2019年, 第43卷, 第4期　
刊出日期：2019-04-20

  

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  机械工程材料. 2019, 43(4): 0-0.

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试验研究
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  热挤压态Cu-17Ni-2.5Sn-1.5Al合金的显微组织及强化机制

  罗保民, 李道喜, 赵超, 罗宗强, 王智, 杨超, 张卫文

  机械工程材料. 2019, 43(4): 1-5,24. https://doi.org/10.11973/jxgccl201904001

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  对铸造态Cu-17Ni-2.5Sn-1.5Al合金依次进行930℃×2.5 h均匀化退火处理和950℃热挤压，研究了热挤压态合金的显微组织和拉伸性能，分析了其强化机制。结果表明：热挤压态合金的组织发生明显细化，平均晶粒尺寸约为32 μm，基体组织中存在弥散分布的球形Ni₃Al相，其直径约为10 nm；热挤压态合金的抗拉强度达922 MPa，屈服强度为779 MPa；合金中存在细晶强化、固溶强化以及第二相析出强化等3种强化机制，且以固溶强化为主，固溶强化占总强化效果的56%；铝元素主要起固溶强化和第二相析出强化作用。
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  等离子体源渗氮2Cr13马氏体不锈钢的耐磨与耐腐蚀性能

  李广宇, 齐森鹏, 于克伟, 隋双莲, 杨安屾

  机械工程材料. 2019, 43(4): 6-9,34. https://doi.org/10.11973/jxgccl201904002

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  对2Cr13马氏体不锈钢进行450℃×6 h的等离子体源渗氮处理，对比研究了渗氮前后该钢表层的显微组织、物相组成以及耐磨和耐腐蚀性能。结果表明：渗氮后不锈钢表层形成了厚约18 μm，由α_N、ε-Fe₃N和γ'-Fe₄N组成的化合物层，以及组织明显细化的氮扩散层，氮原子渗透深度达20 μm；渗氮后不锈钢的表面硬度高达1 350 HV，摩擦因数低于未渗氮处理的，磨损机制由未渗氮处理的黏着磨损转变为氧化磨损，耐磨性能明显高于未渗氮处理的；在质量分数3.5% NaCl溶液中，未渗氮不锈钢的阳极极化曲线仅呈现活化溶解特征，渗氮后则呈现活化溶解、自钝化和点蚀击穿特征，且自腐蚀电位提高至-104 mV，耐腐蚀性能显著提高。
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  Ni-15Cr-5Al-xSi合金在1 000 ℃下的抗氧化性能

  王二鹏, 刘海飞, 郭文, 陆名扬, 郑冰欣, 闫海居, 张修海

  机械工程材料. 2019, 43(4): 10-14,68. https://doi.org/10.11973/jxgccl201904003

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  应用粉末冶金方法制备Ni-15Cr-5Al-xSi（x=0，1，3，5，质量分数/%）合金，并在1 000℃氧化100 h，研究了硅含量对合金表面物相组成和高温抗氧化性能的影响。结果表明：当硅质量分数为0，1%时，合金均为抗氧化级，当硅质量分数为3%，5%时为完全抗氧化级；氧化后4种合金表面均形成了NiO和Al₂O₃，当硅质量分数为0，1%时合金表面还存在NiAl₂O₄和Cr₂O₃，硅质量分数为3%时，合金表面还存在少量Cr₂O₃和NiCr₂O₄；当硅质量分数为5%时，合金表面氧化膜平坦、组织致密且氧化物颗粒细小均匀，合金具有最好的高温抗氧化性能。
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  成膜电位对S22053不锈钢在FeCl₃溶液中钝化膜性能的影响

  孔韦海, 万章, 艾志斌, 张强, 胡盼

  机械工程材料. 2019, 43(4): 15-19,63. https://doi.org/10.11973/jxgccl201904004

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  应用阳极极化、恒电位成膜极化、电化学阻抗谱以及Mott-Schottky测试等方法研究了在质量分数6% FeCl₃溶液中S22053不锈钢表面钝化膜的性能。结果表明：S22053不锈钢的成膜电位在0.3~0.9 V；当成膜电位在0.3~0.8 V时，随成膜电位的增加阻抗最大模值增大，钝化膜稳定性增强，当成膜电位在0.8~0.9 V时则相反；在不同成膜电位极化30 min成膜后，钝化膜在扫描电位0~0.6 V范围内均呈n型半导体特征，在0.6~0.9 V范围内呈p型半导体特征；由电化学阻抗谱测试得到的钝化膜厚度和由Mott-Schottky曲线得到的空间电荷层厚度随成膜电位的变化趋势一致，二者均在成膜电位0.8 V时出现峰值。
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  机械振动和锰铬变质对Mg₂Si/富铁A356再生铝基复合材料组织与性能的影响

