2018年, 第42卷, 第5期　
刊出日期：2018-05-20

  

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  机械工程材料. 2018, 42(5): 0-0.

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试验研究
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  电子束精炼Inconel718合金的高温氧化行为

  魏鑫, 赵龙海, 谭毅, 游小刚, 石爽, 尤启凡

  机械工程材料. 2018, 42(5): 1-8,13. https://doi.org/10.11973/jxgccl201805001

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  对真空感应熔炼的Inconel718合金进行了电子束精炼，在900，1 000 ℃空气中对电子束精炼前后的合金进行了恒温氧化试验，对比分析了其高温氧化行为。结果表明：电子束精炼后，合金在900 ℃氧化120 h后的平均氧化速率为0.366 20 g·m^-2·h^-1，低于精炼前的，氧化激活能为280.90 kJ·mol^-1，高于精炼前的；900 ℃和1 000 ℃氧化120 h后，电子束精炼合金氧化膜的外层由Cr₂O₃和TiO₂组成，中间层主要含有Cr₂O₃以及少量的TiO₂和NiCr₂O₄尖晶石，内层主要含有Al₂O₃；电子束精炼合金中微量杂质元素的含量较低且均匀分布，晶粒尺寸较大，合金的抗氧化性能较好。
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  高温热暴露时FGH97粉末高温合金中γ'相的演变及其定量表征

  刘昌奎, 周静怡, 魏振伟, 陈锋, 陶春虎

  机械工程材料. 2018, 42(5): 9-13. https://doi.org/10.11973/jxgccl201805002

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  对FGH97粉末高温合金进行650 ℃保温不同时间的热暴露试验，采用扫描电镜分析显微组织的演变规律，并对演变过程中的γ'相进行定量表征。结果表明：随着热暴露时间的延长，FGH97粉末高温合金中的γ'相由规则的方形、三角形变为蝶形或八角形，再变为条状、棒状等不规则形状，一部分二次γ'相出现开裂现象，同时晶内的三次γ'相数量减少；随着热暴露时间的延长，FGH97粉末高温合金中γ'相的平均等效直径先增大后减小，形状因子减小，体积分数增大，晶界处聚集的γ'相明显增多。
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  等离子体源渗氮奥氏体不锈钢的摩擦磨损行为

  李广宇, 曾心睿, 王楠, 谷雪忠, 方子奇

  机械工程材料. 2018, 42(5): 14-19. https://doi.org/10.11973/jxgccl201805003

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  采用等离子体源渗氮技术对AISI 316奥氏体不锈钢进行450 ℃×6 h改性处理，通过干摩擦磨损试验对比研究了该不锈钢基体和表面改性层在不同载荷下与Si₃N₄陶瓷球摩擦副对磨时的摩擦磨损行为，观察了磨损形貌，并对其磨损机制进行了分析。结果表明：等离子体源渗氮后，试验钢表面形成了厚度约17 μm的单一面心立方结构的高氮γ_N相改性层，改性层中氮元素的原子分数为15%~20%，最大显微硬度约1 510 HV0.01；与基体相比，在相同载荷下γ_N相改性层具有相当或更低的摩擦因数，且比磨损率均降低一个数量级以上，耐磨性能显著提高；基体的磨损机制主要为黏着磨损，而γ_N相改性层在较低载荷（2~4 N）下的磨损机制主要为氧化磨损，在较高载荷（6~8 N）下的主要为磨粒磨损。
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  AZ31B镁合金/6061铝合金异质金属连接件整体微弧氧化膜的制备及其结构

  周吉学, 陈燕飞, 宋晓村, 刘洪涛, 杨院生

  机械工程材料. 2018, 42(5): 20-26,31. https://doi.org/10.11973/jxgccl201805004

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  对AZ31B镁合金和6061铝合金异质金属铆接件进行了微弧氧化，研究了不同时间微弧氧化膜的微观形貌、物相组成、电化学性能、硬度等，对比分析了微弧氧化过程中镁合金、铝合金表面氧化膜的形成过程。结果表明：经过10 min的微弧氧化后，该连接件整体被氧化膜包裹，氧化膜与2种合金基体均紧密连接，且均由致密层和疏松层组成；镁合金表面氧化膜主要由MgO、少量硅酸盐和氟化物组成，而铝合金表面氧化膜主要由Al₂O₃及少量硅酸盐组成；微弧氧化提高了连接件中镁合金、铝合金的腐蚀电位，降低了二者的腐蚀电位差，有效缓解了电偶腐蚀的发生。
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  X70管线钢表面镍基合金堆焊层/母材界面的显微组织及氢致开裂行为

