2019年, 第43卷, 第3期　
刊出日期：2019-03-20

  

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  机械工程材料. 2019, 43(3): 0-0.

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试验研究
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  焊接材料及热输入对Q460钢厚板焊接接头拉伸性能的影响

  冯祥利, 王磊, 刘杨

  机械工程材料. 2019, 43(3): 1-6,16. https://doi.org/10.11973/jxgccl201903001

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  在不同热输入（12.6，16.4，19.5 kJ·cm^-1）下分别对Q460低合金高强钢厚板进行实心焊丝和药芯焊丝CO₂气体保护焊，研究了焊丝和热输入对接头显微组织及拉伸性能的影响。结果表明：随热输入增加，2种接头焊缝中柱状晶区的针状铁素体比例降低，大尺寸晶界铁素体增多；实心焊丝焊接接头焊缝区的硬度随热输入增加变化不大，药芯焊丝焊接接头的显著降低；实心焊丝焊接接头的屈服强度和抗拉强度与母材的相当，断后伸长率明显小于母材的，且断后伸长率随热输入的增加而降低；药芯焊丝焊接接头在低热输入下的强度与母材的相当，热输入的增加使抗拉强度损失显著，但对屈服强度和断后伸长率影响很小。
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  316L奥氏体不锈钢表面低温气体渗碳层的热稳定性能

  孙宁, 姜勇, 陈金燕, 彭亚伟, 巩建鸣

  机械工程材料. 2019, 43(3): 7-12,66. https://doi.org/10.11973/jxgccl201903002

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  对表面低温气体渗碳强化处理的316L奥氏体不锈钢进行300~400 ℃保温150，1 500，3 000 h时效处理，研究了时效温度及时间对表面渗碳层物相组成、厚度、纳米硬度和残余应力的影响，分析了其热稳定性能。结果表明：渗碳层在温度300~400 ℃的时效过程中无新型碳化物析出；在400 ℃时效时，碳原子向基体内部扩散，渗碳层厚度明显增加，当时效时间为3 000 h时，渗碳层与基体的界面消失，表面纳米硬度降至基体的50%；当在300 ℃时效时，渗碳层厚度、碳含量以及纳米硬度均没有明显变化，此温度下服役时渗碳层较为稳定；经300~400 ℃时效处理后，渗碳层的表面残余压应力均下降，且时效温度越高、时效时间越长，残余压应力下降的幅度越大。
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  焊缝金属硅锰质量比对小电流焊接不锈钢药芯焊丝熔滴过渡及电弧稳定性的影响

  王宁, 栗卓新, TILLMANN Wolfgang, 李国栋

  机械工程材料. 2019, 43(3): 13-16. https://doi.org/10.11973/jxgccl201903003

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  采用自制熔滴收集装置、高速摄影仪、电弧焊质量分析仪研究了在电流小于100 A条件下焊接时焊缝金属中硅锰质量比对E308LT0-1不锈钢药芯焊丝熔滴过渡及电弧稳定性的影响。结果表明：随着焊缝金属中硅锰质量比的增大，焊接过程中大尺寸熔滴占比先降后增，小尺寸熔滴占比先增后降，当硅锰质量比为0.311时，小尺寸熔滴占比最大，大尺寸熔滴占比几乎最小；不锈钢药芯焊丝的熔滴过渡形式主要为非轴向短路过渡，当硅锰质量比为0.311时，熔滴过渡最平稳，飞溅程度最低，电弧稳定性最好。
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  基于累积服役2 700 h后某燃气轮机叶片显微组织的退化判断其服役温度

  王威, 姜祥伟, 高志坤, 迟庆新, 李辉, 申健, 姜肃猛, 楼琅洪

  机械工程材料. 2019, 43(3): 17-23. https://doi.org/10.11973/jxgccl201903004

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  将累积运行2 700 h后DZ411合金燃气轮机叶片的显微组织与原始组织进行对比分析，结合DZ411合金棒在900 ℃长时热暴露和在850 ℃不同应力（220，260，280，300 MPa）持久后组织中γ'相的变化，对燃气轮机叶片的服役温度进行评估。结果表明：累积运行2 700 h后，叶片中大部分位置的显微组织退化损伤不明显，推断这些位置的运行温度低于850 ℃；而在近叶尖截面进气边的少量区域中γ'相发生少量退化，推断该区域可能曾经历短时高温，最高温度超过900 ℃。
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  电厂过热器用12Cr2MoWVTiB钢管使用温度上限的探讨

