2017年, 第41卷, 第4期 
刊出日期:2017-04-20
  

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  • 机械工程材料. 2017, 41(4): 0-0.
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  • 试验研究
  • 李波, 王一平, 杨颖, 陈静
    机械工程材料. 2017, 41(4): 1-5. https://doi.org/10.11973/jxgccl201704001
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    采用固相反应烧结工艺制备了(1-x)(0.94Bi0.5Na0.5TiO3-0.06BaTiO3)-xBiFeO3 (BNBT6-xBF,0.02≤x≤0.10,x为物质的量分数)无铅压电陶瓷,研究了BiFeO3掺杂量(即x)对陶瓷晶体结构,介电、铁电和场致应变性能的影响。结果表明:制备得到的BNBT6-xBF陶瓷均为纯钙钛矿结构;当x<0.08时,陶瓷晶体结构仍然处于准同型相界,当x=0.09时,陶瓷晶体结构开始向伪立方相转变;掺杂BiFeO3有利于提高陶瓷的介电常数;随着BiFeO3掺杂量的增加,陶瓷从铁电相向弛豫铁电相转变,铁电性能不断被削弱;陶瓷的场致应变先增大后减小,在x=0.09时达到最大,为0.28%,其等效压电常数为440 pm·V-1
  • 司家勇, 陈龙, 廖晓航, 刘娜, 钟利萍
    机械工程材料. 2017, 41(4): 6-10. https://doi.org/10.11973/jxgccl201704002
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    对DP处理后的GH4169合金在变形温度900~1 060 ℃、应变速率0.001~0.500 s-1下进行了热压缩变形试验,研究了变形温度、应变速率和应变量对合金显微组织、δ相形貌以及δ相演变的影响,分析了组织演变机制。结果表明:DP处理后合金的显微组织中分布有大量片层状/长针状δ相,在高温压缩变形过程中变形断裂和溶解断裂的综合作用下,随应变量的增加,δ相发生弯曲、扭折直至球化;随着变形温度的升高或应变速率的降低,δ相含量逐渐减少,合金动态再结晶晶粒尺寸和动态再结晶体积分数逐渐增大。
  • 陈奎, 张天云, 钟约夫, 胡学文
    机械工程材料. 2017, 41(4): 11-14. https://doi.org/10.11973/jxgccl201704003
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    针对综合评价选材中评价指标的权重难以合理确定这一问题,在分析现有组合赋权法的原理与不足的基础上,提出了基于权重置信度的组合赋权法;以低温存储罐材料的选择为例,运用此组合赋权法对分别由层次分析法、修正熵权法和BP神经网络法得到的8个评价指标的主观权重、客观权重和智能权重进行组合,并以所得组合权重,采用改进的理想解法对10种候选材料进行综合评价。结果表明:此法得到全硬态301型不锈钢是最佳的低温存储罐材料,与实际应用一致;说明采用基于权重置信度的组合赋权法来确定工程材料评价指标的权重是合理可行的。
  • 熊谛, 王立强, 徐小严, 吕玉廷, 吕维洁
    机械工程材料. 2017, 41(4): 15-19. https://doi.org/10.11973/jxgccl201704004
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    采用0.15,0.20,0.25 mm的喷丸强度对铸态镍铝青铜进行了表面喷丸强化处理,对比分析了喷丸前后镍铝青铜表层的残余应力、显微硬度、微观形貌及表面粗糙度,并计算了表层的亚晶尺寸和显微畸变。结果表明:随着喷丸强度的提高,镍铝青铜表面的残余压应力和加工硬化程度都逐渐增大;但喷丸强度过大时,表面粗糙度明显增大并伴随有显微裂纹产生,从而导致表层应力释放,使得残余压应力增大幅度下降,减弱了强化效果。
  • 周清泉, 帅歌旺, 刘泽民
    机械工程材料. 2017, 41(4): 20-23. https://doi.org/10.11973/jxgccl201704005