  于俊峰, 杨光, 王晶, 邢云颖, 王修云

  机械工程材料. 2018, 42(5): 27-31. https://doi.org/10.11973/jxgccl201805005

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  采用手工非熔化极惰性气体钨极保护焊将ERNiCrMo-3镍基合金焊丝堆焊于X70管线钢表面，分析了堆焊层/母材界面处的显微组织、元素分布和硬度分布，并采用电解充氢方法研究了氢致裂纹萌生位置和扩展方式。结果表明：X70管线钢表面镍基合金堆焊层/母材界面热影响区中细晶区的组织为细小铁素体和少量珠光体，靠近熔合线粗晶区的组织为粗大的铁素体，熔合区的组织为马氏体，堆焊层的组织为树枝状奥氏体；堆焊层冲击断口呈韧性断裂特征，母材断口呈解理或准解理脆性断裂特征，熔合区断口呈由浅韧窝+准解理组成的具有变形特征的混合过渡特征；堆焊层和熔合区的硬度均高于母材的；堆焊层表面氢致裂纹萌生于Al₂O₃和单质硅夹杂物处，扩展方式为沿晶和穿晶扩展。
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  热镀55% Al-Zn钢板的耐热性能

  温乃盟, 任玉苓

  机械工程材料. 2018, 42(5): 32-34,39. https://doi.org/10.11973/jxgccl201805006

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  对热镀55%Al-Zn钢板分别进行了300，350，400，450 ℃的烘烤处理，研究了不同温度烘烤24 h后其表面镀层的光泽度、单位面积质量、形貌、化学成分、结合性能等的变化，分析了该钢板的耐热性能。结果表明：在不超过350 ℃下烘烤24 h后，镀层未发生任何变化；当在400 ℃烘烤24 h后，镀层的光泽度略微下降，表面出现裂纹，但表面形貌、化学成分、单位面积质量和结合性能均未发生明显变化；当在450 ℃烘烤24 h后，镀层的光泽度显著降低，单位面积质量明显减小，结合性能变差，部分镀层脱落。
新材料 新工艺
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  新型无铅Na_0.5Y_0.5TiO₃铁电薄膜的制备及性能

  刘修锋, 葛洋洋, 葛大勇, 李佳慧, 郭聪, 代秀红, 刘保亭

  机械工程材料. 2018, 42(5): 35-39. https://doi.org/10.11973/jxgccl201805007

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  采用射频磁控溅射法在[001]取向的掺铌钛酸锶（Nb：STO）单晶衬底上制备Na_0.5Y_0.5TiO₃（NYT）铁电薄膜，研究了该铁电薄膜的物相组成、显微结构、铁电性能、电输运性能。结果表明：NYT薄膜具有[001]取向的外延结构，其表面平整，界面清晰，结晶质量良好；NYT薄膜具有铁电性能，其剩余极化强度为0.3 μC·cm^-2，矫顽场为178 kV·cm^-1；NYT薄膜/电极界面存在肖特基势垒，反偏状态的肖特基结能够显著降低NYT薄膜的漏电流密度，提高其耐压强度，肖特基结处于正偏状态时的电流传导符合陷阱态控制的空间电荷限制电流机制。
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  316L不锈钢粉选择性激光熔化成形工艺及成形后的性能

  刘艳, 李宗义, 张晓刚, 张昊

  机械工程材料. 2018, 42(5): 40-44. https://doi.org/10.11973/jxgccl201805008

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  对316L不锈钢粉进行选择性激光熔化成形，利用正交试验方法分析激光功率、扫描速度和扫描间距对成形试样相对密度、拉伸性能和微观形貌的影响，得到了最佳工艺参数。结果表明：成形试样的抗拉强度、屈服强度和相对密度均随激光功率或扫描速度的增加先增后降，随扫描间距的增加而增大；伸长率随激光功率的增加先降后增，随扫描速度的增加而增大，随扫描间距的增加变化很小；最佳工艺参数组合为激光功率310 W，扫描速度960 mm·s^-1，扫描间距0.13 mm；在最佳工艺下成形后试样的相对密度、抗拉强度和屈服强度均最大，分别为99.53%，613 MPa和320 MPa，伸长率为44.6%，成形试样的表面平整，孔隙较小，拉伸断口上的韧窝细小均匀，且球化现象较少。
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  有序介孔氧化铜的制备及表征

