2017年, 第41卷, 第6期　
刊出日期：2017-06-20

  

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  机械工程材料. 2017, 41(6): 0-0.

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试验研究
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  固溶和时效处理对挤压态6013铝合金显微组织及动态力学行为的影响

  叶拓, 李落星, 唐徐, 郝文静, 唐明, 李荣启

  机械工程材料. 2017, 41(6): 1-4. https://doi.org/10.11973/jxgccl201706001

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  采用维氏硬度计、透射电镜和分离式霍普金森压杆等研究了不同温度（505~555℃）固溶1 h和180℃时效不同时间（2~20 h）对挤压态6013铝合金显微组织和动态力学行为的影响。结果表明：随固溶温度升高，合金硬度和动态变形时的真应力均先增大后降低，经545℃固溶后，硬度和真应力均最大；随时效时间延长，合金的硬度与真应力也是先升后降；经8 h时效后，合金中针状析出相的数量最多且分布均匀，合金的硬度和真应力均最大，且在较高应变速率（5 000 s^-1）和较低应变速率（2 000 s^-1）变形至真应变为0.2时的真应力差值最大，表现出明显的应变速率敏感性。
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  焊丝药粉中镍铬质量比对双相不锈钢焊缝显微组织与力学性能的影响

  张敏, 张明, 芦晓康, 舒绍燕, 李继红

  机械工程材料. 2017, 41(6): 5-9. https://doi.org/10.11973/jxgccl201706002

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  在CaF₂-SiO₂-TiO₂-CaO系药粉中分别添加质量比为1：1，2：1，3：1的镍、铬元素，以2205不锈钢带为外皮材料制备了自保护药芯焊丝；利用该焊丝对2205双相不锈钢进行了电弧焊，研究了镍铬质量比对焊缝显微组织和力学性能的影响。结果表明：随着镍铬质量比的增大，焊缝中的奥氏体相增多、铁素体相减少，且奥氏体相的尺寸增大；未添加镍、铬元素时，焊缝的强度最高、塑性最差，冲击功最小，为72 J；随着镍铬质量比的增大，焊缝强度下降，塑性和冲击功增大；当镍铬质量比为3：1时，焊缝冲击功最高，为150 J。
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  电镀电流密度对锡/电镀铜接头界面空洞的影响

  杨扬, 余春

  机械工程材料. 2017, 41(6): 10-13. https://doi.org/10.11973/jxgccl201706003

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  在电流密度分别为1.7，50 mA·cm^-2下电镀制备了两种电镀铜基板，将其与锡粒回流焊接成锡/铜接头，并在150℃老化不同时间（10，20 d），观察了电镀铜基板表面和锡/铜接头界面的形貌，分析了柯肯达尔空洞在老化过程中的演变机制。结果表明：经老化处理后，两种锡/铜接头均在Cu₃Sn/Cu界面形成空洞，空洞的密度随着老化时间的延长逐渐增大，高电流密度下的空洞密度也大；使用较高电流密度制备电镀铜基板的接头，未经老化处理其界面已出现空洞，经老化处理后，空洞逐渐聚集成为空腔，空腔内表面成为铜元素的快速扩散通道；电流密度会影响表面电镀层的组织结构，从而影响后续老化过程中界面的组织结构。
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  在低频振动作用下Q235A钢的拉伸变形行为

  姜志宏, 王宝雨, 龚姚腾, 黄信建

  机械工程材料. 2017, 41(6): 14-16. https://doi.org/10.11973/jxgccl201706004

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  利用振动拉伸试验机对Q235A钢在不同频率、不同激振力下进行了振动拉伸试验，研究了频率和激振力对该钢平均载荷和屈服强度的影响。结果表明：与常规拉伸相比，振动拉伸时试验钢的平均载荷和屈服强度均减小，表现出明显的体积效应；随激振力的增大，试验钢的屈服强度和在不同变形阶段的平均载荷均呈线性减小；随频率的减小，试验钢的屈服强度和在不同变形阶段的平均载荷先增大后减小，在90 Hz时达到最大。
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  不同条件下300M钢的疲劳裂纹扩展行为

