2017年, 第41卷, 第9期　
刊出日期：2017-09-20

  

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  机械工程材料. 2017, 41(9): 0-0.

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综述
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  汽车用金属材料在高应变速率下响应特性的研究进展

  马鸣图, 李洁, 赵岩, 吴娥梅

  机械工程材料. 2017, 41(9): 1-13,24. https://doi.org/10.11973/jxgccl201709001

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  基于轻量化和安全性的要求，对汽车用金属材料在高应变速率下的响应特性进行了大量的研究；对高应变速率下的试验设备、试验方法、试验数据处理方法及描述材料响应特性的本构方程等方面的研究进展进行了综述；总结了高强度钢和先进高强度钢在高应变速率下的响应特性、拟合的本构方程以及组织演变规律；介绍了典型铝合金和镁合金在高应变速率下的响应特性，提出了考虑温度和热激活能影响的描述铝合金和镁合金在高应变速率下流变特性的本构方程；对高应变速率下汽车用金属材料响应特性的试验设备、试验方法和研究方向等提出了一些建议。
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  全海深浮力材料发展综述

  何成贵, 张培志, 郭方全, 祁海, 吴芬, 韩伟月

  机械工程材料. 2017, 41(9): 14-18. https://doi.org/10.11973/jxgccl201709002

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  介绍了微珠复合泡沫材料、玻璃浮球、陶瓷浮球三类全海深浮力材料的抗压强度、密度、吸水性及适用深度范围等；简述了全海深浮力材料的制备方法，并对国内外全海深浮力材料的发展现状进行了总结；提出了如何在满足抗压强度的同时尽可能地降低材料的密度仍是研制高性能全海深浮力材料所需要解决的关键问题。
试验研究
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  不同显微组织套管钻井用钢的拉伸性能与疲劳裂纹扩展性能

  许天旱, 王党会

  机械工程材料. 2017, 41(9): 19-24. https://doi.org/10.11973/jxgccl201709003

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  通过万能试验机、疲劳试验机、扫描电镜等设备研究了三种不同显微组织套管钻井用钢的拉伸性能和疲劳裂纹扩展性能，并建立了不同参数之间的定量关系。结果表明：回火马氏体钢的抗拉强度和屈服强度显著高于珠光体-铁素体钢的和铁素体-贝氏体-回火马氏体钢的；珠光体-铁素体钢的Paris常数m最大、C最小，回火马氏体钢的Paris常数m最小、C最大；对于具有相同或相近成分的钢来说，Paris常数m随着屈服强度的增大而显著减小，Paris常数C随着伸长率的增加而显著减小；不同钢的Paris常数C随着Paris常数m的减小而增大；当通过热处理使得钢的拉伸性能提高到一定程度时，必须通过改变其成分来获得良好的综合性能。
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  煤化工灰水介质中304不锈钢的点蚀行为

  赵杰, 熊丹, 于云鹏, 刘正通, 秦凌

  机械工程材料. 2017, 41(9): 25-31. https://doi.org/10.11973/jxgccl201709004

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  通过电化学试验和浸泡试验， 采用动电位扫描技术、交流阻抗技术、扫描电子显微镜分析等方法研究了304不锈钢在模拟煤化工灰水介质中的点蚀行为，探讨了Cl^-、SO₄^2-、pH对点蚀行为的影响。结果表明：在试验条件下，随着灰水介质中Cl^-含量的增加，试验钢的点蚀程度增大，当Cl^-质量分数为300 mg·kg^-1时，点蚀程度最轻；随着灰水介质中SO₄^2-含量的增加，试验钢的点蚀程度降低，当SO₄^2-质量分数为2 000 mg·kg^-1时，点蚀程度最轻；随着灰水介质pH的增大，试验钢的点蚀程度降低，当pH为10时，点蚀程度最轻。
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  压裂分隔工具用可溶合金的组织与性能

