2019年, 第43卷, 第12期　
刊出日期：2019-12-20

  

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  机械工程材料. 2019, 43(12): 0-0.

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试验研究
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  电流辅助累积叠轧镁/铝层状复合板的微观形貌及力学性能

  彭治力, 颜家维, 唐靖钊, 沈耀

  机械工程材料. 2019, 43(12): 1-6. https://doi.org/10.11973/jxgccl201912001

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  采用电流密度约1×10⁸ A·m^-2的电流辅助累积叠轧工艺制备镁/铝层状复合板，研究了不同道次（1～3道次）轧制后的微观形貌和力学性能，揭示了电流辅助工艺对复合板界面结合性能和界面金属间化合物形成的影响。结果表明：电流辅助累积叠轧后，镁/铝界面结合良好，随着叠轧道次的增加，镁层出现越来越严重的颈缩现象；电流的引入抑制了界面金属间化合物的形成，镁/铝界面处元素呈现互扩散特征，形成了厚约3 μm的原子扩散层，且其厚度并未随叠轧道次的增加而明显增大；随着叠轧道次的增加，复合板的抗拉强度和硬度均先增后降，伸长率则持续下降；镁层在电流辅助累积叠轧过程中发生的颈缩断裂以及电流对镁层和铝层的加速再结晶作用，导致3道次叠轧后复合板力学性能的降低。
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  预制止裂线对DT4C工业纯铁疲劳裂纹扩展行为的影响

  张春国, 刘乾坤, 李光尚, 刘荣伟

  机械工程材料. 2019, 43(12): 7-11,18. https://doi.org/10.11973/jxgccl201912002

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  借助ANSYS仿真结果，确定在疲劳裂纹扩展路径上预制“直线-圆”形止裂线的尺寸；在DT4C工业纯铁上加工出标准扩展紧凑拉伸试样，在距其U型切口根部不同距离（L_a分别为6.4，7.0，7.6 mm）处预制止裂线，通过疲劳裂纹扩展试验及疲劳断口分析，研究了L_a对试样疲劳裂纹扩展行为的影响。结果表明：当L_a为7.6 mm时，止裂线的引入降低了裂纹尖端的应力，延长了试样的疲劳寿命；在裂纹尖端到达止裂线位置之前，当L_a为6.4 mm时，止裂线的引入提高了裂纹扩展速率，而当L_a为7.6 mm时则降低了试样的裂纹扩展速率；在裂纹尖端穿过止裂线位置之后，含止裂线试样的裂纹扩展速率均明显降低；不含止裂线和含止裂线试样的裂纹扩展区呈现疲劳辉纹特征，瞬断区呈现韧窝断裂特征。
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  烟炱和灰尘颗粒对紫铜电接触微动磨损性能的影响

  王朋关, 曹中清, 陈海超, 彭金方, 蔡振兵

  机械工程材料. 2019, 43(12): 12-18. https://doi.org/10.11973/jxgccl201912003

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  采用球/平面接触方式，在自制的电接触磨损试验设备上对紫铜进行电接触微动磨损试验，研究了表面附着的烟炱和灰尘颗粒对紫铜电接触微动磨损性能的影响。结果表明：表面附着灰尘颗粒时的接触电阻远高于附着烟炱颗粒的；烟炱颗粒具有减摩作用，其附着数量的增加会降低试样的摩擦因数，灰尘颗粒则相反；烟炱和灰尘颗粒的引入均延缓了试样的微动磨损，磨痕宽度、磨痕深度和磨损量均与附着颗粒的数量呈负相关。
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  304不锈钢晶粒尺寸的超声检测

  侯怀书, 张世玮, 陆顶, 冯振华, 马翠霞

  机械工程材料. 2019, 43(12): 19-23. https://doi.org/10.11973/jxgccl201912004

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  以不同晶粒尺寸的304奥氏体不锈钢试样为研究对象，采用频率5 MHz的超声换能器对其进行水浸横波检测，通过快速傅里叶变换（FFT）分析裂纹缺陷和晶粒反射信号的能量特征，以便排除缺陷信号的干扰；通过超声检测得到无裂纹缺陷试样的相对二阶非线性系数，分析了其与平均晶粒尺寸的关系。结果表明：当在1.6~4.4 MHz频段的能量占比低于1%时，可认为奥氏体不锈钢中无裂纹缺陷存在；相对二阶非线性系数随着奥氏体不锈钢平均晶粒尺寸的增大而减小，因此可利用该参数来表征奥氏体不锈钢的晶粒尺寸。
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  NaCl-KCl基排杂熔剂对A356铝合金熔体的净化及净化后的组织和性能