  盛伟, 刘天琦, 马少俊, 陈天运

  机械工程材料. 2017, 41(6): 17-19. https://doi.org/10.11973/jxgccl201706005

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  对300M钢在空气和质量分数3.5% NaCl水溶液中分别进行了疲劳裂纹扩展速率试验，得到了其疲劳裂纹扩展速率-应力强度因子范围曲线，并分别利用Paris公式和Walker公式对曲线进行了拟合；分析了应力比、腐蚀环境、频率对疲劳裂纹扩展速率的影响。结果表明：300M钢的疲劳裂纹扩展速率随应力比的增加而增大；在相同应力比下，300M钢在NaCl水溶液中的疲劳裂纹扩展速率在裂纹扩展前期比在空气中的快，在扩展后期则趋于一致；较低试验频率下300M钢在裂纹扩展前期的疲劳裂纹扩展速率比在较高频率下的快。
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  PLZT铁电陶瓷裂纹尖端附近畴变的原位Raman观测

  张飒

  机械工程材料. 2017, 41(6): 20-24. https://doi.org/10.11973/jxgccl201706006

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  采用传统固相法制备了平均晶粒尺寸为5 μm的四方结构掺镧锆钛酸铅（PLZT）铁电陶瓷，在其表面涂银、切向预极化后刻蚀出刻槽，在刻槽表面压出维氏压痕并沿预极化方向施加外电场，利用Raman光谱原位观测了压痕裂纹尖端附近不同位置的畴变，分析了Raman软模E（2TO）和E（3TO+2LO）+B1峰的强度随观测点的变化规律。结果表明：在外电场作用下，裂纹尖端会发生电致应变和90°畴变；Raman谱和软模E（2TO）、E（3TO+2LO）+B1峰强度均会随着观测点距裂纹尖端距离的增大而减弱。
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  普通取向硅钢在冷轧及退火过程中的组织及织构演变

  麻永林, 赵娜娜, 刘宝志, 张浩, 赵尖, 张磊, 邢淑清

  机械工程材料. 2017, 41(6): 25-29. https://doi.org/10.11973/jxgccl201706007

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  采用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪等分析了在冷轧及退火过程中不同工序段普通取向硅钢的组织和织构演变情况。结果表明：一次冷轧并经850℃×6 min脱碳退火后，取向硅钢发生一次再结晶，晶粒由纤维状转变为等轴状，平均晶粒尺寸为25μm，织构主要有{001}<010>、{111}<112>和Goss织构等；在二次冷轧后，晶粒明显变小，且再次转变为纤维状，织构主要为α织构和γ织构；经1 170℃高温退火后，取向硅钢发生二次再结晶，一次再结晶晶粒异常长大，晶粒尺寸达到厘米级；拉伸平整退火后，晶粒更为圆整均匀，平均晶粒尺寸为2.28 cm，Goss织构取向密度最大，达到24。
新材料 新工艺
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  7075铝合金的同步冷却热成形工艺

  陈国亮, 陈明和, 王宁, 孙家伟, 王春艳

  机械工程材料. 2017, 41(6): 30-33. https://doi.org/10.11973/jxgccl201706008

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  对H18态7075铝合金进行了同步冷却热成形+时效处理，研究了其宏观形貌、回弹角、显微组织和拉伸性能，并与传统冷压成形后的进行了对比，探索了7075铝合金同步冷却热成形的可行性。结果表明：同步冷却热成形工艺适用于7075铝合金，成形后试样的回弹角为0.03°，远低于冷冲压成形后的，且成形后试样不发生翘曲变形；经同步冷却热成形工艺成形后试样的显微组织与传统冷冲压成形+固溶处理后的基本一致，经120℃×24 h的时效处理以后，其屈服强度和抗拉强度分别为553.98，635.08 MPa，满足相关标准对T6态7075铝合金的性能要求。
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  中碳低合金钢液淬带温等温淬火工艺的优化

  王荣, 高浩, 魏德强

  机械工程材料. 2017, 41(6): 34-38. https://doi.org/10.11973/jxgccl201706009

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  利用液淬带温等温淬火工艺对中碳低合金钢进行热处理，研究了奥氏体化温度和时间、出液温度、等温温度和时间对其组织和性能的影响，对工艺进行了优化。结果表明：试验条件下理想的工艺参数是奥氏体化温度为840℃，保温时间60 min，出液温度为238℃，等温温度为300℃，等温时间60 min；在此工艺下淬火后试验钢的基体组织为下贝氏体+马氏体，硬度为50 HRC，冲击韧度为26 J·cm^-2，磨损量18 mg。
材料性能及应用
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  多孔Ti-51%Ni合金的压缩回弹性能

