2018年, 第42卷, 第3期　
刊出日期：2018-03-20

  

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  机械工程材料. 2018, 42(3): 0-0.

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试验研究
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  Haynes 282镍基合金在600~700℃超临界水中的氧化特性

  徐鸿, 邓博, 朱忠亮, 郭鹏, 张乃强

  机械工程材料. 2018, 42(3): 1-8. https://doi.org/10.11973/jxgccl201803001

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  在600~700℃、25 MPa超临界水中对Haynes 282镍基合金进行氧化，研究了不同温度和时间下合金的氧化动力学曲线以及氧化膜的表面形貌、微观结构和物相组成等。结果表明：Haynes 282合金的单位面积氧化质量增加随着温度的升高和时间的延长而增大；600℃时合金的氧化动力学曲线遵循抛物线规律，650，700℃时的氧化动力学曲线介于抛物线和直线规律之间；合金表面的氧化膜具有双层结构，外层为呈松散的多面体形状的微米尺寸氧化物颗粒，内层为由细小晶粒组成的致密氧化膜；600℃氧化后氧化膜内层主要为Cr₂O₃，外层则为TiO₂；650℃氧化后氧化膜外层由TiO₂与MnCr₂O₄组成，而内层由Cr₂O₃和少量的MnCr₂O₄组成；700℃氧化后氧化膜外层由NiCr₂O₄与MnCr₂O₄组成，而内层由Cr₂O₃和少量的MnCr₂O₄组成。
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  面内、面外拘束交互作用下异种金属焊接接头的断裂行为

  杨杰, 王雷

  机械工程材料. 2018, 42(3): 9-17,23. https://doi.org/10.11973/jxgccl201803002

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  为了对异种金属焊接接头进行准确的结构完整性评定，以核电安全端52M镍基合金异种金属焊接接头最薄弱位置熔合区为研究对象，通过室温断裂力学试验和断口形貌观察等对面内、面外拘束交互作用下异种金属焊接接头的断裂行为进行研究。结果表明：在低面内、低面外拘束作用下，试样发生了高延性断裂，其J-R曲线较高；在低面内、高面外拘束作用下，试样在靠近初始裂纹的位置发生了延性断裂，在远离初始裂纹的位置发生了脆性断裂和延性断裂共存的混合断裂，其J-R曲线居中；在高面内、低面外拘束下和高面内、高面外拘束作用下，试样均发生了以脆性断裂为主的混合断裂，其J-R曲线均较低。
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  不同组织高铬白口铸铁低速重载滑动干摩擦磨损行为

  倪锋, 陈跃, 杜三明, 张永振

  机械工程材料. 2018, 42(3): 18-23. https://doi.org/10.11973/jxgccl201803003

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  对不同化学成分的高铬白口铸铁进行不同热处理，通过低速重载滑动干摩擦磨损试验研究了高铬白口铸铁的磨损率和摩擦因数与摩擦功率密度、正压应力、碳化物类型和基体组织的关系，并探讨了低速重载条件下高铬白口铸铁的滑动干摩擦磨损机理。结果表明：高铬白口铸铁的摩擦因数与碳化物相类型和正压应力有关，而与基体组织无关；磨损率与基体组织类型、碳化物相类型和摩擦功率密度均有关；在低速重载滑动干摩擦磨损过程中，铸铁的组织由摩擦面至内部依次为摩擦层、流变层、应变带、不变区等4个区域；摩擦层中原始基体组织遇到严重破坏，与破碎碳化物充分混合；流变层中固相塑性流变的黏滞阻力增大，导致裂缝、空洞形成，最终产生疲劳剥落；应变带中碳化物相因基体组织的塑性变形而发生弯曲或断裂。
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  铸态和锻态Ni₄₇Ti₄₄Nb₉合金的热诱发马氏体相变