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    通过电阻点焊对1.5mm厚GH163镍基高温合金进行焊接,研究了焊接电流、电极压力、焊接时间对接头显微组织、显微硬度和拉剪力的影响,得到了较佳的焊接参数。结果表明:接头熔核区均匀分布着细小的枝状柱状晶,其生长方向垂直于熔核弧线,与熔核的散热方向一致,晶粒随着电流的增大而变细;接头显微硬度随着距熔核中心距离的减小而增大,随着焊接电流的增大整体呈现增大趋势;接头的拉剪力随焊接电流的增大呈先增大后减小再增大的变化趋势,随着焊接时间的延长而逐渐增大,随着电极压力的增大而下降;当电极压力为11.0kN、焊接电流为7.1kA、焊接时间为0.50s时,接头的综合性能最佳,熔核直径达到7.14mm,室温和高温拉剪力分别为15.34,13.13kN, 拉伸断裂方式为母材撕裂。
  • 赵艳君, 孟庆雪, 马本莉, 曾建民, 蒋长标
    机械工程材料. 2017, 41(4): 24-28. https://doi.org/10.11973/jxgccl201704006
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    以新开发的高强高韧20SiMn3NiA低合金马氏体钢为研究对象,用热模拟试验机对其在900~1000℃进行了双道次压缩,应变速率为1.0s-1,道次间隔时间为1~100s,研究了其静态软化行为。结果表明:当变形温度为900℃时,随着道次间隔时间的延长,试验钢在第二道次变形时的真应力-真应变曲线由动态再结晶型(软化趋势大于硬化趋势)变为静态再结晶型(硬化趋势大于软化趋势),静态再结晶率由道次间隔时间为1s时的6.48%增至稳定值85%;当变形温度为1000℃时,其第二道次变形时的真应力-真应变曲线均为静态再结晶型,静态再结晶率由道次间隔时间为1s时的84.48%增至100s时的96%;试验钢的静态再结晶激活能为448kJ·mol-1
  • 周秋月, 吴晓东, 梁钰, 谢坚锋, 吴顺, 邹磊
    机械工程材料. 2017, 41(4): 29-32,57. https://doi.org/10.11973/jxgccl201704007
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    采用热模拟试验机对60Si2CrVAT高强度弹簧钢在不同温度(900,950,1050,1150℃) 和应变速率下(0.1,1,5,10s-1)进行热压缩变形,研究了变形温度和应变速率对该钢热变形行为的影响规律;在此基础上,根据Arrhenius双曲正弦方程,建立了该钢的热压缩变形本构方程。结果表明:该钢的流变应力随着变形速率的增大而增大,随变形温度的升高而减小,动态再结晶在高变形温度和低应变速率下更容易发生;真应变为0.2时的变形激活能为372kJ·mol-1,流变应力的计算值与试验值之间的平均相对误差为4.89%,吻合得较好。
  • 江卓俊, 李敬勇, 齐彦昌, 崔冰, 马成勇
    机械工程材料. 2017, 41(4): 33-38,43. https://doi.org/10.11973/jxgccl201704008
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    分别采用镍-铬-钼系和镍-钼系焊丝,在相同热输入条件下对一种新型超高强度钢进行了熔化极活性气体保护电弧焊(MAG焊),对比研究了两种接头的显微组织及力学性能;通过斜Y型坡口焊接裂纹试验评定了两种焊丝焊接接头的抗裂倾向。结果表明:镍-铬-钼系焊丝焊接接头焊缝组织主要为粗大的板条马氏体和少量贝氏体,镍-钼系焊丝焊接接头焊缝组织为细小的针状铁素体及少量的块状先共析铁素体;两种焊丝MAG焊都可以实现此钢的高强度连接,且镍-钼系焊丝焊接接头的韧性明显优于镍-铬-钼系焊丝焊接的,但焊接接头都在回火区出现了软化现象;镍-钼系焊丝焊接接头的抗开裂性能优于镍-铬-钼系焊丝的,两种焊丝斜Y型坡口焊接试样的冷裂纹断裂模式均以沿晶断裂为主,穿晶断裂为辅。
  • 孙端君, 梁春园, 尚金龙, 宋亚茹, 尹继辉, 张修海
    机械工程材料. 2017, 41(4): 39-43. https://doi.org/10.11973/jxgccl201704009
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    通过粉末冶金方法制备了Ni-20Cr-5Al和Ni-20Cr-5Al-0.2Y2O3(质量分数/%,下同)合金,将Ni-20Cr-5Al-0.2Y2O3合金在不同温度(500~1100℃)进行预氧化处理,然后将未预氧化及预氧化合金在1150℃下循环氧化15h,研究了Y2O3的添加和不同预氧化温度对合金抗高温循环氧化性能的影响。结果表明:添加0.2%Y2O3后提高了Ni-20Cr-5Al合金的抗高温循环氧化性能;预氧化可以有效提高Ni-20Cr-5Al-0.2Y2O3合金的抗高温循环氧化性能,其中预氧化温度为700℃的合金有最优的抗高温循环氧化性能,其原因是经过预氧化处理的合金表面形成了致密的保护性氧化膜,阻止了氧化的进一步进行。