  宋莉莉, 傅高升, 陈鸿玲, 王火生, 林朝升

  机械工程材料. 2019, 43(12): 24-28,33. https://doi.org/10.11973/jxgccl201912005

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  在NaCl-KCl基净化熔剂中分别添加10% NaF、10% NaF+2% Na₂SO₄+4% Na₂CO₃、3% NaF+2% Na₂SO₄+4% Na₂CO₃+7% Na₃AlF₆（均为质量分数）制备得到3种排杂熔剂（熔剂I、熔剂Ⅱ、熔剂Ⅲ），并对A356铝合金熔体进行净化处理，研究了不同熔剂的净化效果及净化后合金的显微组织和拉伸性能。结果表明：3种排杂熔剂均提高了铝合金的冶金质量，净化处理后的组织中夹杂物含量减少、尺寸减小，铝液中的氢含量降低，合金的抗拉强度和伸长率提高；熔剂Ⅲ的净化效果最佳，且最佳添加量（质量分数）为2%，净化处理后的基体组织均为等轴晶，主要断裂模式为穿晶微孔（韧窝）聚集型韧性断裂。
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  6082铝合金搅拌摩擦焊接头根部缺陷的微观特征

  周平, 戴启雷, 张元杰

  机械工程材料. 2019, 43(12): 29-33. https://doi.org/10.11973/jxgccl201912006

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  采用光学显微镜和扫描电镜对不同焊接速度（200，300，600 mm·min^-1）下6082-T6铝合金搅拌摩擦焊（FSW）接头根部的缺陷进行分析，确定了根部缺陷的微观形貌特征。结果表明：当焊接速度为200 mm·min^-1时，接头根部接合面实现了良好的固相连接，其根部缺陷主要为S线缺陷；当焊接速度为300 mm·min^-1时，接头根部缺陷主要为以不连续微裂纹形式存在的弱结合缺陷；当焊接速度为600 mm·min^-1时，接头根部缺陷主要为呈连续微裂纹形态的未焊透缺陷，在未焊透缺陷向焊核区方向存在呈现不连续微裂纹形式的弱结合缺陷。
材料性能及应用
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  大气等离子喷涂Ni5Al/Al₂O₃-3% TiO₂复合结构涂层的显微组织与力学性能

  吴艳鹏, 李文戈, 赵远涛, 尹志坚

  机械工程材料. 2019, 43(12): 34-40. https://doi.org/10.11973/jxgccl201912007

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  采用大气等离子喷涂（APS）技术在6061铝合金基体表面预制Ni5Al合金黏结层，再在黏结层上喷涂Al₂O₃-3% TiO₂陶瓷层，研究了涂层的物相组成、微观形貌、显微硬度、结合强度、耐磨性能和耐腐蚀性能，分析了其拉伸断裂机理。结果表明：陶瓷层的物相主要由α-Al₂O₃、γ-Al₂O₃和锐钛矿型TiO₂组成；黏结层与基体以及黏结层与陶瓷层均形成了机械结合，但黏结层与基体的结合界面更致密；与基体相比，涂层的显微硬度更高、耐腐蚀性能和耐磨性能更优；涂层的结合强度低于黏结层的，其拉伸断裂位置多在黏结层和陶瓷层之间的界面处以及陶瓷层内部，界面处的拉伸断裂形式为混合断裂，黏结层上的为韧性断口，陶瓷层上的为脆性断口。
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  基于超声的聚乙烯热老化程度评价

