擦条件下，复合材料与铝合金配副时，产生了严重的磨粒磨损，复合材料的磨痕宽度较大；复合材料与阳极氧化铝合金配副时，磨损机理主要为黏着磨损，并伴随着轻微的磨粒磨损，复合材料的耐磨性能有所改善；在油润滑条件下，随着碳纤维含量增加，复合材料在与铝合金和阳极氧化铝合金配副时的磨痕宽度均下降，磨损过程未出现磨粒磨损。
物理模拟与数值模拟
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  热压缩参数对M50NiL轴承钢动态再结晶行为的影响

  丁开勇, 李雷, 冀国良, 李强

  机械工程材料. 2017, 41(3): 63-66,72. https://doi.org/10.11973/jxgccl201703013

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  通过热压缩模拟试验研究了变形温度、变形量和应变速率对M50NiL轴承钢动态再结晶行为的影响。结果表明：变形温度低于900℃时，不会发生动态再结晶；温度升高到1 000℃时，再结晶进行得不充分，形成了混晶组织；当温度达到1 100℃时，动态再结晶完成充分，得到了细小均匀的等轴晶；温度升高到1 200℃时，晶粒有粗化的倾向；在变形温度为1 100℃和应变速率为10 s^-1的条件下，随着变形量增加，动态再结晶形核率逐渐提高，当变形量增大到60%时，动态再结晶完成充分；在变形温度为1 100℃和变形量为60%的条件下，随着应变速率增大，动态再结晶形核率提高，当应变速率为20 s^-1时，动态再结晶全部完成，得到细小、均匀分布的等轴晶。
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  Q235钢薄板单点增量成形延性破损的有限元模拟

  张成兴, 李言, 杨明顺, 姚梓萌, 张敬冲

  机械工程材料. 2017, 41(3): 67-72. https://doi.org/10.11973/jxgccl201703014

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  将损伤力学中的破损应变、三轴应力和应变比等参数作为Q235钢薄板出现延性破损的标准，以成形圆锥台件为例，运用ABAQUS有限元软件对Q235钢薄板单点增量成形的延性破损进行了有限元模拟，并进行了相关的试验验证。结果表明：在Q235钢薄板的成形区域上，板料的厚度分布不均匀；圆锥台件底部和顶部的厚度变化率呈对称分布，中部的厚度最薄，是最易出现延性破损的区域；模拟结果能较准确地预测出Q235钢薄板发生延性破损的位置，试验结果证明了所建有限元模型的正确性。
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  镁合金铸轧板坯中心线偏析的形成与抑制

  翁文凭, 屈天鹏, 盛敏奇, 许继芳, 周巍, 王璟

  机械工程材料. 2017, 41(3): 73-78. https://doi.org/10.11973/jxgccl201703015

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  采用光学显微镜、扫描电镜等分析了镁合金铸轧板坯中心线偏析区域的显微组织与微区成分；用有限差分法模拟了镁合金铸轧过程中的凝固传热与流动过程；在此基础上分析了镁合金铸轧板坯中心线偏析的形成原因与抑制方法。结果表明：中心线偏析区域的铝、锌溶质元素富集，锰元素在该区域内贫化，该区域的显微组织由细小均匀的等轴晶组成；在铸轧过程中，镁合金熔体在轧辊表面形核，并沿传热方向形成发达的柱状晶，凝固界面发生溶质再分配，溶质在凝固前沿特别是在全凝固点富集，在后续轧制变形过程中形成中心线偏析；铸轧速度显著影响铸轧凝固传热与流动过程，调整铸轧速度将全凝固点位置控制在合理位置时，可利用供液端过热镁合金熔体引起的强迫流动，改善镁合金铸轧凝固过程中的溶质扩散条件，从而抑制中心线偏析的形成。
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  碳锰钢等温退火热处理后拉伸性能数学模型的建立

  周旭东, 刘香茹, 李俊, 王健

  机械工程材料. 2017, 41(3): 79-83. https://doi.org/10.11973/jxgccl201703016

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  采用热力模拟试验机对碳质量分数为0.159 1%的碳锰钢冷轧板进行了不同温度和时间的等温退火热处理，对热处理后的拉伸性能进行了测试，依据加权方法建立了分段拉伸性能数学模型，并进行了验证。结果表明：试验钢的屈服强度随等温温度的升高及保温时间的延长而降低，抗拉强度总体上随等温温度升高和保温时间而降低，但变化规律较复杂；伸长率的变化趋势与强度的变化趋势相反；建立的数学模型具有较好的精度，计算得到的屈服强度、抗拉强度和伸长率与试验值的相对误差分别为3.93%，3.21%和19.91%。
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  基于有限元法的7050铝合金厚板淬火硬度模拟

  叶升平, 陈康华, 陈送义, 祝昌军, 娄瑾

  机械工程材料. 2017, 41(3): 84-88. https://doi.org/10.11973/jxgccl201703017

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  将基于铝合金析出动力学的淬火因子分析（QFA）方法与有限元分析方法相结合，先计算了7050铝合金厚板喷淋淬火过程的淬火敏感因子，然后对末端淬火试样的硬度进行了有限元模拟，分析了板厚和喷水压力对淬火硬度的影响，最后用末端淬火试验对模拟结果进行了验证。结果表明：喷水压力的下降会造成淬火后合金板硬度的下降，板的厚度越大，喷水压力的影响程度越弱；对于厚度较薄（50 mm）的板材，淬透效果与喷水压力密切相关，喷水压力从500 kPa降低至10 kPa时，其心部硬度会下降1.8%；喷水压力对厚度超过100 mm的板材淬透效果的影响有限，喷水压力从500 kPa降低至10 kPa时，心部硬度的下降小于0.5%。
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  低成本超高强钛合金的热变形行为与锻造工艺的确定