  • 范舟, 伏进文, 刘建仪, 胡晓刚, 李佳莲
    机械工程材料. 2017, 41(4): 44-48. https://doi.org/10.11973/jxgccl201704010
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    用高温熔炼方法制备含稀土铈的特殊黄铜合金,并将该合金和C7701合金分别浸泡于模拟油气田产出水中对产出水进行处理,之后采用EDTA络合滴定方法和失重法分别测定产出水中Ca2+的浓度;然后将N80钢片分别浸泡于经两种合金处理前后的模拟油气田产出水中,72h后计算N80钢片表面的结垢率,并分别观察和分析水垢的形貌和物相;结合金属阳离子及原电池作用对N80钢片表面水垢的影响,研究了特殊黄铜合金的防垢效果。结果表明:特殊黄铜合金在模拟油气田产生水中能够析出更多的Zn2+,阻碍CaCO3晶体形核;在经特殊黄铜合金处理过的模拟油气田产出水溶液中浸泡72h后,N80钢片表面的结垢率下降了20%;特殊黄铜合金能够将更多的方解石型CaCO3转变为文石型CaCO3,故其比C7701合金具有更好的防垢效果。
  • 新材料 新工艺
  • 吴海华, 吴朝, 吕佳炜, 王道, 柳宁
    机械工程材料. 2017, 41(4): 49-53. https://doi.org/10.11973/jxgccl201704011
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    分别以两种粒径(20,125μm)的聚乳酸为基体材料,石墨烯为增强材料,利用球磨法制备了石墨烯/聚乳酸复合粉,再在150℃下压制成两种石墨烯/聚乳酸复合材料,研究了其弯曲性能和导电性能。结果表明:在机械咬合与静电吸附共同作用下,石墨烯包覆在聚乳酸微粒表面形成复合微粒;随石墨烯含量的增加,两种聚乳酸复合材料的抗弯强度均先增大后降低,电导率则先快速增大后趋于平缓,且聚乳酸粒径较小时的复合材料性能更佳,但过多石墨烯又会使复合材料表面出现裂纹、破碎等缺陷;随着成型压力的增大,复合材料的电导率小幅度增加,但抗弯强度变化不明显。
  • 海参威, 李文戈, 尧巍华, 张可敏
    机械工程材料. 2017, 41(4): 54-57. https://doi.org/10.11973/jxgccl201704012
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    以硝酸锶、钛酸四丁酯和氢氧化钾为原料,采用水热法制备了SPAN80表面活性剂改性纳米SrTiO3粉体,利用X射线衍射仪、透射电镜、能谱仪、激光粒度仪等分析了粉体的物相组成、形貌和粒径。结果表明:经10%(体积分数)SPAN80表面活性剂改性后,SrTiO3粉体颗粒呈球形,平均粒径小于未改性粉体的,且粒度分布较窄;表面活性剂对粉体的物相组成无影响;当SPAN80表面活性剂的体积分数大于10%时,SrTiO3粉体的粒径又呈增大的变化趋势。
  • 材料性能及应用
  • 熊维舟, 何建军, 张炜, 任延杰
    机械工程材料. 2017, 41(4): 58-63. https://doi.org/10.11973/jxgccl201704013
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    采用腐蚀动力学分析法,研究了12Cr1MoV低合金钢在高温(600,700℃)70%NaCl-30%KCl、50%NaCl-50%KCl、30%NaCl-70%KCl(质量分数)混合盐中的热腐蚀行为,观察了表面及截面腐蚀形貌,分析了腐蚀产物成分并研究了其腐蚀机制。结果表明:12Cr1MoV钢在高温混合盐中会发生严重的表面与内部腐蚀,其内部产生的氯气是导致裂纹与孔洞等缺陷萌生和扩展的主要原因;随混合盐中KCl含量的增多和温度的升高,试样的腐蚀速率明显增大;较高含量的KCl使钢内部由沿晶腐蚀转变为整体性侵蚀。
  • 程剑兵, 庞思勤, 王西彬, 于启勋, 魏崇斌
    机械工程材料. 2017, 41(4): 64-68. https://doi.org/10.11973/jxgccl201704014