  王超杰, 陆晓峰, 李刚, 刘路维, 朱晓磊, 涂善东

  机械工程材料. 2017, 41(6): 39-43. https://doi.org/10.11973/jxgccl201706010

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  以孔隙率为43%~58%的多孔Ti-51% Ni（原子分数）合金为研究对象，研究了其微观形貌、物相组成和相变特征，以及在不同压缩载荷下的压缩回弹性能，分析了其变形机制。结果表明：试验合金的孔隙分布比较均匀，孔隙率对其相组成和相变行为影响很小；在不同压缩载荷下存在线性超弹和平台锯齿两种变形机制；在线性超弹阶段，试验合金同时具备较高的压缩率和回弹率；在平台锯齿阶段，回弹能力几乎丧失。
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  S135钻杆钢在H₂S环境中的腐蚀疲劳行为

  雒设计, 温宁华, 韩礼红

  机械工程材料. 2017, 41(6): 44-48. https://doi.org/10.11973/jxgccl201706011

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  对S135钻杆钢在空气和H₂S环境中进行了不同应力幅下的疲劳试验，得到了不同条件下的疲劳寿命，并应用回归分析方法得到了该钻杆钢在不同环境中的疲劳寿命公式，分析了其疲劳断裂机制。结果表明：在空气环境中，试验钢呈现明显的疲劳极限特征；在H₂S环境中，相同当量应力幅下试验钢的疲劳寿命比在空气环境中的低，且在很低的当量应力幅下仍会发生断裂，不存在疲劳极限；在不同环境和不同当量应力幅下，试验钢的疲劳裂纹均萌生于试样表面或靠近表面处，裂纹源区以解理断裂为主；在空气环境中，裂纹扩展区以疲劳条带为主要特征，在H₂S环境中，裂纹扩展区以解理平面和解理台阶为主要特征，在其解理平面上存在大量的二次裂纹，具有氢脆断裂的特征。
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  长期高温服役后HP40Nb钢炉管的组织及剩余寿命

  樊钊, 徐伟, 陈伟民, 王光辉

  机械工程材料. 2017, 41(6): 49-54. https://doi.org/10.11973/jxgccl201706012

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  利用光学显微镜、扫描电镜、能谱仪、拉伸及冲击试验机等对服役15 a的制氢转化炉中HP40Nb钢炉管的显微组织和力学性能进行了研究，依据高温持久试验结果估算了炉管剩余寿命。结果表明：长期高温服役后，炉管钢组织中晶界粗化并有G相析出，晶内二次碳化物析出明显，近内壁、近外壁和基体中均出现蠕变孔洞，近内壁和近外壁发生氧化和贫铬，外壁形成脱碳层；与原始铸态炉管相比，长期高温服役后炉管的室温抗拉强度降幅超30%，高温抗拉强度降幅约18%，室温冲击功下降明显，剩余寿命不足1 a。
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  高速列车铜基粉末冶金闸片的制备及摩擦磨损性能

  王磊, 潘祺睿, 朱松, 吴射章

  机械工程材料. 2017, 41(6): 55-58. https://doi.org/10.11973/jxgccl201706013

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  通过对材料配方进行优化设计，利用粉末冶金方法制备了高速列车用铜基粉末冶金闸片摩擦块，测试了其物理和力学性能；通过对闸片结构进行优化，组装出新型浮动式结构闸片，测试了闸片的摩擦磨损性能。结果表明：该闸片用摩擦块的剪切强度不小于7 MPa；闸片的平均摩擦因数为0.37±0.05，平均磨损量为0.126×10^-6 cm³·J^-1，满足国际铁路联盟对闸片摩擦磨损性能的要求；其制动性能也满足速度在350 km·h^-1及以上高速列车的要求。
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  模压形变处理后Q235钢的热稳定性