  张世玮, 侯怀书, 钱瑞福, 陈朝雷, 岳志强, 赵志繁

  机械工程材料. 2019, 43(12): 41-45. https://doi.org/10.11973/jxgccl201912008

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  以在80℃老化不同时间（120，240，360 h）的聚乙烯（PE）管为对象，通过冲击强度的变化分析其老化状态；利用短时傅里叶变换（STFT）获取不同热老化试样的超声声速谱和衰减谱，建立超声声速、超声衰减系数与冲击强度间的关系，并计算得到聚乙烯的相对冲击强度以进行老化评价。结果表明：随着热老化时间的延长，聚乙烯的冲击强度以及超声声速和衰减系数均减小，冲击强度与超声声速和衰减系数均满足一定的二次函数关系；由超声声速和衰减系数计算得到的冲击强度与试验测试结果的相对误差均在2%以内，说明可以利用超声检测参量对聚乙烯的热老化程度进行无损评价。
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  B₄C/6061Al复合材料中子吸收板在高温和装卸料模拟工况下的老化行为

  郑越, 袁炜, 卢可可, 崔岚, 吴明, 王全兆

  机械工程材料. 2019, 43(12): 46-51. https://doi.org/10.11973/jxgccl201912009

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  对B₄C质量分数分别为26%和31%的B₄C/6061铝合金（6061Al）复合材料中子吸收板在高温（400℃）和装卸料模拟工况（硼酸水浸泡→去离子水清洗→高温干式运输过程）下进行老化试验，通过拉伸性能、尺寸、质量、密度等变化分析了其老化行为。结果表明：2种复合材料中子吸收板在高温老化过程中的性能稳定，尺寸、质量、密度、B₄C含量及¹⁰B面密度均无明显变化，高温老化后375℃及室温拉伸性能随老化时间的延长未发生明显变化；模拟工况试验后矩形试样表面无明显的局部腐蚀现象，包覆试样表面局部腐蚀形成氧化膜，试验前后试样的厚度、质量、密度和¹⁰B面密度无明显变化。
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  电脉冲调质处理对齿套用35CrMo钢显微组织和力学性能的影响

  李东方, 杨海波, 黄林波, 林钰珍, 巫少龙, 徐文俊

  机械工程材料. 2019, 43(12): 52-56,61. https://doi.org/10.11973/jxgccl201912010

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  在不同回火温度（550~640℃）、不同脉冲次数（1，2次）和脉冲持续时间（60～180 ms）下对热轧态35CrMo钢分别进行传统淬火+传统回火、电脉冲淬火+传统回火、传统淬火+电脉冲回火处理，对比研究了处理后的显微组织和力学性能。结果表明：电脉冲淬火+550℃传统回火、传统淬火+1次电脉冲回火以及传统淬火+2次电脉冲60 ms回火处理后，试验钢的组织与传统淬火+传统回火处理后的相似，均由马氏体和碳化物组成；随着回火温度的升高，电脉冲淬火+传统回火处理后的组织中出现层片状索氏体，试验钢的抗拉强度和硬度降低，伸长率增大；电脉冲淬火或回火均能提高试验钢的强塑性，电脉冲淬火+580℃传统回火处理后的强塑性最佳。
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  同步冷却热成形+时效后AA2024铝合金的显微组织及拉伸性能

  陈国亮, 陈明和, 王春艳, 王宁, 孙佳伟

  机械工程材料. 2019, 43(12): 57-61. https://doi.org/10.11973/jxgccl201912011

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  在435~505℃下对H18态AA2024铝合金板料进行同步冷却热成形，并在150~230℃下时效处理4~12 h，研究了时效后的显微组织和拉伸性能。结果表明：同步冷却热成形+时效后，试验合金中的主要强化相为Al₂CuMg相；随时效温度的升高，Al₂CuMg相的尺寸增大、数量变多，时效时间对该相的影响较小；试验合金的抗拉强度和屈服强度随成形温度的升高而增大，随时效温度的升高先增大后减小；在成形温度不高于475℃条件下，试验合金的抗拉强度和屈服强度随时效时间的延长呈先增大后降低的变化趋势，并在时效8 h时达到峰值，在成形温度高于475℃条件下，时效时间对合金强度的影响很小。
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  模拟多元热流体采油温度循环、CO₂-O₂环境中3Cr钢的腐蚀行为