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    采用未预处理和经1300℃保温1h预处理的WC-10Co复合粉,通过低压烧结制备了WC-10Co超细晶硬质合金并制成刀具,并用该刀具对GH2132高温合金进行连续切削试验,研究了预处理对该刀具显微组织和使用寿命的影响,分析了其磨损机制。结果表明:预处理复合粉制得刀具的平均晶粒尺寸略大于未经预处理的,但使用寿命高于未经预处理的;随着切削速度的提高,两种刀具的使用寿命均下降,但复合粉预处理刀具的寿命下降幅度较小;黏接撕裂和剥落是两种刀具的主要磨损机制,预处理复合粉刀具中WC晶粒的大小和黏结相钴的分布较均匀,其抗磨损能力高于未经预处理的。
  • 王鹏, 李静媛, 卢成壮, 赫荣辉, 李毅
    机械工程材料. 2017, 41(4): 69-73,79. https://doi.org/10.11973/jxgccl201704015
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    采用0Cr18Ni9、10Cr12Mn16Ni和10Cr21Mn16Ni三种不锈钢丝制备了实心圆饼形金属橡胶,在质量分数为3.5%NaCl溶液中进行了336 h周浸腐蚀试验,研究了其耐腐蚀性能及腐蚀前后的静态压缩性能和阻尼性能。结果表明:10Cr21Mn16Ni不锈钢丝制金属橡胶的耐盐雾腐蚀性能最好,0Cr18Ni9不锈钢丝的次之,而10Cr12Mn16Ni不锈钢丝的最差;与腐蚀前相比,腐蚀后三种金属橡胶的静态压缩刚度均有所增加,阻尼损耗因子基本不变或下降,其中10Cr21Mn16Ni不锈钢丝制金属橡胶的静态压缩刚度增大幅度最小,仅4.5%,损耗因子基本不变,而10Cr12Mn16Ni不锈钢丝制金属橡胶的静态刚度增大幅度最大,达150.0%,阻尼损耗因子下降31.0%。
  • 陈国宏, 季坤, 严波, 詹马骥, 王若民, 张涛, 杜晓东
    机械工程材料. 2017, 41(4): 74-79. https://doi.org/10.11973/jxgccl201704016
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    将JY-120/20型压接管和LGJ-120/20型钢芯铝绞线压制成耐张线夹,采用电化学法以及干湿交替周浸法研究了该线夹在不同pH和温度的5%(质量分数)NaCl溶液中的腐蚀行为,测试了电阻并观察了腐蚀形貌,分析了腐蚀影响因素。结果表明:耐张线夹的电阻随腐蚀时间的延长总体呈增大趋势,但由于腐蚀过程中腐蚀产物的生成与脱落,在增大趋势中出现次级波动;腐蚀优先在压接管内部缺陷处发生,逐渐向无缺陷区域发展,并在腐蚀产物脱落的区域向深处发展;随着腐蚀溶液pH的降低或温度的升高,线夹的腐蚀速率增大。
  • 文国富, 王秀飞, 尹彩流, 蓝奇, 朱仁俊, 蒙洁丽, 李光丰
    机械工程材料. 2017, 41(4): 80-83,88. https://doi.org/10.11973/jxgccl201704017
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    选用碳酸钙晶须作为增强材料,采用半湿法密炼工艺和热压成型法制备了橡胶基摩擦材料,研究了碳酸钙晶须质量分数(0~25%)对摩擦材料硬度、密度、冲击强度、抗拉强度和摩擦磨损性能等的影响。结果表明:随着碳酸钙晶须添加量增加,摩擦材料的硬度、密度、抗拉强度、冲击强度和磨损量均呈下降的趋势;添加碳酸钙晶须的质量分数为15%时,摩擦材料的综合性能最好。
  • 郑振兴, 朱德智
    机械工程材料. 2017, 41(4): 84-88. https://doi.org/10.11973/jxgccl201704018
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    为研究铝基复合材料中新发现的以熔化为主要特征的相变带,采用分离式霍普金森压杆(SHPB)和光学显微镜(OM)、扫描电镜(SEM)等研究了不同应变速率(7×10-4~2×103s-1)下55%TiB2颗粒增强铝基复合材料中绝热剪切带的组织特征。结果表明:在(1~2)×103s-1的高应变速率下,在与加载方向呈45°的剪切面上存在熔融铝带或熔融铝球团聚区,即相变带;相变带的形成与绝热温升有关,在绝热温升的作用下基体合金于高温下熔化,急冷后形成了相变带;试验用铝基复合材料的绝热剪切失效主要受热软化效应的控制。
  • 安亚君, 武越, 马壮, 张博
    机械工程材料. 2017, 41(4): 89-93. https://doi.org/10.11973/jxgccl201704019