  杨军, 王建树, 尹俊禄, 韩振华

  机械工程材料. 2017, 41(9): 32-35,41. https://doi.org/10.11973/jxgccl201709005

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  开发和制备了Mg-Ca-Zn-Fe-Ni-Cu可溶合金，对铸态和热挤压态合金的显微组织和力学性能进行了对比，研究了热挤压态合金的溶解性能、应用性能等。结果表明：试验合金的密度约为1.8 g·cm^-3，组织由α-Mg、Mg₂Ca、Mg₂Ni、Mg₂Cu及Mg₆Ca₂Zn₃等相组成，热挤压态合金的基体相和析出相尺寸均小于铸态合金的，并沿热挤压方向分布；经热挤压处理后合金的抗拉强度和伸长率增大，硬度升高；热挤压态合金的溶解速率随温度的升高而增大，室温浸泡24 h后合金的质量损失率为40%，而60 ℃浸泡24 h后合金已完全溶解；采用挤压态合金加工的压裂球在90 ℃和70 MPa下的压降比为0.86%，密封性良好；现场试验结果显示该合金压裂球的应用效果良好。
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  裂纹圆棒法测PE100管材热熔对接接头的抗慢速裂纹扩展性能

  张建国, 董俊华, 高炳军, 富阳

  机械工程材料. 2017, 41(9): 36-41. https://doi.org/10.11973/jxgccl201709006

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  采用裂纹圆棒（CRB）试验法对PE100管材热熔对接接头进行了不同载荷比的疲劳裂纹扩展（FCG）试验，研究了此对接接头的疲劳裂纹扩展机制，并通过外推法得到静载荷下的抗慢速裂纹扩展（SCG）性能。结果表明：当载荷比R相同时，随着最大初始应力强度因子K_max的增大，PE100管材热熔对接接头的疲劳裂纹扩展速率增大，疲劳寿命缩短；当K_max相同时，随着R的增大，疲劳裂纹扩展速率减小，疲劳寿命增大；裂纹逐步扩展区银纹纤维拉伸长度的减小与裂纹稳定扩展区次生裂纹与主裂纹叠加均加快了热熔接头的裂纹扩展速率；利用外推法得到静载下使用寿命为50 a时所允许的最大初始应力强度因子为0.555 MPa·m^1/2。
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  高温高压下20钢和13Cr钢在不同含量甲酸-CO₂环境中的腐蚀行为

  刘锐, 张煜辉, 李龙, 李引贤

  机械工程材料. 2017, 41(9): 42-47. https://doi.org/10.11973/jxgccl201709007

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  采用腐蚀失重测试、腐蚀产物分析等方法，研究了20钢和13Cr钢在模拟油井管道环境（甲酸与CO₂共存，100 ℃、1 MPa）中的腐蚀速率和腐蚀类型，并探讨了甲酸含量对其腐蚀行为的影响。结果表明：两种钢的腐蚀速率均随甲酸含量的增加而增大，13Cr钢的腐蚀速率低于20钢的；20钢的腐蚀类型为均匀腐蚀，13Cr钢的为点蚀；20钢表面有FeCO₃的生成和碳酸盐的沉积，FeCO₃产物层覆盖部位不断发生基体的溶解，而钙、镁碳酸盐沉积的位置不断出现产物沉积，在基体腐蚀相对较慢的部位形成突起；13Cr钢优先发生铬的溶解，形成以Cr（OH）₃为主的钝化膜，随着甲酸含量的增加，钝化膜的稳定性、致密性均降低，H⁺和Cl^-通过钝化膜与基体接触，促进了点蚀的发生。
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  铜表面不同方法制备石墨烯膜的抗氧化性能

  陈斯, 曾效舒

  机械工程材料. 2017, 41(9): 48-52. https://doi.org/10.11973/jxgccl201709008

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  采用氧化还原法、化学气相沉积（CVD）法以及两者结合的方法在基底铜箔表面制备石墨烯膜，并进行了氧化处理，对不同试样在氧化前后的表面形貌、物相组成、氧化速率等进行了对比，探讨了不同石墨烯膜的抗氧化性能。结果表明：氧化后，Cu试样、Cu+r-GO（还原氧化石墨烯）试样、Cu+GP（氧化石墨烯）试样的表面均有CuO和Cu₂O的生成，而Cu+GP/r-GO试样的表面未发现氧化物；在相同的氧化时间下，Cu试样的氧化速率最大，Cu+r-GO试样的氧化速率大于Cu+GP试样的，而Cu+GP/r-GO试样几乎不被氧化；GP/r-GO膜的抗氧化性能最好。
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  纤维长度对无石棉密封垫片压缩回弹性能的影响

