2019年, 第43卷, 第1期　
刊出日期：2019-01-20

  

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  机械工程材料. 2019, 43(1): 0-0.

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综述
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  Sanicro 25耐热钢的研究现状及应用前景

  张新, 蔡文河, 杜双明, 张坤

  机械工程材料. 2019, 43(1): 1-7. https://doi.org/10.11973/jxgccl201901001

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  综述了Sanicro 25耐热钢的显微组织、低温和高温力学性能、耐腐蚀性能、加工性能、焊接性能等，并对Sanicro 25耐热钢的应用现状进行了总结，对Sanicro 25耐热钢的应用前景进行了展望。
试验研究
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  放电等离子烧结聚晶立方氮化硼刀具的性能

  李剑, 马尧, 梁力行, 王海龙, 张锐

  机械工程材料. 2019, 43(1): 8-12. https://doi.org/10.11973/jxgccl201901002

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  采用溶胶凝胶法在立方氮化硼（cBN）表面包裹SiO₂，以铝粉、碳化硼粉和炭粉为烧结助剂，利用放电等离子烧结（SPS）技术在压力100 MPa和1 700℃保温10 min的条件下制备聚晶立方氮化硼（PcBN），研究了PcBN的烧结性能、物相组成、微观形貌、力学性能以及所制备刀具的切削性能。结果表明：烧结助剂、原位反应和cBN颗粒活化等因素的共同作用促进了PcBN的致密化，其相对密度为97%；PcBN的主晶相为cBN，同时还存在SiO₂、Al₃BC₃、SiC相；PcBN的硬度为（38±3.5）GPa，抗弯强度为（425±23）MPa；在相同切削速度下，所制备的PcBN刀具前刀面的崩损面积以及后刀面的磨损带长度均小于日本知名公司所产PcBN（BN11）刀具的，当切削速度由200 m·min^-1增加到400 m·min^-1时，所制备的PcBN刀具的磨损程度轻于BN11刀具的，PcBN刀具的切削性能优于BN11刀具的。
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  B2相FeAl合金的电化学氢扩散行为

  罗朝以, 王锡胜, 张桂凯, 黄广棋, 杨飞龙, 向鑫, 胡梅娟, 唐涛

  机械工程材料. 2019, 43(1): 13-18. https://doi.org/10.11973/jxgccl201901003

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  以铁粉和铝粉为原料，应用粉末冶金方法制备了B2相FeAl合金，采用电化学方法研究了B2相FeAl合金的电化学氢扩散行为。结果表明：制备所得B2相FeAl合金中的孔洞少而小，组织中出现类似于珠光体的黑白相间条状亚结构的偏析区域，且偏析区域的铝含量高于未偏析区域的；不同阴极充氢电流密度下的稳态氢扩散电流密度均略小于极限氢扩散电流密度；在B2相FeAl合金中氢的扩散通量、有效扩散系数、溶解度均随着阴极充氢电流密度的增加而增大；在阴极充氢电流的作用下，充氢端一侧合金表面的氢脱附反应速率常数远大于吸附反应速率常数，只有极少数的氢能够吸附到合金表面并渗入到合金中，说明在室温水汽环境下B2相FeAl合金氢脆的发生较为缓慢。
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  辅助蒸汽驱油环境中CO₂分压对N80钢腐蚀行为的影响

  董宝军, 曾德智, 石善志, 于会永, 陈禹欣, 鲁文婷

  机械工程材料. 2019, 43(1): 19-22,26. https://doi.org/10.11973/jxgccl201901004

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  采用高温高压釜模拟CO₂辅助蒸汽驱油注气井的工况条件，在温度160℃和CO₂分压1~4 MPa条件下，对N80钢进行了挂片腐蚀试验，研究了CO₂分压对其腐蚀行为的影响。结果表明：随着CO₂分压的升高，腐蚀速率先升高后降低，并在CO₂分压为2 MPa时达到最大，其值为0.073 7 mm·a^-1；N80钢腐蚀产物的主要成分是FeCO₃和少量Fe₂O₃，随着CO₂分压的升高，FeCO₃晶体尺寸减小，当CO₂分压为3~4 MPa时FeCO₃晶体发生融合；在试验条件下，N80钢的腐蚀速率在0.034 7~0.073 7 mm·a^-1范围，均小于油田腐蚀速率控制指标（0.076 mm·a^-1），满足CO₂辅助蒸汽驱油注气井油套管的性能要求。
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  汽车用6061铝合金板的搅拌摩擦加工改性