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    分别以硼铁和B4C作为供硼剂,添加适量的供氮剂、供硫剂以及填充剂,采用粉末包埋法在20CrMo渗碳钢表面制备了渗硼层和渗硼氮硫层,分析了两类渗层的物相组成、硬度和磨损性能。结果表明:渗硼层均由Fe2B、FeB、Fe3C相组成,渗硼氮硫层则由Fe2B、Fe3N、FeS、Fe3C相组成,未形成脆性FeB相;渗硼层和渗硼氮硫层的表面硬度、耐磨粒磨损和耐黏着磨损性能均高于渗碳钢的,且渗硼层的硬度和耐磨粒磨损性能高于渗硼氮硫层的,而耐黏着磨损性能低于渗硼氮硫层的;以硼铁为供硼剂制备的渗硼层的耐磨粒磨损性能优于以碳化硼为供硼剂的,而耐黏着磨损性能低于以碳化硼为供硼剂制备的。
  • 杨智华, 杨尚磊, 庹文海, 姜亦帅, 王妍, 张冬梅
    机械工程材料. 2017, 41(4): 94-97,102. https://doi.org/10.11973/jxgccl201704020
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    采用光纤激光器对1.5mm厚TRIP590钢板进行对接焊,观察了接头的宏观形貌和显微组织,测试了其硬度和拉伸性能,分析了焊接速度(0.050,0.067,0.083m·s-1)对焊缝成形、接头组织与力学性能的影响。结果表明:较低和较高的焊接速度均不利于焊缝成形,焊缝表面均有较大的凹陷,焊接速度对组织与性能影响不大;焊缝区和近焊缝热影响区组织主要为马氏体组织,该区硬度较高,约为母材的2倍;近母材侧热影响区组织主要为铁素体和马氏体组织,且距焊缝越远,马氏体组织越少,硬度也急剧下降;焊接接头的屈服强度和抗拉强度均稍高于母材的,塑性略低于母材的;接头均在母材区发生断裂,且为韧性断裂。
  • 陈灵, 何欢, 符跃春, 沈晓明, 吴忠艺, 曾建民
    机械工程材料. 2017, 41(4): 98-102. https://doi.org/10.11973/jxgccl201704021
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    对7A04铝合金进行了双级固溶+单级时效处理,采用正交试验研究了固溶温度和时间对该合金显微组织与力学性能的影响,得到了较优的双级固溶处理工艺。结果表明:优化的双级固溶处理工艺为450℃×30 min+505℃×60 min,采用该工艺固溶处理再经120℃×24h时效处理后,该铝合金的抗拉强度、屈服强度、伸长率和冲击功分别达到658.43MPa,593.07MPa,10.25%,9.681J;一级固溶是影响7A04铝合金力学性能的主要因素,而较高温度的二级固溶能使第二相、共晶夹杂物和金属间化合物大量溶入固溶体,并在随后的时效过程中以强化相的形式析出,进而改善合金的综合性能。
  • 俞进涛, 王占彬, 范金娟, 袁丽华
    机械工程材料. 2017, 41(4): 103-105,110. https://doi.org/10.11973/jxgccl201704022
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    通过对丁腈橡胶在110,130,150℃液压油中进行高温加速老化,研究了老化时间对该橡胶拉伸性能和硬度的影响,分析了其加速老化行为,并利用阿伦尼乌斯方程预测了其使用寿命。结果表明:在老化过程中,在吸油溶胀、交联和断链的综合作用下,丁腈橡胶的抗拉强度先保持不变然后降低,硬度先减小后增大,扯断伸长率呈指数下降趋势;根据扯断伸长率数据,使用阿伦尼乌斯方程预测得到丁腈橡胶在25℃液压油中的使用寿命为2836d,与实际寿命相当,预测较准确。
  • 付立铭, 陈善平, 张瑞娜, 安淼, 索忠源, 单爱党
    机械工程材料. 2017, 41(4): 106-110. https://doi.org/10.11973/jxgccl201704023
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    研究了碳含量(0.13%,0.25%,0.32%,质量分数)对Cr25系高铬铸钢显微组织、高温抗氧化性能及高温耐磨性的影响。结果表明:不同碳含量铸钢的显微组织均由铁素体和(Cr·Fe)23C6型碳化物组成,随着碳含量增加,碳化物由不连续长杆状转变成连续网状,且由完全沿晶析出逐步转成沿晶和晶内析出;在1200℃高温氧化初期,试验钢快速氧化,氧化40h后,因表面形成致密的铬氧化物保护层,氧化速率趋缓,进入稳定氧化阶段;随着碳含量增加,试验钢的高温抗氧化性降低,耐磨性增强,磨损机制由黏着磨损变为黏着及磨粒磨损共同作用机制。