  句光宇, 王体, 宋利, 袁红玉, 刘文生, 谢照增, 王志武

  机械工程材料. 2019, 43(3): 24-28. https://doi.org/10.11973/jxgccl201903005

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  以某电厂在当量温度585 ℃运行约14万h的过热器受热面12Cr2MoWVTiB钢管作为研究对象，研究了其宏观形貌、化学成分、显微组织及室温和高温力学性能，对其使用温度上限进行了探讨。结果表明：该钢管未出现明显的胀粗和减薄现象，组织中未见蠕变孔洞，组织老化级别为3级，室温力学性能比未服役的略有下降，仍满足标准要求；该钢管在运行约14万h后仍具有良好的抗高温蠕变性能，其持久强度仅比标准指标低12.1 MPa；结合该电厂过热器受热面管的运行情况认为，12Cr2MoWVTiB钢受热面管可以在585 ℃下安全运行，这与DL/T 715-2015规定的575 ℃使用温度上限有所冲突。
材料性能及应用
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  添加锰铬对车辆用Al-Mg-Si-Cu系铝合金显微组织与拉伸性能的影响

  刘佳, 马志民

  机械工程材料. 2019, 43(3): 29-32,38. https://doi.org/10.11973/jxgccl201903006

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  熔炼制备了单独添加锰、铬以及复合添加锰铬的Al-Mg-Si-Cu系铝合金铸锭，并依次进行560 ℃×10 h均匀化退火处理、热挤压成形和T6处理（535 ℃×75 min水淬+175 ℃×10 h时效），研究了锰和铬的添加对合金显微组织与拉伸性能的影响。结果表明：在均匀化退火过程中，锰或铬会置换Al-Fe-Si相中的部分铁原子，促进杆状β-Al₉Fe₂Si₂相向颗粒状α-Al₈Fe₂Si相转变，从而在组织中形成α-Al₈（FeMn）₂Si，α-Al₈（FeCr）₂Si或α-Al₈（FeMnCr）₂Si相；T6处理后，与单独添加铬的相比，单独添加锰后试验合金晶内针状β″相较少，晶界附近的亚微米级相数量较多；与未添加锰铬的相比，单独添加锰、铬或复合添加锰铬后试验合金的强度和伸长率提高，拉伸断裂形式均为韧性断裂，且复合添加质量分数0.10%锰和质量分数0.15%铬时的拉伸性能最优。
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  在氧化铟锡导电玻璃上化学浴沉积ZnO纳米线

  杨文婷

  机械工程材料. 2019, 43(3): 33-38. https://doi.org/10.11973/jxgccl201903007

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  以Zn（NO₃）₂·6H₂O、六亚甲基四胺和聚乙烯亚胺（PEI）为原料，采用化学浴沉积法在沉积了ZnO种子层的氧化铟锡导电玻璃衬底上制备ZnO纳米线，研究了种子层沉积温度（150，200 ℃）以及PEI浓度（0~9.0 mmol·L^-1）、生长时间（3~12 h）和水浴温度（65~95 ℃）对ZnO纳米线形貌和尺寸的影响。结果表明：在试验参数下均能成功制备得到ZnO纳米线；当种子层沉积温度为200 ℃，生长时间为9 h，水浴温度为95 ℃，PEI浓度为4.5 mmol·L^-1时，ZnO纳米线呈规则六棱柱状生长，并垂直排列于衬底上，且长径比最大，达20.56。
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  敏化态430不锈钢在食物模拟溶液中的耐腐蚀性能

  申利凤, 曹艳彬

  机械工程材料. 2019, 43(3): 39-43. https://doi.org/10.11973/jxgccl201903008

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  430不锈钢试样在进行不同程度的敏化后，在5%（质量分数，下同）NaCl溶液、4%（体积分数，下同）乙酸溶液、5%NaCl+4%乙酸混合溶液等3种食物模拟溶液中进行电化学试验，研究了敏化度、浸泡时间和溶液温度对试样耐腐蚀性能的影响。结果表明：在NaCl溶液中，试样的自腐蚀电位随敏化度的增大正移，随浸泡时间的延长先负移后正移；在乙酸溶液和NaCl+乙酸混合溶液中，自腐蚀电位随敏化度的增大或浸泡时间的延长均负移，且在NaCl+乙酸混合溶液中的负移幅度均很小；随着溶液温度的升高，试样在3种溶液中的自腐蚀电流密度和腐蚀速率均增大。
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  不等厚DP1180/DP590双相钢激光拼焊接头的显微组织与力学性能