  张秀妹, 彭开萍

  机械工程材料. 2017, 41(6): 59-62. https://doi.org/10.11973/jxgccl201706014

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  对Q235钢分别进行了2道次和10道次模压形变处理，再在不同温度下进行了退火处理，研究了模压形变处理后该钢的热稳定性能。结果表明：在低于500℃退火时，模压2道次和10道次试样的组织均处于回复阶段，晶粒与退火前的相似，仍为均匀细小的等轴晶粒；在500~680℃退火后，试样发生了再结晶且晶粒随退火温度的升高而长大；在680℃退火后，模压10道次试样的组织比模压2道次试样的均匀；随着退火温度的升高，模压2道次和10道次试样的硬度均下降，且模压10道次试样在250~600℃退火后其硬度的下降速率更快，而在680℃退火后的硬度又稍高于模压2道次试样的。
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  搅拌摩擦加工制备TC4钛合金表面载银层的组织形貌和力学性能

  张金凯, 程萌旗, 魏兴乔, 伍来智, 王立强, 吕维洁

  机械工程材料. 2017, 41(6): 63-68. https://doi.org/10.11973/jxgccl201706015

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  采用搅拌摩擦加工方法在Ti-6Al-4V（TC4）钛合金表面成功制备了载银层，研究了银在载银层中形貌、分布及其对载银层力学性能的影响。结果表明：采用此方法可制备厚度700 μm左右的载银层；在载银层的表层可观察到大量平均尺寸为10 nm左右的银纳米晶，这是由于表面强烈的搅拌剪切力产生了机械纳米化现象；在载银层的次表层内析出了银颗粒，银颗粒与基体以共格或半共格界面连接，不会产生游离的银颗粒；均匀分布的银颗粒使得载银层的表面硬度比基体的提高了约30%，但对基体的弹性模量几乎没有影响。
物理模拟与数值模拟
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  钨铜合金粉热等静压致密化过程的有限元模拟

  陈海鹏, 王发展

  机械工程材料. 2017, 41(6): 69-74. https://doi.org/10.11973/jxgccl201706016

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  利用DEFORM-2D有限元软件对钨铜混合粉在包套密封条件下的热等静压工艺过程进行了有限元模拟，分析了坯料在该过程的致密化规律；运用交叉试验法制定出保温温度、保压压力和保温保压时间的正交优化方案，绘制出相对密度在温度和压力平面内的等高线云图，进而提出最优的参数方案；根据模拟结果进行了热等静压试验。结果表明：坯料的致密化过程是先边缘后中心；模拟得到最优的热等静压参数方案为950℃/110 MPa/2 h，在此方案下，坯料整体的相对密度可达到96%以上；在最佳方案下，相对密度的模拟和试验结果的最大误差为1.27%，平均误差约为0.2%。
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  凹模圆角半径对高强钢板热成形破裂行为影响的数值模拟

  王敏, 张春, 肖海峰, 李兵, 奚建胜

  机械工程材料. 2017, 41(6): 75-78. https://doi.org/10.11973/jxgccl201706017

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  以汽车热成形件的典型特征结构——U形梁为研究对象，将高温破裂准则与数值模拟相结合，对BR1500HS钢板在热成形中的高温破裂现象进行了预测，分析了凹模圆角半径R对该钢板破裂行为的影响。结果表明：高强钢热成形破裂预测模型预测得到的破裂位置与试验结果吻合良好，凸模温度的预测值与实测值的相对误差在10%以内，该模型可靠性高；随着R增大，板料起裂时间延长；起裂均位于U形梁一端的侧壁，但起裂位置沿高度方向有差异；板料破裂均沿U形梁纵向扩展，R为2，6.5 mm时在U形梁另一端侧壁处发生了二次破裂，破裂易发生在靠近较小半径模具圆角的U形梁侧壁。
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  考虑次裂纹时U71Mn钢的主裂纹扩展行为