  王晓奇, 刘胜科

  机械工程材料. 2019, 43(4): 20-24. https://doi.org/10.11973/jxgccl201904005

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  制备了12% Mg₂Si/A356-1.2% Fe （质量分数，下同）富铁再生铝基复合材料，研究了振动频率（100，150，200 Hz）和变质剂锰铬质量比（0：1，3：7，1：1，7：3，1：0）对其铸态组织和性能的影响，并对比分析了固溶+时效态复合材料和A356-0.5% Fe再生铝合金的组织和抗拉强度。结果表明：机械振动有助于细化未变质复合材料中的共晶Si相、Mg₂Si相和富铁相，促进其均匀分布，从而提高复合材料的室温抗拉强度；锰铬变质后的富铁相由针状变为鱼骨状、颗粒状或汉字状，当锰铬质量比为1：1时，室温抗拉强度最大，为125 MPa；在振动频率200 Hz、锰铬质量比1：1条件下，固溶+时效态复合材料中形成了六角晶型α-Fe（Al₈Fe₂Si）相，而A356-0.5Fe再生铝合金中形成了单斜晶型β-Fe（Al₅FeSi）相，复合材料的室温和200，300℃高温抗拉强度均高于A356-0.5% Fe再生铝合金的。
新材料 新工艺
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  6061铝合金/DP590钢冷金属过渡焊接工艺参数优化与变形预测

  陆瑶, 许莎, 邢彦锋

  机械工程材料. 2019, 43(4): 25-29. https://doi.org/10.11973/jxgccl201904006

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  对6061铝合金板（铝板）和DP590钢板进行冷金属过渡（CMT）搭接焊，应用正交法对焊接工艺参数进行优化；运用BP神经网络对铝钢板的焊接变形量进行预测，将预测结果以反变形方式作用于铝钢板并测定其焊后变形量。结果表明：最佳工艺参数范围为送丝速度3.6~3.9 m·min^-1、焊接速度0.66~0.70 m·min^-1、弧长修正0~5%、铝板厚度1.5~2.0 mm；采用优化工艺参数焊接后接头能承受的最大试验力达到3 400 N，焊缝金属化合物层的厚度最大约7.43 mm；BP神经网络对焊接变形量的预测结果与试验结果吻合，反变形处理后铝钢板的焊接变形得到明显改善，变形量由0.67 mm降至约0.12 mm，该预测方法有效。
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  不同铜含量铜-电气石复合散热材料的制备与性能

  林晨, 王清春, 刘学梅

  机械工程材料. 2019, 43(4): 30-34. https://doi.org/10.11973/jxgccl201904007

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  以电气石为辐射散热体、铜为黏结相，采用粉末冶金法制备了铜质量分数为15%~30%的铜-电气石复合散热材料，研究了复合材料的显微组织、相对密度、散热性能、抗弯强度及断口形貌。结果表明：随着铜含量的增加，复合材料的组织变得均匀、致密，相对密度增大，散热性能增强；不同铜含量复合材料的散热性能均优于T2紫铜的，在自然条件下的降温速率为T2紫铜的1.95~2.78倍；随着铜含量的增加，复合材料的抗弯强度增大，当铜质量分数不低于20%时，抗弯强度均在30 MPa以上，满足电子封装材料的强度要求；当铜质量分数增至25%时，复合材料断口上出现一定量的韧窝，表现出韧性断裂特征。
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  导弹发射箱用平板型复合材料多瓣薄膜盖的研制

  李绪东, 刘宇盖, 李小慧, 陈德金, 冯少博, 蔡玄龙

  机械工程材料. 2019, 43(4): 35-38,43. https://doi.org/10.11973/jxgccl201904008

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  设计了一种平板型复合材料多瓣薄膜盖，其环向和径向设计了带V型凹槽的薄弱区，薄弱区主要由ER3600环氧树脂进行胶接，在树脂层上用玻璃纤维毡增强环氧树脂进行了加强处理，非薄弱区均采用玻璃纤维毡增强环氧树脂材料；采用有限元方法和冲破试验对薄膜盖性能进行了验证。结果表明：有限元方法预测得到薄膜盖的破坏压力在0.15 MPa左右，试验测得的破坏压力约为0.135 MPa，模拟和试验结果相近；且薄膜盖均沿薄弱区破裂成四瓣，环向齐根断裂，非薄弱区均保持完整，说明设计的薄膜盖满足技术指标要求。
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  镁掺杂量对钐/镁共掺杂CaCu₃Ti₄O₁₂薄膜电学性能的影响