  王同波, 李伯龙, 袁杰

  机械工程材料. 2017, 41(3): 89-92,97. https://doi.org/10.11973/jxgccl201703018

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  通过使用廉价合金元素铁、碳替代昂贵的钒元素制备了低成本超高强钛合金Ti-xFe-3Al（x=7，10，12），利用Gleeble-3500型热模拟试验机研究该合金的热变形行为，在此基础上确定了该合金的锻造工艺。结果表明：Ti-xFe-3Al合金在850℃、10 s^-1应变速率下变形时，应力-应变曲线的平台阶段较为平稳，且流变应力在400 MPa以下，符合实际锻造生产条件；Ti-xFe-3Al合金较佳的精锻温度为（850±20）℃；锻态合金中无剪切组织，且抗拉强度高于1 200 MPa。
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  厚壁316LN不锈钢管焊接接头中残余应力的有限元模拟

  杨秦政, 李晓延, 张亮

  机械工程材料. 2017, 41(3): 93-97. https://doi.org/10.11973/jxgccl201703019

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  采用有限元模拟的方法，对厚壁316LN不锈钢管焊接接头中的焊接残余应力进行研究，分析了焊道合并对模拟结果的影响，并采用X射线应力测试对模拟结果进行了验证。结果表明：在考虑钢管初始应力的条件下，模拟结果与实测结果吻合；轴向残余拉应力主要出现与盖面焊道毗邻的钢管外壁以及最后一道盖面焊道下方，其中钢管焊接在工装上、受工装拘束较大的管道一侧，拉应力数值和范围都较大；焊道合并简化对残余压应力的分布和数值影响较大，对主要分布在盖面焊道附近的残余拉应力的影响较小；选择合适的简化模型可以在保证较高计算准确度的同时缩短计算耗时，可用于大型焊接结构残余应力场的模拟。
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  新型CHDG-A06奥氏体不锈钢的热变形行为

  程晓农, 朱晶晶, 罗锐, 郑琦, 韩秉霖

  机械工程材料. 2017, 41(3): 98-102. https://doi.org/10.11973/jxgccl201703020

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  采用Gleeble-3500型热力模拟试验机对新型CHDG-A06奥氏体不锈钢进行单道次压缩试验，研究了其在变形温度为950~1 100℃、应变速率为0.01~1 s^-1条件下的热变形行为，并对变形后的显微组织进行了观察；根据试验钢的应力-应变曲线，通过线性回归建立了它的高温热变形本构模型。结果表明：在热变形过程中，变形温度和应变速率对流变应力的影响显著，流变应力随着变形温度的升高或应变速率的降低而降低；动态再结晶易发生在较低应变速率（≤0.1 s^-1）或较高变形温度（≥1 050℃）下；利用峰值应力求得该钢的双曲线正弦本构方程，并得到其热变形激活能为453.674 4 kJ·mol^-1。
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  带肋板齿轮坯闭式热精锻成形工艺的数值模拟改进

  徐君燕, 卜建荣, 朱楠

  机械工程材料. 2017, 41(3): 103-106. https://doi.org/10.11973/jxgccl201703021

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  针对某带肋板齿轮坯在原闭式热精锻成形工艺方案下充填不饱满的问题，借助Deform-3D软件模拟锻造成形过程中的金属流动情况，得出成形锻件在原工艺方案下不能充满的原因，在此基础上进行了工艺改进，并进行了试验验证。结果表明：原工艺因变形量过大，打击能量消耗过快，导致成形后期打击力不足，金属不能充满模具型腔；提出了增加预锻工序的改进闭式热精锻成形工艺，数值模拟结果显示改进工艺下的锻件充填饱满，未见锻造缺陷；试验结果与数值模拟结果吻合度较高。
失效分析
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  高速双螺杆挤出机螺杆轴断裂失效分析

  马小明, 周阳

  机械工程材料. 2017, 41(3): 107-111. https://doi.org/10.11973/jxgccl201703022

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  某双螺杆挤出机的螺杆在运行过程中发生早期断裂，通过断口的宏观观察和扫描电镜观察、化学成分分析、显微组织观察、力学性能测试和有限元模拟，找出了螺杆轴断裂失效的原因。结果表明：螺杆轴发生了扭转疲劳断裂，裂纹起源于齿根，且有多个疲劳源；芯轴的花键齿根部是螺杆轴应力集中的部位；热处理工艺欠佳导致材料内部微孔聚集、组织不均匀，这些因素最终致使螺杆轴发生早期疲劳断裂。
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  高压输电用耐张线夹失效的原因

  王若民, 詹马骥, 季坤, 严波, 王夫成, 杜晓东

  机械工程材料. 2017, 41(3): 112-116. https://doi.org/10.11973/jxgccl201703023

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  通过对高压输电用耐张线夹及夹持导线的宏观形貌、化学成分、腐蚀产物进行分析，探讨了该线夹腐蚀失效的原因。结果表明：该线夹在压接时即存在铝线断股现象，服役过程中使酸性雨水更易进入到压接管内部，对线夹与钢芯铝绞线结合面进行腐蚀生成腐蚀产物，导致耐张线夹电阻增大；随着腐蚀的进行，线夹电阻不断增大，其温度也随之升高；当温度超过临界温度时，热平衡状态被打破，最终线夹过热，导致高温烧损失效；应加强线夹压接管位置的红外测温监控，及时更换温度明显异常的压接管。