  文良华, 李孝滔, 李煦, 曹世豪, 江晓禹

  机械工程材料. 2017, 41(6): 79-83. https://doi.org/10.11973/jxgccl201706018

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  采用ANSYS有限元软件，结合疲劳与磨损耦合模型，模拟计算了10 t轮重的车轮以全滑动方式滚过初始长度100μm、扩展角度30°的钢轨表面裂纹时裂纹的等效应力强度因子K_eff，研究了钢轨疲劳与磨损的关系并分析了主、次裂纹扩展方向及出现次裂纹时主裂纹的扩展行为。结果表明：钢轨的破坏形式以疲劳损伤为主；当裂纹出现分叉之后，主裂纹尖端的应力集中会得到比较大的缓解，其等效应力强度因子下降较快；当裂纹扩展到长度大于1 mm之后，在主裂纹扩展过程中均伴随着次裂纹的出现，且主裂纹扩展方向基本不变，扩展速率逐渐加快，而次裂纹的扩展速率和扩展方向都基本不变。
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  不同条件高温压缩变形后35CrMo钢的显微组织

  黄元春, 王三星, 肖政兵, 李文静, 黄雨田, 刘慧

  机械工程材料. 2017, 41(6): 84-89. https://doi.org/10.11973/jxgccl201706019

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  采用Gleeble-3810型热模拟试验机在变形温度为850~1 150℃、应变速率为0.01~50 s^-1的条件下对35CrMo钢铸坯进行了变形量为60%的热压缩变形试验，结合真应力-真应变曲线特征，研究了应变速率和变形温度对其压缩后显微组织的影响。结果表明：在不同条件下压缩变形后，试验钢的显微组织均具有动态再结晶特征；同一应变速率下，随着变形温度的升高，压缩后的动态再结晶晶粒逐渐变大；同一变形温度下，随应变速率的增大，动态再结晶晶粒逐渐变小；热压缩变形后，试验钢不同位置处的晶粒尺寸不同，中心区域大变形区的晶粒最为细小，随着距中心区域垂直距离和水平距离的增大，晶粒尺寸逐渐变大。
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  铝-钢异种金属CMT焊接接头应力场的数值模拟

  刘国辉, 车洪艳, 马雷, 余斯亮, 曹睿

  机械工程材料. 2017, 41(6): 90-94. https://doi.org/10.11973/jxgccl201706020

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  利用ABAQUS有限元软件对铝-钢异种金属冷金属过渡（CMT）焊接过程中焊接接头应力分布进行了数值模拟，分析了应力分布的变化规律，并进行了试验验证。结果表明：不同焊接时间下，焊接接头在钢板和铝合金板侧的von Mises应力分布不对称，其中铝合金板侧承受的应力较钢板侧的小；在焊接过程中，近焊缝处的纵向应力由压应力转变为拉应力，横向应力在焊初始阶段为拉应力，随后变为压应力，再转变为拉应力；在铝合金板侧和钢板侧热影响区的纵向残余拉应力最大，分别为125，208 MPa，位于铝合金板侧和钢板侧的横向残余压应力峰值几乎相同，约为80 MPa；残余应力分布模拟结果与试验结果的拟合优度为0.75，证明了模拟结果的准确性。
失效分析
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  35CrMo钢螺栓在缩径加工时的断裂原因

  张本国, 赵健, 夏建生, 范利锋

  机械工程材料. 2017, 41(6): 95-98. https://doi.org/10.11973/jxgccl201706021

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  利用化学成分分析、组织与断口观察、力学性能测试等方法分析了高强度35CrMo钢螺栓在缩径加工过程中的断裂原因。结果表明：35CrMo钢螺栓的断裂具有典型的脆性断裂特征；35CrMo钢组织的不均匀性导致其抗拉强度较低，在缩径加工的矫直工序中，当螺栓缩径部位的拉拔力较高时，螺栓断裂。
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  原油输出终端输油管线泄漏原因分析

  林杨

  机械工程材料. 2017, 41(6): 99-102. https://doi.org/10.11973/jxgccl201706022

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  采用宏观观察、金相检验、电镜与能谱分析等方法，对某原油输出终端输油管线弯头处穿孔失效的原因进行了分析。结果表明：穿孔失效主要是由管线内油气介质对弯管外弧侧内壁的冲刷造成的管壁厚度减小而引起的，此外腐蚀导致的弯管外弧侧外壁厚度的减小也起到了一定的作用；为了防止穿孔失效的发生，在管线焊接时，应注意控制直管与弯管连接的焊缝余高，以减少湍流，减轻其对弯管的冲刷；同时注意管线的外部保护。