  尚庆慧, 舒滢, 王国栋, 邢飞, 李雅馨, 郭学鹏

  机械工程材料. 2019, 43(3): 44-49. https://doi.org/10.11973/jxgccl201903009

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  对1.2 mm厚DP1180双相钢板和1.5 mm厚DP590双相钢板进行激光拼焊，研究了接头的显微组织和力学性能。结果表明：接头焊缝表面基本无飞溅现象，成形质量良好；焊缝区由粗大柱状晶组成，为板条状马氏体和铁素体的双相组织；热影响区可分为临界区、细晶区和粗晶区，其组织均由马氏体和铁素体组成，DP1180钢侧的热影响区比DP590钢侧的宽；接头焊缝区的显微硬度最高，平均值达369 HV；接头拉伸时均在母材DP590钢中断裂，其抗拉强度与DP590钢的相同，伸长率为14.7%，约为DP590钢的一半。
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  WC-Al₂O₃复合材料与Si₃N₄陶瓷和YG6硬质合金配副时的摩擦磨损行为

  苏庆德, 朱世根, 丁浩, 白云峰, 狄平

  机械工程材料. 2019, 43(3): 50-54. https://doi.org/10.11973/jxgccl201903010

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  采用真空热压烧结技术制备了WC-15%Al₂O₃（质量分数）复合材料，分别以Si₃N₄陶瓷和YG6硬质合金为配副，在载荷40，80 N下进行了干滑动摩擦磨损试验，研究了复合材料的摩擦磨损性能。结果表明：与Si₃N₄陶瓷配副时复合材料的摩擦因数较高且波动较大，与YG6硬质合金配副时摩擦因数较低且相对稳定；与Si₃N₄陶瓷配副时，复合材料的磨损率在较低载荷下高于与YG6硬质合金配副时的，在较高载荷下则低于与YG6硬质合金配副时的；在载荷40，80 N下，复合材料的磨损机制均主要为疲劳磨损，伴随着微裂纹、脆性断裂和晶粒拔出等特征。
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  核级电缆用聚合物材料在γ射线辐照下的指数老化模型

  徐剑峰, 龚嶷, 鲍一晨

  机械工程材料. 2019, 43(3): 55-59. https://doi.org/10.11973/jxgccl201903011

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  对核级电缆用8种聚合物材料试样进行了不同累积剂量下的γ射线辐照加速老化试验，并对辐照后的试样进行了拉伸性能测试，基于断裂伸长率和累积辐照剂量建立了指数老化模型，并用文献数据进行了普适性验证；对指数老化模型进行简化并进行了试验验证。结果表明：经γ射线辐照后，试样的断裂伸长率随累积辐照剂量呈指数变化规律；指数老化模型拟合试验数据的相关系数均大于0.98，且具有普适性；当有效试验数据为2个时，简化模型预测得到的断裂伸长率与测试值的最大相对误差仅约0.1，满足工程要求。
物理模拟与数值模拟
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  不同材料硬化模型模拟13MnNiMoR钢超厚圆筒对接环焊接残余应力

  耿鲁阳, 涂善东, 巩建鸣, 张威

  机械工程材料. 2019, 43(3): 60-66. https://doi.org/10.11973/jxgccl201903012

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  通过不同温度（20~800 ℃）低周疲劳试验研究了13MnNiMoR钢在循环载荷下的塑性变形行为；对低周疲劳试验数据进行拟合，得到不同温度下的硬化模型材料常数，分别采用混合硬化模型、等向硬化模型和随动硬化模型对13MnNiMoR钢超厚圆筒对接环焊接残余应力进行模拟和对比，并与X射线衍射测试结果进行对比。结果表明：13MnNiMoR钢是一种循环软化材料；不同硬化模型得到的环向残余应力预测结果的差异大于轴向残余应力的，且得到的内壁面残余应力预测结果的差异大于外壁面残余应力的；等向硬化模型高估了焊接残余应力，随动硬化模型则低估了残余应力，采用混合硬化模型预测得到的焊接残余应力与X射线衍射测试结果最接近，能够更准确地预测超厚板多层多道焊的焊接残余应力。
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  不同温度锻压时Inconel 625镍基高温合金的形变量和晶粒尺寸