  黄芳, 张雪晖, 叶建美

  机械工程材料. 2019, 43(1): 23-26. https://doi.org/10.11973/jxgccl201901005

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  采用搅拌摩擦加工对汽车用6061铝合金板进行改性处理，研究了不同旋转速度（300~1 100 r·min^-1）和行进速度（120~300 mm·min^-1）下铝合金的拉伸性能和耐腐蚀性能。结果表明：在行进速度为300 mm·min^-1条件下，随着旋转速度的增大，6061铝合金的抗拉强度和屈服强度先增大后减小，伸长率呈曲折变化趋势，自腐蚀电位先正移后负移，且当旋转速度为600 r·min^-1时，抗拉强度和屈服强度最大，自腐蚀电位最正；在旋转速度为600 r·min^-1条件下，随着行进速度的增大，6061铝合金的抗拉强度和屈服强度增大，伸长率先减小后增大，自腐蚀电位先正移后负移，且当行进速度为300 mm·min^-1时，抗拉强度和屈服强度最大，自腐蚀电位最正；旋转速度和行进速度分别为600 r·min^-1、300 mm·min^-1时，6061铝合金的拉伸性能和耐腐蚀性能最优。
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  不同温度退火后含铌钛IF钢的织构演变及其与塑性应变比和加工硬化指数的关系

  董登超, 刘志桥, 张珂, 岑风

  机械工程材料. 2019, 43(1): 27-30. https://doi.org/10.11973/jxgccl201901006

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  对72%冷轧压下率的含铌钛IF钢分别进行790，850，910℃的连续退火处理，采用X射线衍射仪、拉伸试验机等对IF钢板不同厚度层的织构极密度与含量、塑性应变比、加工硬化指数进行了分析，研究了不同温度退火后织构的演变及其与塑性应变比和加工硬化指数的关系。结果表明：随着退火温度的升高，退火后IF钢中{001}〈110〉织构减弱，{111}〈112〉、{111}〈110〉织构均增强，且{111}〈110〉织构增强的速率比{111}〈112〉织构的快；不同温度退火后，IF钢中的织构沿厚度层均匀分布；随着退火温度的升高，{111}面织构增多，{100}面织构减少，{111}和{100}面织构体积比增大，塑性应变比呈非线性增加趋势，加工硬化指数变化不大；当退火温度为850℃时，塑性应变比各向异性系数最小，织构分布最均匀。
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  热镀锌板隐形锌渣缺陷的典型特征及控制措施

  陈刚, 但斌斌, 严开勇, 容芷君, 颜飞, 孙方义

  机械工程材料. 2019, 43(1): 31-35. https://doi.org/10.11973/jxgccl201901007

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  采用扫描电子显微镜和能谱仪研究了热镀锌板中5种隐形锌渣缺陷的微观形貌和微区化学成分，并提出了相应的控制措施。结果表明：热镀锌板中的隐形锌渣缺陷主要包括富铝-锌类、富铁-铝类、富铁-锌类、残铁类、ZnO类等5种；富铝-锌类锌渣缺陷呈灰白相间的疏松状；富铁-铝类锌渣缺陷呈灰白色的针状或片状，分布较分散；富铁-锌类锌渣与锌层混杂，或以颗粒状嵌入锌层中；残铁类锌渣缺陷呈黑色或深灰色线状或片状，分布较集中；ZnO类锌渣缺陷主要由嵌入锌层的ZnO形成，呈连续片状，分布较分散；在采用高铝控制工艺、设备优化和调节、露点控制和定期清理锌灰等方法后，热镀锌板的整体平均返修率由40%降低至6.88%，其表面质量得到明显提高。
新材料 新工艺
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  梳理器材用高品质微合金钢的成分设计及性能