  田硕, 刘美红, 冯红飞, 焦健

  机械工程材料. 2017, 41(9): 53-56,67. https://doi.org/10.11973/jxgccl201709009

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  通过鲍尔筛分仪对不同长度的纤维素纤维、芳纶浆粕纤维和矿物棉纤维进行筛分并测其重均纤维长度，然后采用U₈（4³）均匀试验法设计对抄取法制备的无石棉密封垫片进行压缩回弹性能试验，通过多元线性回归方法研究了压缩率和回弹率与纤维长度的关系，同时利用得到的回归方程对垫片的压缩回弹性能进行预测，并与试验值进行对比。结果表明：纤维长度对压缩回弹性能有显著的影响；随着纤维长度的增加，垫片的压缩率逐渐增大，回弹率逐渐减小，其中芳纶浆粕纤维长度的影响最为明显；利用回归方程得到垫片压缩回弹性能的预测值与试验值比较接近。
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  不同增韧剂对聚乳酸增韧改性效果及其FDM打印件性能的影响

  张云波, 王联凤, 胡浩, 李振, 王卓, 顾哲明

  机械工程材料. 2017, 41(9): 57-60,72. https://doi.org/10.11973/jxgccl201709010

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  采用质量分数为5%，10%，15%的聚己二酸/对苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）、乙烯-丙烯酸丁酯-甲基丙烯酸缩水甘油酯共聚物（PTW）、热塑性聚氨酯（TPU）等3种增韧剂分别对聚乳酸（PLA）进行增韧改性并制备得到了丝材，应用熔融沉积成形（FDM）技术将丝材直接打印成形，研究了增韧剂对丝材及打印件性能的影响。结果表明：3种增韧剂与PLA均具有较好的相容性，PTW改性PLA丝材的流动性最佳，且随PTW含量的增加而更好；随增韧剂含量的增多，改性PLA打印件的拉伸强度降低，冲击韧度增大；采用质量分数为10%PTW改性的PLA丝材最适用于FDM打印成形，该丝材流动性适当，打印件表面光滑。
新材料 新工艺
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  丁腈橡胶复合材料的制备与性能

  陈永军, 邹华, 伍社毛, 张立群

  机械工程材料. 2017, 41(9): 61-67. https://doi.org/10.11973/jxgccl201709011

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  通过物理共混法制备出各组分分散均匀的丁腈橡胶复合材料，研究了硫化剂、防老剂、耐寒增塑剂的种类及用量对丁腈橡胶复合材料性能的影响。结果表明：当防老剂体系为4010NA/RD/AW/NBC/石蜡，用量分别为1，1，1.5，2，1 质量份时，丁腈橡胶复合材料具有优异的耐热空气和耐臭氧老化性能；当耐寒增塑剂为DOA且其用量为6 质量份时，丁腈橡胶复合材料具有良好的耐低温和耐油老化性能；采用复合硫化体系DCP/S/DM/CZ且用量分别为2.5，0.5，0.3，0.5 质量份时，丁腈橡胶复合材料的耐热空气老化和耐低温性能较好；当NBR（35%）/NBR（26%）、ZnO、SA、N550、S、DM、CZ、DCP、DOA、4010NA、RD、NBC、AW、石蜡的加入量分别为50/50，5，1.5，60，0.5，0.3，0.5，2.5，6，1.5，1，1，1.5，1质量份时，丁腈橡胶复合材料具有优异的综合性能。
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  芳纶纤维增强尼龙6复合材料的制备与性能

  张达适, 钱秀洋, 王洪鑫, 文桂林

  机械工程材料. 2017, 41(9): 68-72. https://doi.org/10.11973/jxgccl201709012

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  采用毛细管流变仪和差示扫描量热仪研究了尼龙6的热性能和流变特性，确定了芳纶纤维增强尼龙6复合材料的热压成型温度；制备了芳纶纤维增强尼龙6复合材料，研究了其微观结构和力学性能，并采用相控阵超声检测技术进行了无损检测。结果表明：芳纶纤维增强尼龙6复合材料的热压成型温度为245 ℃；尼龙6对芳纶纤维的浸渍效果较好，无损检测均未发现复合材料内部存在缺陷；复合材料的静态抗拉强度为279.7 MPa，其动态压缩强度和压缩模量均随应变速率的增加而增大，在高应变速率下呈脆性破坏。
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  喷涂法制备PTFE基减摩耐磨涂层工艺参数的优化