  朱春明, 刘刚芝, 李效波, 王圣虹, 董宝军, 周志寻, 柳伟

  机械工程材料. 2019, 43(12): 62-66. https://doi.org/10.11973/jxgccl201912012

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  在模拟不同多元热流体采油温度循环条件（100℃×72 h→60℃×72 h→100℃×72 h→60℃×72 h，100℃×72 h→60℃×72 h→100℃×144 h，100℃×72 h→60℃×216 h，分别记为1^#，2^#，3^#方案）、CO₂-O₂环境中对3Cr钢进行浸泡腐蚀试验，研究了试验钢的腐蚀速率、腐蚀形貌及腐蚀产物物相组成。结果表明：在1^#和2^#方案下试验钢的腐蚀速率相近，3^#方案下的腐蚀速率最小，较前二者分别下降了15.0%和14.74%；在3种方案下，试验钢表面均存在点蚀坑，其腐蚀产物膜分为两层，内层膜较致密，但存在许多微小的裂纹，外层膜疏松，存在许多孔洞；腐蚀产物均主要由Fe₂O₃、FeCO₃、FeOOH和Cr （OH）₃组成。
物理模拟与数值模拟
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  HG700汽车大梁钢的热变形行为及流变应力本构模型的建立

  李腾, 吴晓东, 唐彬袁, 韩松, 罗锐

  机械工程材料. 2019, 43(12): 67-70,76. https://doi.org/10.11973/jxgccl201912013

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  采用Gleeble 3500型热模拟试验机对HG700汽车大梁钢进行单道次压缩试验，研究了其在变形温度950～1 150℃和应变速率0.01～5.00 s^-1条件下的流变应力行为；根据真应力-真应变曲线，采用线性回归方法建立该钢的流变应力本构模型，并进行了试验验证。结果表明：在高应变速率（1.00，5.00 s^-1）下，HG700汽车大梁钢的动态软化行为以动态回复为主，而在低应变速率（0.01，0.10 s^-1）下，HG700汽车大梁钢发生了明显的动态再结晶；变形温度的升高及应变速率的降低均会促进流变应力的降低，且会促进应力更早达到峰值；由构建的以变形温度、应变速率、真应变为变量的流变应力本构模型得到的预测结果与试验结果吻合良好，该模型可准确地预测HG700汽车大梁钢的流变应力。
失效分析
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  焦化装置V401顶安全阀弹簧的断裂原因

  王立坤, 张宏锋, 陈海, 王建伟, 祝加轩

  机械工程材料. 2019, 43(12): 71-76. https://doi.org/10.11973/jxgccl201912014

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  某化工厂焦化装置V401顶安全阀启跳后不回座，安全阀解体后发现其弹簧发生断裂。采用化学成分分析、硬度检测、组织和断口形貌观察、腐蚀产物分析等方法分析了安全阀弹簧的断裂原因。结果表明：安全阀弹簧在湿H₂S环境中发生应力腐蚀形成裂纹，裂纹在交变载荷作用下扩展；当弹簧有效横截面积不足以承受介质内压的波动作用时弹簧发生断裂，属于腐蚀疲劳断裂。
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  超超临界锅炉水冷壁吹灰器密封盒角焊缝开裂的原因

  范志东, 张志博, 马翼超, 骆贵兵, 刘承鑫, 牛坤, 唐文书

  机械工程材料. 2019, 43(12): 77-82. https://doi.org/10.11973/jxgccl201912015

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  某超超临界锅炉水冷壁D层吹灰器密封盒角焊缝在运行约59 159 h后发生开裂并产生泄漏，采用宏观检查、化学成分检测、显微组织和断口形貌观察、硬度测试、能谱分析等方法分析了该角焊缝的开裂原因。结果表明：角焊缝发生了疲劳断裂。在运行过程中，角焊缝承受着较大的轴向应力，同时角焊缝的焊脚尺寸小于标准要求、焊趾处未圆滑过渡，导致轴向应力增大而萌生裂纹；在锅炉启停、负荷波动过程中，周期性变化的轴向应力促使裂纹扩展而形成疲劳开裂；由于D层温度最高，D层吹灰器密封盒角焊缝最先开裂。