  陆忠, 雍岐龙, 卓城之, 李昭东, 钱冬燕, 张永清

  机械工程材料. 2019, 43(1): 36-39. https://doi.org/10.11973/jxgccl201901008

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  根据梳理器材针布梳针的性能需求，以及高碳钢的强韧化原理和微合金化原理，设计成分并制备了新型针布梳针用GRST-5钢，研究了其冷加工性能、硬度、显微组织和耐磨性能，并与传统80WV钢梳针进行了对比。结果表明：设计的GRST-5钢中铌质量分数为0.030%~0.040%，钒质量分数为0.08~0.12%；与80WV钢相比，GRST-5钢的冷加工性能更好，中间生产工序减少，生产成本得到显著降低；GRST-5钢梳针齿尖的平均硬度达到820.25 HV，比80WV钢的提高了约30 HV；GRST-5钢梳针的显微组织为隐晶马氏体，奥氏体晶粒尺寸为3~5 μm；GRST-5钢梳针的耐磨性能与80WV钢的相当，GRST-5钢可替代80WV钢来生产针布梳针。
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  舰船艉轴架电弧熔丝3D打印用金属型药芯丝材的研制

  宋守亮, 余圣甫, 史玉升, 代轶励

  机械工程材料. 2019, 43(1): 40-44,49. https://doi.org/10.11973/jxgccl201901009

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  通过合金化体系设计舰船艉轴架电弧熔丝3D打印用金属型药芯丝材，研究了其在堆积电流155~250 A、堆积电压23~29 V下的工艺性能及堆积金属的显微组织和力学性能；用该药芯丝材打印出舰船艉轴架模拟件，分析了该模拟件的尺寸精度。结果表明：药芯丝材的成形性能良好，电弧稳定，飞溅率小于2.5%；堆积金属的显微组织由珠光体、块状铁素体和板条贝氏体组成，贝氏体板条最大宽度约为0.80 μm，板条内部有高密度位错和碳化物；沿堆积方向堆积金属的屈服强度为550 MPa，抗拉强度为651 MPa，-20℃冲击吸收功为58 J，垂直于堆积方向的屈服强度为538 MPa，抗拉强度为642 MPa，-20℃冲击吸收功为60 J；与ZG510钢相比，堆积金属具有更好的强韧性；舰船艉轴架模拟件没有出现裂纹、气孔等缺陷，尺寸偏差在1 mm以内。
材料性能及应用
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  GH4169镍基高温合金的高温低周疲劳损伤机理

  王磊, 刘颜铭, 陈刚, 刘俊

  机械工程材料. 2019, 43(1): 45-49. https://doi.org/10.11973/jxgccl201901010

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  对经过固溶+双时效热处理后的GH4169镍基高温合金进行650℃高温低周疲劳试验，研究了不同应力幅（550，600，650 MPa）下的循环响应特性，并观察了疲劳断口和二次裂纹形貌，分析了不同应力幅下的损伤机理。结果表明：不同应力幅下试验合金均表现出循环软化特性，且随着应力幅的增加，循环软化程度增强；当应力幅为550 MPa时，裂纹的扩展模式为穿晶扩展，二次裂纹主要在夹杂物和滑移带处萌生；当应力幅为650 MPa时，裂纹的扩展模式为穿晶-沿晶混合扩展，二次裂纹主要萌生于晶界和滑移带处；试验合金的变形机制由低应力幅时的平面滑移向高应力幅的交滑移转变。
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  不同焊接速度下2024铝合金搅拌摩擦焊接头的显微硬度与拉伸性能