  孟玉堂, 张永皞, 孙明艳, 范啟超, 黄姝珂, 魏齐龙

  机械工程材料. 2018, 42(3): 24-27,32. https://doi.org/10.11973/jxgccl201803004

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  采用差示扫描量热仪（DSC）、X射线衍射仪（XRD）、光学显微镜（OM）和扫描电子显微镜（SEM）等设备，对比研究了铸态和锻态Ni₄₇Ti₄₄Nb₉合金热诱发马氏体相变及其逆转变的特征，分析了显微组织对相变过程的影响机理。结果表明：铸态合金由尺寸较大的初生NiTi相、共晶相（细小NiTi相+β-Nb相）以及分布在共晶区的（Ti，Nb）₂Ni相组成，锻造后合金中的β-Nb相和（Ti，Nb）₂Ni相弥散分布在NiTi基体相中；铸态合金中初生NiTi相和共晶NiTi相间的铌含量不同及化学成分偏析造成了相变峰和逆转变峰呈宽而扁的特征；经锻造后，NiTi相得到细化，合金的成分更加均匀，其相变峰和逆转变峰呈窄而尖的特征。
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  钼含量对3Cr2MnNiMoV钢奥氏体连续冷却转变行为的影响

  高华耀, 迟宏宵, 金青林, 冯淑玲, 周健, 马党参

  机械工程材料. 2018, 42(3): 28-32. https://doi.org/10.11973/jxgccl201803005

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  采用FORMASTOR-FⅡ型相变仪测不同钼含量3Cr2MnNiMoV钢的临界相变点和热膨胀曲线，结合显微组织和硬度结果，绘制奥氏体连续冷却转变（CCT）曲线，研究了钼含量对该钢奥氏体连续冷却转变行为的影响。结果表明：在0.03~16.2℃·s^-1冷却速率范围内，试验钢的CCT曲线都可以划分为中温转变区和低温转变区，相变产物分别为贝氏体和马氏体，均未发现珠光体；随着钼含量的增加，试验钢马氏体转变的临界冷却速率降低，CCT曲线右移，淬透性提高；随着冷却速率的增加，试验钢的显微硬度先快速增加后缓慢增加，当冷却速率大于0.14℃·s^-1时，在相同的冷却速率下，含有较多钼元素的试验钢具有更高的硬度。
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  X80M管线钢热轧板卷取温度的优化

  程政, 缪成亮, 朱腾威, 杨孝鹤, 徐海卫, 陈一

  机械工程材料. 2018, 42(3): 33-37. https://doi.org/10.11973/jxgccl201803006

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  在卷取温度分别为300，350，400，450℃下对18.4 mm×1 550 mm规格的X80M管线钢板进行卷取，研究了卷取温度控制的稳定性以及卷取后钢板的显微组织和力学性能，并对卷取温度进行了优化。结果表明：随着卷取温度的升高，实测卷取温度的稳定性逐渐增大；在300～450℃卷取后，试验钢的显微组织均为针状铁素体，力学性能满足技术要求，且强度、低温韧性均有一定的富余量；优化后的卷取温度为380℃，在该温度卷取后试验钢的各项力学性能良好。
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  显微组织对Ti-15-3合金喷丸处理效果的影响

  王耀勉, 杨换平, 赵乐乐, 张聪惠, 王碧侠

  机械工程材料. 2018, 42(3): 38-42,47. https://doi.org/10.11973/jxgccl201803007

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  对Ti-15-3合金分别进行淬火、炉冷和淬火+500，540℃时效处理，得到不同的显微组织，然后进行相同工艺的喷丸处理，研究喷丸处理后合金显微组织、残余应力、硬度、表面粗糙度等的演化规律。结果表明：经喷丸处理后，淬火态合金组织中出现大量孪晶，炉冷态合金发生应力诱发马氏体相变，而时效态合金的显微组织无明显变化；喷丸处理后，淬火态合金的表层残余压应力最小，炉冷态的最大；淬火态合金的硬度最低，导致由喷丸处理所产生的塑性变形范围最大，表面粗糙度最大；炉冷态合金经喷丸处理后的表面硬度最大，塑性变形范围较小；500℃时效处理合金的硬度最高，喷丸处理后其表面粗糙度最小，时效温度升至540℃时，合金的硬度和塑性变形范围均减小。
材料性能及应用
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  不同厚度电镀铬层的组织及性能

  詹瑞秋, 吴益文, 汪宏斌, 陈怡, 周潇, 秦子威

  机械工程材料. 2018, 42(3): 43-47. https://doi.org/10.11973/jxgccl201803008

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  为了改善电镀厚铬层气密性差的现状，采用工厂现行的电镀工艺在基体表面制备不同厚度的铬层，研究了不同厚度铬层的表面内应力、硬度、晶粒大小和织构。结果表明：随着厚度的增加，铬层表面内应力呈波动性变化，且表面内应力均为拉应力；随着厚度的增加，铬层中的大尺寸晶粒增多，但平均晶粒尺寸变化不大，均为8.5 μm左右；随着铬层厚度的增加，（110）晶面织构逐渐退化，（200）晶面织构逐渐增强；随着铬层厚度的增加，铬层硬度先缓慢增大，当铬层厚度由22.51 μm增加到46.02 μm时则迅速增大，随后又缓慢增大。
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  Q235钢表面超音速电弧喷涂制备FeCrBSiNi耐磨涂层的性能