  魏振华, 李铸国, DURAND Camill

  机械工程材料. 2019, 43(3): 67-71. https://doi.org/10.11973/jxgccl201903013

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  将Inconel 625镍基高温合金分别加热到1 050，1 150 ℃，保温1.5 h后在16 kJ锻压能量下锻压并水淬，测试了其形变量、晶粒尺寸以及锻压力；分别采用定义法和切片法计算合金理论形变量，采用有限元锻压模型模拟合金晶粒尺寸，并与试验值进行了对比。结果表明：试验合金在1 150 ℃下的形变量为17 mm，比在1 050 ℃下的高约2 mm，最大锻压力比在1 050 ℃下的低；理论形变量与试验值的相对误差约为5%，用切片法和定义法均能较准确地预测合金形变量；模拟得到加热至1 150 ℃时合金的晶粒尺寸大于加热至1 050 ℃时的，加热至1 150 ℃锻压并淬火后表面和心部的晶粒度等级与试验值的相对误差均小于10%，模拟结果较准确。
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  含不同尺寸裂纹管道极限内压的有限元模拟及计算公式修正

  褚睿峰, 马廷霞, 刘维洋, 郭杨柳, 崇哲文

  机械工程材料. 2019, 43(3): 72-77. https://doi.org/10.11973/jxgccl201903014

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  建立了含热影响区裂纹X80焊接管道模型，模拟了残余应力分布并进行了验证；采用有限元方法模拟得到有、无焊接残余应力以及不同裂纹尺寸下焊接管道的极限内压，并与ASME B31G标准、DNV RP-F101标准和PCORRC方法计算得到的进行对比；结合PCORRC方法和有限元模拟结果修正了极限内压计算公式。结果表明：无论是否存在焊接残余应力，焊接管道的极限内压均随裂纹深度或长度的增大而降低，且焊接残余应力对极限内压的影响随裂纹长度的增大而减小；3种方法计算得到的极限内压均随裂纹深度的增大而降低，但裂纹越深，计算结果与模拟结果的误差越大；采用修正公式计算得到含表面裂纹管道和含热影响区裂纹焊接管道的极限内压和模拟结果的相对误差分别在8%，7%以内，说明此极限内压计算公式具有一定的工程适用性。
失效分析
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  S31803双相不锈钢换热器管束腐蚀穿孔的原因

  陆翔, 王卫泽

  机械工程材料. 2019, 43(3): 78-81,86. https://doi.org/10.11973/jxgccl201903015

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  某化工厂S31803双相不锈钢换热器管在投入使用14个月后发生腐蚀穿孔。利用化学成分和物相分析、显微组织和微观形貌观察、硬度测试、微区成分测定等方法分析了其腐蚀穿孔的原因。结果表明：钢管在冷拔成形过程中析出富铬σ相，导致周围贫铬而降低了钢管的耐腐蚀性能；在壳程工艺气中的H₂S、NH₄⁺ 等介质的腐蚀作用下，钢管外壁发生腐蚀减薄甚至穿孔，管程循环水通过穿孔进入壳程，在钢管外表面沉积疏松结构的CaCO₃，造成腐蚀介质富集，从而加速并形成全面腐蚀。
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  316L奥氏体不锈钢稳定辊轴头断裂的原因

  史浩, 王卫泽

  机械工程材料. 2019, 43(3): 82-86. https://doi.org/10.11973/jxgccl201903016

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  某热镀锌生产线上316L奥氏体不锈钢稳定辊轴头在运行时发生断裂，采用化学成分分析、硬度及拉伸性能测试、金相检验等方法对断裂原因进行了分析。结果表明：该轴头组织中存在大量的长条状硫化夹杂物，导致组织不均，材料性能下降，同时轴头的圆周表面加工粗糙，液态锌通过表面缺陷渗入基体内部并腐蚀基体，从而导致轴头在外载荷作用下发生脆性断裂。