  霍仁杰, 金玉花, 王广山, 李海龙

  机械工程材料. 2019, 43(1): 50-53. https://doi.org/10.11973/jxgccl201901011

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  对5 mm厚2024铝合金板进行了不同焊接速度（20~100 mm·min^-1）下的搅拌摩擦焊，研究了焊接接头的显微硬度与拉伸性能。结果表明：接头在垂直于焊缝方向上的显微硬度整体呈W形分布，焊核区显微硬度高于热影响区与热机影响区的，但仍低于母材的，热影响区和热机影响区过渡位置的显微硬度最低；随焊接速度的增大，焊核区的平均显微硬度升高，焊接接头的抗拉强度和伸长率均呈先增大后略微降低的趋势；当焊接速度为80 mm·min^-1时，抗拉强度和伸长率均达到最大值，分别为347.2 MPa和7.8%；接头在热机影响区与热影响区边界发生剪切断裂，断裂位置与显微硬度最低位置相吻合，接头的断裂方式为韧性断裂。
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  不同焊接工艺下FB780钢焊接接头热影响区的显微组织和冲击韧性

  朱浩, 张梅, 叶青亮

  机械工程材料. 2019, 43(1): 54-57,63. https://doi.org/10.11973/jxgccl201901012

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  用Gleeble-3500型热模拟试验机模拟单道次焊接条件下FB780钢焊接接头热影响区（HAZ）的热循环过程，研究了在不同焊接峰值温度及不同t_8/5（由800℃冷却到500℃的时间）下HAZ的显微组织，并测试了不同焊接条件下HAZ的显微硬度和冲击韧性。结果表明：在t_8/5相同的条件下，随着峰值温度的升高，HAZ组织粗化；当峰值温度一定时，随着t_8/5的增加，铁素体板条变宽并逐渐融合，M/A组元粗化，粗大铁素体晶粒与细小准多边形铁素体晶粒混合，组织的均匀性恶化；在相同的峰值温度条件下，HAZ的硬度和冲击功均随着t_8/5的增加而降低；在峰值温度为1 175℃，t_8/5为6 s条件下，HAZ的低温（-20℃）冲击断口形貌为韧窝花样，韧窝尺寸较大，HAZ的低温韧性与母材的相匹配，同时硬度较高，该工艺为最佳的单道次焊接工艺。
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  不同工艺制备镍基合金涂层的耐高温磨损性能

  刘栋, 张磊, 刘哲, 李秉忠

  机械工程材料. 2019, 43(1): 58-63. https://doi.org/10.11973/jxgccl201901013

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  以商用Ni60合金粉为涂层材料，采用火焰重熔、等离子堆焊、中频感应重熔等3种工艺在45钢基体上制备镍基合金涂层，研究了其物相组成、显微组织、显微硬度和耐高温磨损性能。结果表明：制备的镍基合金涂层的孔隙率均较低；火焰重熔和中频感应重熔涂层中的硬质相主要为均匀分布的碳化物，但中频感应重熔涂层的晶粒较小，显微硬度较高；等离子堆焊涂层的晶粒粗大，硬质相以粗大的硼化物为主，且偏聚严重，显微硬度最低；中频感应重熔涂层的耐高温磨损性能最好，其磨损形式为黏着磨损和磨粒磨损，火焰重熔涂层的耐高温磨损性能稍差，其磨损形式主要为黏着磨损，等离子堆焊涂层的耐高温磨损性能最差，其磨损形式为黏着磨损和疲劳磨损。
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  瞬时液相扩散焊双温和三温工艺下T91钢接头的显微组织与力学性能

  陈思杰, 丁光柱, 李报, 赵丕峰

  机械工程材料. 2019, 43(1): 64-68. https://doi.org/10.11973/jxgccl201901014

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  分别采用瞬时液相扩散焊双温及三温工艺对T91钢管进行了焊接，采用扫描电镜、能谱仪、电子万能力学试验机、摆锤冲击试验机及弯曲试验机等研究了接头的显微组织、元素分布、力学性能等。结果表明：2种工艺下T91钢接头的成形质量均较好；双温工艺下接头焊缝近似直线，接头有钎焊特征，焊缝处镍元素富集导致黑色脆性相的生成；三温连接接头焊缝呈曲线状，镍元素得到均匀化扩散，接头的组织、成分与母材的相似；三温工艺下接头的抗拉强度为660 MPa，冲击功为25.7 J，三点弯曲180°而不裂，力学性能比双温工艺下的有显著提高；双温工艺下接头的断裂形式为韧-脆性混合断裂，三温工艺下的为典型的韧性断裂。
物理模拟与数值模拟
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  新型TA32钛合金板的高温拉伸变形行为