  伏利, 陈小明, 刘伟, 毛鹏展, 马红海

  机械工程材料. 2018, 42(3): 48-51. https://doi.org/10.11973/jxgccl201803009

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  以FeCrBSiNi丝材为原料，利用自有专利技术的超音速电弧喷枪及喷涂装置在工业锅炉用Q235钢表面制备FeCrBSiNi涂层，研究了涂层的孔隙率、微观形貌、显微硬度、耐磨性能和结合强度。结果表明：超音速电弧喷涂制备的FeCrBSiNi涂层的孔隙率为0.71%，涂层与基体的结合界面相对平整，涂层没有明显的分层现象，涂层结构致密，孔洞较少；FeCrBSiNi涂层的平均显微硬度为720 HV0.3，远高于基体Q235钢的；涂层与基体以机械结合为主，结合强度可达到60 MPa；摩擦磨损试验后，基体的质量损失是涂层的28倍，涂层的耐磨性能远优于基体的。
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  6061铝合金激光填丝焊接接头的组织与力学性能

  姜亦帅, 杨尚磊, 王妍, 杨智华

  机械工程材料. 2018, 42(3): 52-56. https://doi.org/10.11973/jxgccl201803010

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  通过显微硬度计、拉伸试验机、扫描电镜和X射线衍射仪等研究了激光填丝焊接6 mm厚6061铝合金接头的显微组织和力学性能。结果表明：焊缝中心区域的显微组织为等轴晶，由α-Al固溶体组成，无β（Mg₂Si）强化相析出，近熔合区的焊缝组织为柱状晶；焊接接头焊缝的硬度最低，约为73 HV，母材的硬度最高，约为110 HV，随着距焊缝中心距离的增大，热影响区的硬度先呈波浪式增大，在距焊缝中心2.2～3.8 mm处有所下降，此外为热影响区软化区，在距焊缝中心3.8～4.4 mm处又快速增大；焊接接头的抗拉强度为234 MPa，约为母材的71%，高于熔化极惰性气体保护焊接接头的；焊接接头均在焊缝处断裂，接头与母材均为韧性断裂。
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  大变形热轧制备超细晶TC4钛合金的组织与性能

  姚学峰, 付立铭, 单爱党

  机械工程材料. 2018, 42(3): 57-61,66. https://doi.org/10.11973/jxgccl201803011

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  在70 t轧机上，以1 100℃为开轧温度，采用2~4道次大变形轧制方式制备超细晶TC4钛合金，研究了变形量（60%~90%）对该合金组织和性能的影响。结果表明：TC4钛合金中的α和β相片层状组织在热轧过程中因动态再结晶被分解成超细晶组织，由于动态再结晶不完全，组织中存在残留位错；随着变形量增加，超细晶的数量增加且晶粒尺寸减小，合金强度增大，且塑性保持良好，拉伸断裂方式均为韧性断裂；经变形量为90%的大变形热轧后，得到了高强高韧超细晶TC4钛合金，其平均晶粒尺寸约150 nm，抗拉强度达1 135 MPa，伸长率超过9%。
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  湿热老化对T700/TDE-85复合材料层间剪切强度的影响

  双超, 刘璐璐, 赵振华, 关玉璞, 陈伟

  机械工程材料. 2018, 42(3): 62-66. https://doi.org/10.11973/jxgccl201803012

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  对T700碳纤维/TDE-85环氧树脂（T700/TDE-85）复合材料进行人工加速湿热老化试验，研究了复合材料的吸湿特性和层间剪切强度随老化时间的变化规律，分析了吸湿率与层间剪切强度的关系，并观察了复合材料的表面和断口形貌。结果表明：当老化1 369 h左右时，复合材料达到饱和吸湿状态，饱和吸湿率为0.74%，水分子在复合材料中的扩散系数为5.6×10^-5 mm²·s^-1；在湿热老化初期，随老化时间的延长，复合材料层间剪切强度下降幅度较大，当达到饱和吸湿状态后，层间剪切强度下降幅度变小；复合材料层间剪切强度保持率与吸湿率呈近似线性关系；随老化时间的延长，复合材料的裂纹由层内向层间发展。
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  铬含量对Ni-10Al-xCr-0.6Y₂O₃合金高温抗氧化性能及室温力学性能的影响