  汤慧利, 任瑜

  机械工程材料. 2018, 42(5): 45-49,77. https://doi.org/10.11973/jxgccl201805009

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  以介孔二氧化硅KIT-6为模板，采用硝酸盐燃烧法制备介孔氧化铜，并用X射线衍射仪、透射电子显微镜、比表面积和孔隙度分析仪等对该介孔氧化铜进行了表征。结果表明：制备的介孔氧化铜具有高度有序的介孔结构和纳米尺度的晶体结构，呈在3.7，10 nm双孔径集中分布的特征；随着烧结温度从300 ℃上升到700 ℃，介孔氧化铜的介孔结构收缩，晶粒尺寸增大，比表面积下降；介孔氧化铜具有稳定的电化学性能和小分子气体吸附性能，其在电流密度100 mA·g^-1下经50次充放电循环后仍具有600 mAh·g^-1以上的放电容量，对NO、CO的吸附容量分别达到1.2，0.75 mmol·g^-1。
材料性能及应用
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  添加铝对退火态高碳铬钢显微组织与性能的影响

  邓素怀, 马跃, 张慧峰, 吕迺冰

  机械工程材料. 2018, 42(5): 50-54. https://doi.org/10.11973/jxgccl201805010

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  对添加质量分数4%铝的高碳铬钢进行退火处理，采用光学显微镜、扫描电镜、硬度计等研究其显微组织和性能，并与不含铝高碳铬钢进行对比。结果表明：添加质量分数4%铝后，高碳铬钢的密度为7.33 g·cm^-3，比不含铝高碳铬钢的减小了6%，临界相变点提高，两相区温度范围扩大，适宜退火温度提高了100 ℃，硬度高于不含铝高碳铬钢的；不含铝高碳铬钢为过共析钢，添加质量分数4%铝的高碳铬钢为亚共析钢，铝完全固溶于铁素体中，改变了第二相的析出顺序，使铁素体相优先于渗碳体相析出。
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  深冷处理对GCr15轴承钢组织及力学性能的影响

  陈叶青, 吴益文, 秦子威, 周潇, 汪宏斌

  机械工程材料. 2018, 42(5): 55-58,62. https://doi.org/10.11973/jxgccl201805011

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  对GCr15轴承钢分别进行淬火+回火，淬火+回火+深冷，淬火+深冷+淬火，淬火+回火+深冷+回火处理，研究了深冷处理对GCr15轴承钢显微组织、硬度和耐磨性能的影响。结果表明：与常规淬火+回火工艺相比，增加深冷处理工序后试样中残余奥氏体含量明显降低，硬度增大，耐磨性提高；淬火+深冷+回火处理试样的残余奥氏体含量最低，硬度最高，耐磨性最好，其磨损量比淬火+回火处理试样的减少了6%；深冷处理提高了GCr15轴承钢的抗疲劳磨损和磨粒磨损的能力。
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  工艺参数对热塑性聚氨酯改性聚甲醛塑料在盐酸中催化分解率的影响

  李天羿, 马超

  机械工程材料. 2018, 42(5): 59-62. https://doi.org/10.11973/jxgccl201805012

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  研究了盐酸质量分数、温度、浸泡时间对不同配方热塑性聚氨酯改性聚甲醛（TPU/POM）塑料催化分解率的影响，确定了TPU/POM塑料分解的最佳工艺参数，并观察了其分解后的形貌。结果表明：TPU/POM塑料试样的分解率随着盐酸质量分数的增大、盐酸温度的升高、浸泡时间的延长而增大；试样中POM完全分解的最佳工艺参数为盐酸质量分数20%、温度50 ℃、浸泡时间6 h或盐酸质量分数20%、温度60 ℃、浸泡时间2 h或3h；在最佳的工艺参数下，随着TPU含量的增加，分解后试样由细小颗粒状变成直径更小的带孔隙圆柱体状。
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  超声加工对球墨铸铁表面粗糙度的影响及其机理