  李迎春, 李庆林, 邱明, 张瑞

  机械工程材料. 2017, 41(9): 73-76. https://doi.org/10.11973/jxgccl201709013

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  以环氧树脂为黏结剂，聚四氟乙烯（PTFE）为固体润滑剂，MoS₂为填料，采用空气喷涂法在GCr15钢基体上制备PTFE基减摩耐磨涂层，利用往复式摩擦磨损试验机测试了涂层的摩擦磨损性能，并采用正交试验法对固化温度、固化时间、喷枪压力等喷涂工艺参数进行了优化。结果表明：影响PTFE基减摩耐磨涂层摩擦学性能的喷涂工艺参数的主次顺序为喷枪压力、固化时间、固化温度；当固化温度为120 ℃、固化时间为60 min、喷枪压力为0.3 MPa时，涂层的平均摩擦因数为0.106，磨损体积为0.001 5 mm³，此时摩擦学性能最优。
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  碳纳米管/石墨烯球负载纳米镍的制备及性能

  曾斌, 曾武军, 刘万锋

  机械工程材料. 2017, 41(9): 77-80,84. https://doi.org/10.11973/jxgccl201709014

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  通过喷雾干燥技术和热处理工艺制备了碳纳米管/石墨烯球-纳米镍（CNTs/GR-Ni）复合材料，并对其吸附性能和催化性能进行了研究。结果表明：利用喷雾干燥技术并经适当热处理成功制备了碳纳米管/石墨烯负载纳米镍的复合材料，纳米镍颗粒均匀地分布在碳纳米管/石墨烯微米球的表面；碳纳米管/石墨烯-纳米镍具有优异的吸附性能和磁性分离性能；与单质镍相比，碳纳米管/石墨烯球-纳米镍具有优异的催化性能，将高氯酸铵的高温分解温度降低了135 ℃。
材料性能及应用
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  锰元素对铜基CuZnNi合金钎料性能的影响

  顾天亮, 闫焉服, 张绍棋

  机械工程材料. 2017, 41(9): 81-84. https://doi.org/10.11973/jxgccl201709015

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  通过在CuZnNi合金钎料中添加不同含量的锰元素，研究了锰元素对CuZnNi合金钎料的液相线温度、润湿性能和钎料与接头力学性能的影响。结果表明：随着钎料中锰含量的增加，钎料的液相线温度逐渐降低，当锰的质量分数为4.5%时，钎料的液相线温度下降了54 ℃；钎料的铺展面积随钎料中锰含量的增加而逐渐增大，当锰的质量分数为4.5%时，钎料的铺展面积达到了298 mm²；随着钎料中锰含量的增加，钎料的抗拉强度逐渐增大，而伸长率呈先上升后略下降的趋势；钎焊接头的抗剪强度随钎料中锰含量的增加而显著提高，当锰的质量分数为4.5%时，抗剪强度达到了221 MPa，比基体钎料的提高了16.1%。
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  补焊对30CrMnSiA高强钢焊接接头力学性能的影响

  张举麟, 张华松, 李波涛, 童明波

  机械工程材料. 2017, 41(9): 85-87. https://doi.org/10.11973/jxgccl201709016

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  以30CrMnSiA高强钢原始焊接接头和一次补焊接头为研究对象，通过拉伸试验、疲劳试验及显微组织分析等方法研究了补焊对其焊接接头力学性能的影响。结果表明：经过补焊后， 30CrMnSiA高强钢焊接接头的力学性能略微降低；热影响区是接头拉伸性能的薄弱部位，而焊趾处是接头疲劳性能的薄弱部位；补焊对焊缝附近的显微组织无明显影响。
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  分散剂对FSP制备IMC/Al复合材料组织与拉伸性能的影响