  刘质彬, 赖灿伟, 农彬艺, 闫海居, 李伟洲, 梁天权, 张修海

  机械工程材料. 2018, 42(3): 67-73. https://doi.org/10.11973/jxgccl201803013

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  利用粉末冶金方法制备了名义成分（质量分数/%）为Ni-10Al-xCr-0.6Y₂O₃（x=5，10，15，20）合金，研究了铬含量对烧结后合金物相组成、显微组织、高温抗氧化性能及室温力学性能的影响。结果表明：随着铬含量的增加，合金中的孔洞减少，相对密度增大，硬度和抗弯强度提高；当烧结温度为1 270℃、铬质量分数为20%时合金的性能最优，硬度和抗弯强度分别为352 HV和1 605 MPa；高含量铬促进了连续致密Al₂O₃保护膜的生成，从而降低了合金的氧化速率，提高了合金的高温抗氧化性能。
物理模拟与数值模拟
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  P92钢在内压和拉伸组合加载下的蠕变行为

  蓝翔, 徐鸿, 李梦阳, 倪永中

  机械工程材料. 2018, 42(3): 74-79. https://doi.org/10.11973/jxgccl201803014

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  采用内压和拉伸组合加载方法，在650℃下对P92钢管状试样进行了不同多轴度的蠕变试验并利用改进的Kachanov-Robatnov蠕变模型对其蠕变行为进行有限元模拟，观察了断口形貌和显微组织，分析了多轴度对P92钢应力分布和损伤发展的影响。结果表明：在内压和拉伸组合加载下，当外壁等效应力相同时，多轴度越大，P92钢的蠕变寿命越短；多轴度对P92钢蠕变孔洞的生长具有促进作用；改进的Kachanov-Robatnov蠕变模型可以准确地描述P92钢的蠕变行为；在蠕变过程中，多轴度影响应力的分布，进而影响损伤的分布，多轴度大的位置其损伤程度也大。
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  搅拌头转速对2024-T3铝合金搅拌摩擦焊接中晶粒生长的影响

  张昭, 胡超平

  机械工程材料. 2018, 42(3): 80-86. https://doi.org/10.11973/jxgccl201803015

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  采用三维蒙特卡洛模型模拟2024-T3铝合金搅拌摩擦焊接时焊核区的晶粒生长过程，建立蒙特卡洛步数与焊接区域温度历程、时间历程的关系，对不同搅拌头转速下焊核区晶粒尺寸的变化进行模拟，并通过相同焊接条件下晶粒尺寸的试验值对其进行验证。结果表明：三维蒙特卡洛模型可以较好地反映不同搅拌头转速下焊核区的晶粒尺寸变化，平均晶粒尺寸的模拟预测值与试验值吻合良好；焊核区平均晶粒尺寸随搅拌头转速的增加而增大；在相同搅拌头转速下，搅拌头前进侧的平均晶粒尺寸略大于后退侧的，焊核区中缝处上表面的平均晶粒尺寸最大。
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  基于多因子交互作用的PP/EPDM复合材料注射成型工艺优化

  王冠, 王旭林, 寇琳媛, 易杰, 刘志文, 徐从昌, 李落星

  机械工程材料. 2018, 42(3): 87-94. https://doi.org/10.11973/jxgccl201803016

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  通过Moldflow仿真软件建立了汽车侧踏板聚丙烯/三元乙丙烯（PP/EPDM）复合材料端盖注射成型仿真模型，采用析因设计筛选出对工件翘曲、体积收缩、表面缩痕等缺陷影响最显著的主因子与交互因子，应用正交试验设计方法模拟得到最佳注射成型工艺，并进行了验证。结果表明：对目标值影响显著的主因子为熔体温度、模具温度、注射时间、保压时间和保压压力，交互因子为熔体温度与模具温度、注射时间与保压时间；最优注射成型工艺为熔体温度220℃、模具温度40℃、注射时间2 s、保压时间25 s、保压压力60 MPa，模拟得到的最大翘曲量比原工艺方案的减小了33.21%，体积收缩率降低了39.61%，表面质量显著提高。