  韩爽, 段海涛, 杨学军, 顾卡丽

  机械工程材料. 2018, 42(5): 63-68,73. https://doi.org/10.11973/jxgccl201805013

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  对球墨铸铁表面进行超声加工处理，通过白光共焦三维显微镜、扫描电子显微镜、光学显微镜和维氏硬度计等研究了加工区和未加工区的三维形貌、表面粗糙度、显微组织等。结果表明：超声加工对试样的尺寸影响很小，可实现连续抛光；加工区与未加工区的交界处有高约30 μm的蝶形凸起；超声加工能显著降低试样的表面粗糙度，轮廓算术平均偏差由加工前的1.465 μm减小到0.948 μm，降低了35.29%；超声加工后，试样表层晶粒明显细化，表面硬度提高，超声加工对试样硬度的影响深度为0.6 mm左右。
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  添加聚四氟乙烯微粉后聚醚醚酮复合材料的摩擦学性能

  蔡振杰, 王佳祺

  机械工程材料. 2018, 42(5): 69-73. https://doi.org/10.11973/jxgccl201805014

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  采用常温机械共混+高温模压方法制备了添加不同含量聚四氟乙烯（PTFE）微粉聚醚醚酮复合材料，研究了其力学性能、摩擦磨损性能及磨损形貌，并探讨了其摩擦磨损机理。结果表明：随PTFE微粉含量的增加，复合材料的洛氏硬度和压缩强度均降低，干摩擦条件下的摩擦因数减小，体积磨损量先降后升，当PTFE微粉质量分数5%时，体积磨损量最低；在油润滑和水润滑条件下复合材料的摩擦因数和体积磨损量均小于干摩擦条件下的，且随PTFE微粉含量的增加，油润滑条件下的体积磨损量下降，而水润滑条件下的增大；在干摩擦条件下复合材料的磨损机制以磨粒磨损为主，并伴有疲劳磨损，在油润滑条件下复合材料表面存在少量片状PTFE磨屑和碳纤维富集，在水润滑条件下复合材料表面被PTFE微片层覆盖，局部存在微裂纹和孔洞。
失效分析
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  核电厂高压缸抽汽管线疏水管道焊缝泄漏原因

  刘蛟, 郑会, 樊钊

  机械工程材料. 2018, 42(5): 74-77. https://doi.org/10.11973/jxgccl201805015

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  某核电厂高压缸抽汽管线疏水管道气动调节阀后的弯头焊缝发生泄漏，通过宏观形貌和显微组织观察、断口形貌分析、振动与应变测试等方法对焊缝进行了失效分析。结果表明：气动调节阀的间歇性开启与关闭使焊缝产生较大的交变应力，应力超过焊缝的疲劳强度，导致疲劳开裂，焊缝中的残余拉应力促进了裂纹扩展；在气动调节阀回路上外加一条疏水管道旁路，将间歇性疏水改为连续疏水，可有效避免此类失效的发生。
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  隔离开关用Al-Mg-Cu合金引流板的腐蚀原因

  缪春辉, 张涛, 陈国宏, 王若民, 李坚林, 汤泉

  机械工程材料. 2018, 42(5): 78-81,86. https://doi.org/10.11973/jxgccl201805016

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  研究了腐蚀后Al-Mg-Cu合金引流板的显微组织、微区成分、电化学腐蚀性能以及腐蚀产物成分等，并与新引流板的进行了对比，分析了其腐蚀失效的原因。结果表明：Al-Mg-Cu合金引流板的腐蚀是由含硫的酸雨引起的，电流热效应导致引流板的组织老化，θ相的析出和粗化使引流板的耐腐蚀性能进一步降低。
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  钢轨轨头纵横裂型核伤的形成原因

  胡杰

  机械工程材料. 2018, 42(5): 82-86. https://doi.org/10.11973/jxgccl201805017

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  利用扫描电子显微镜、光学显微镜、直读光谱仪、拉伸试验机等对某伤损钢轨轨头的断口形貌、显微组织、化学成分、拉伸性能等进行了测试，探讨了纵横裂型核伤的形成原因并提出了解决措施。结果表明：在循环工作应力的作用下，在钢轨轨头轮轨接触应力分布区内沿轧制方向分布的粗大夹杂物处形成条状裂纹源且裂纹发生疲劳扩展，最终形成纵横裂型核伤；提高钢轨钢的纯净度、加强钢轨钢冶金质量的控制和检验、减少和细化钢中非金属夹杂物的数量和尺寸是防止纵横裂型核伤形成的主要措施。