  吴志林, 黄春平, 王承剑, 黄硕文

  机械工程材料. 2017, 41(9): 88-92. https://doi.org/10.11973/jxgccl201709017

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  采用搅拌摩擦加工（FSP）技术制备了金属间化合物增强铝基（IMC/Al）复合材料，通过扫描电镜（SEM）、能谱仪（EDS）、X射线衍射仪（XRD）和拉伸试验机等研究了分散剂SiC和CNTs对复合材料组织的均匀性、增强相含量与尺寸及拉伸强度的影响。结果表明：通过FSP制备IMC/Al复合材料时出现镍粉团聚现象，团聚体的形状主要为类条形和类椭圆形；分散剂的添加对镍粉的团聚起到抑制作用，改善了复合材料复合区组织的均匀性，其中CNTs抑制镍粉团聚的效果优于SiC的；分散剂的添加促进了铝和镍原位反应的进行，使得复合材料中增强相Al₃Ni的数量增多；分散剂的添加提高了复合材料的力学性能，添加CNTs制备复合材料的最大抗拉强度为171 MPa，比未添加分散剂制备复合材料的提高了15.5%。
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  微量元素铝和氮对SWRCH35K钢淬火组织和淬透性的影响

  王利军, 李永超, 陈继林, 翟进坡, 王宁涛, 冯忠贤

  机械工程材料. 2017, 41(9): 93-96. https://doi.org/10.11973/jxgccl201709018

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  采用转炉冶炼-LF炉精炼-连铸-控制轧制-控制冷却工艺生产了不同铝和氮含量（微量）的SWRCH35K钢热轧盘条，通过淬火试验和末端淬透性试验，研究了微量元素铝和氮对其淬火组织和淬透性的影响。结果表明：淬火后SWRCH35K钢的显微组织均为马氏体+屈氏体；当钢中铝元素含量基本相同时，随氮含量的增加，淬火后马氏体含量减少，钢的淬透性降低；氮含量基本相同时，铝含量的增加导致钢淬火后马氏体含量减少，钢的淬透性降低；铝元素和氮元素生成的AlN或碳氮化物促进晶粒细化，并作为非金属夹杂物阻止淬火马氏体的生成。
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  低温条件下带状组织对X70管线钢弯管性能的影响

  房猛, 张杰, 李颖, 于百川, 范炜, 韩新利, 黄呈帅

  机械工程材料. 2017, 41(9): 97-100,105. https://doi.org/10.11973/jxgccl201709019

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  通过低温夏比冲击试验、拉伸试验及水压爆破试验等，研究了带状组织对X70管线钢弯管性能的影响。结果表明：当试验温度相同时，含带状组织X70管线钢弯管的冲击功比无带状组织弯管的增加了10～30 J；带状组织对X70管线钢弯管不同区域的拉伸强度影响不大，但含带状组织弯管的屈强比较高，拉伸性能比无带状组织弯管的差；带状组织的存在对弯管的水压爆破试验结果的影响较小。
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  聚氨酯/Q235钢配副滚动摩擦磨损行为

  朱鑫波, 陈建钧, 潘红良, 王正东

  机械工程材料. 2017, 41(9): 101-105. https://doi.org/10.11973/jxgccl201709020

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  采用自行研制的双盘摩擦磨损试验机对不同硬度聚氨酯与Q235钢组成的配副进行滚动摩擦磨损试验，探讨了载荷、转速以及聚氨酯的硬度对聚氨酯摩擦因数的影响，并研究了载荷和聚氨酯的硬度对聚氨酯磨损率的影响。结果表明：载荷对聚氨酯摩擦因数的影响较为明显，摩擦因数随着载荷的增大而减小；转速对聚氨酯摩擦因数的影响不大，也无明显的变化规律；随着聚氨酯硬度的升高，摩擦因数略有增大，但其变化幅度很小；磨损率随聚氨酯硬度的增大而减小，随载荷的增大而增大。
物理模拟与数值模拟
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  球形压痕表征应力应变法测金属材料的力学性能

  孙明成, 张超群, 韩德斌, 李宏强

  机械工程材料. 2017, 41(9): 106-110. https://doi.org/10.11973/jxgccl201709021

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  利用Matlab的优化函数改进了表征应力应变法的优化条件，并优化了表征应力应变法的计算流程，同时利用改进的弹塑性方程对屈服强度σ_y、应变硬化指数n和弹性模量E三个参数同时进行优化，从而确定了材料的力学性能参数，之后采用球形压痕表征应力应变法对P91钢的力学性能进行测试，并与单轴拉伸试验结果进行对比。结果表明：与单轴拉伸的试验结果相比，采用球形压痕表征应力应变法测得P91钢力学性能的精度较高，最大偏差值为12.11%。