  龚宗辉, 谢兰生, 陈明和, 叶建华

  机械工程材料. 2019, 43(1): 69-74. https://doi.org/10.11973/jxgccl201901015

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  在变形温度650~850℃、应变速率0.001~0.100 s^-1条件下对TA32钛合金板进行高温拉伸试验，研究了变形温度和应变速率对合金高温拉伸变形行为的影响；基于修正的Hooke定律和Grosman方程建立TA32钛合金的高温流变本构方程并进行试验验证。结果表明：TA32钛合金的流变应力受变形温度和应变速率的影响显著，变形温度的升高和应变速率的降低均会使流变应力减小；在变形温度650℃、应变速率0.100 s^-1下，合金的抗拉强度为680 MPa，约为常温抗拉强度的80%，合金仍具有较高的强度；当变形温度由750℃升至850℃时，合金伸长率的增长幅度和强度的下降幅度均较明显，合金塑性较好；采用建立的高温流变本构方程计算得到的真应力-真应变曲线与试验结果基本吻合，其相关系数和平均相对误差分别为0.979 4和11.1%，该本构模型可较好地描述TA32钛合金的高温拉伸变形行为。
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  GH4169高温合金的动态力学行为及其本构关系

  刘晓, 闫欢松, 孔祖开, 赵振华, 刘璐璐, 陈伟

  机械工程材料. 2019, 43(1): 75-81. https://doi.org/10.11973/jxgccl201901016

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  采用材料试验机对GH4169高温合金光滑试样与缺口试样进行应变速率为0.000 1~0.010 0 s^-1下的室温准静态拉伸试验，再利用分离式霍普金森拉、压杆装置进行温度为20~400℃、应变速率为1×10²~4×10³ s^-1下的动态拉伸、压缩试验，得到准静态和动态下的真应力-真应变曲线与失效应变；根据试验数据，采用分步拟合法确定了Johnson-Cook材料模型和失效模型参数，基于Johnson-Cook模型对动态压缩行为进行模拟，并进行试验验证。结果表明：GH4169高温合金的屈服强度随应变速率的增大而增大，随试验温度的升高而降低，该合金具有应变速率强化效应和温度软化效应；模拟结果与试验结果吻合得较好，真应力-真应变曲线的最大相对误差为5.91%，表明经修正后的Johnson-Cook模型可较好地描述GH4169高温合金的动态力学行为。
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  核电蒸汽发生器传热管/管板接头传热管内壁的焊接残余应力分布

  李明, 林健, 雷永平, 刘晓佳, 鲁立

  机械工程材料. 2019, 43(1): 82-86. https://doi.org/10.11973/jxgccl201901017

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  采用自行搭建的管道内壁残余应力测试平台，通过切割法测得核电蒸汽发生器传热管/管板接头传热管内壁的焊接残余应力，结合有限元模拟，研究了传热管内壁焊接残余应力的分布规律。结果表明：试验测得传热管/管板接头中传热管内壁近焊缝处的轴向和周向残余应力均为拉应力，随着距焊缝中心线距离的增加，残余拉应力减小并变为压应力，在距离焊缝中心线12 mm处，残余压应力最大，在距离焊缝中心线21 mm处残余应力减小至焊前初始应力；传热管内壁焊接残余应力分布的模拟结果和试验结果基本吻合，该有限元模型可以准确模拟核电蒸汽发生器传热管/管板接头传热管内壁焊接残余应力的分布规律。