  孙春莲, 王彬彬

  机械工程材料. 2019, 43(4): 39-43. https://doi.org/10.11973/jxgccl201904009

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  采用溶胶-凝胶法在Si （100）基底上制备Ca_0.925Sm_0.05Cu_3-yMg_yTi₄O₁₂（y=0，0.05，0.10，0.15，0.20，物质的量分数/%，下同）薄膜，研究了镁掺杂量对薄膜物相组成、微观形貌以及介电和压敏性能的影响。结果表明：不同镁掺杂量薄膜均主要由多晶CaCu₃Ti₄O₁₂相以及少量SiC和CaTiO₃相组成；随着镁掺杂量的增加，薄膜的晶粒尺寸和相对介电常数增大；当镁掺杂量为0.10%时，薄膜的致密性能最好，在低频下的介电损耗最小；不同镁掺杂量薄膜的电流密度和电场强度均为非线性关系，当镁掺杂量为0.10%时的非线性系数最大，漏电流较小。
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  超音速火焰喷涂WC-17Co合金涂层修复飞机燃油接受探管导轨磨损部位

  唐斌, 孙霄, 杜强, 朱杰

  机械工程材料. 2019, 43(4): 44-47,52. https://doi.org/10.11973/jxgccl201904010

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  某型飞机燃油接受探管外筒导轨镀铬层发生磨损剥落，采用超音速火焰（HVOF）喷涂WC-17Co合金涂层对其进行修复，研究了HVOF涂层的微观形貌、力学性能和耐磨性能，并对导轨修复的燃油接受探管进行了20次全行程收放转换模拟试验、30次地面运行试验和50次空中飞行运行试验。结果表明：HVOF涂层的硬度高达1 041 HV，与导轨基体的结合强度大于85.4 MPa，涂层韧性良好，耐磨性能优于电镀铬层的，且与化学镀镍磨轮配对时的对磨表面磨损程度很小；修复导轨组装的探管在收放转换模拟试验和运行试验后，其HVOF涂层均未见磨损现象，修复导轨的使用状态良好。
材料性能及应用
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  AlNiFeCuCoCrV_x高熵合金的显微组织与力学性能

  李安敏, 徐飞, 郭宝航, 孔德明, 王福卫

  机械工程材料. 2019, 43(4): 48-52. https://doi.org/10.11973/jxgccl201904011

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  利用WK-Ⅱ型非自耗真空电弧炉熔炼制备AlNiFeCuCoCrV_x（x=0，0.1，0.2，0.3，0.4，0.5，原子比）高熵合金，研究了其显微组织和力学性能。结果表明：试验合金的组织均为典型树枝晶结构，由面心立方（FCC）结构固溶体、体心立方（BCC）结构固溶体和金属间化合物相组成，添加钒元素后析出了Fe₂AlV相，该相主要分布于枝晶中；随着钒含量的增加，合金的硬度先增后降再增；添加钒对合金的压缩性能不利，合金的抗压强度随钒含量的增加先降后增再降。
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  不同铬含量耐候钢在高湿热模拟环境中的耐腐蚀性能

  陈健, 陈玉鑫, 黄涛, 汪兵, 刘清友

  机械工程材料. 2019, 43(4): 53-58. https://doi.org/10.11973/jxgccl201904012

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  采用周期轮浸加速腐蚀试验箱模拟南海高湿热环境，在该环境中对2种铬质量分数（1.990%，3.194%）耐候钢进行周浸腐蚀试验，对周浸腐蚀不同时间的耐候钢进行了电化学试验，研究了不同耐候钢的耐腐蚀性能并与Q235钢（铬质量分数0.164%）的进行了对比。结果表明：铬含量越高，试验钢的腐蚀速率越小；在腐蚀初期，铬质量分数3.194%钢的自腐蚀电流密度最小，容抗弧半径较大，电荷转移电阻和总电阻（锈层电阻+电荷转移电阻）最大，耐腐蚀性能最好；在腐蚀后期，由于出现腐蚀加速现象，铬质量分数3.194%钢的锈层电阻、电荷转移电阻和总电阻均小于铬质量分数1.990%钢的。
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  两侧分别单、双道MIG焊接A7N01铝合金T形接头的显微组织与性能

  顾佳星, 杨尚磊, 段晨风, 熊琦

  机械工程材料. 2019, 43(4): 59-63. https://doi.org/10.11973/jxgccl201904013

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  采用熔化极惰性气体保护焊（MIG焊）工艺对A7N01铝合金T形接头两侧分别进行单、双道焊接，研究了接头的显微组织、显微硬度和疲劳性能，分析了单、双道焊接的影响。结果表明：单道焊侧从熔合区至焊缝中心的显微组织依次由细晶、柱状晶和等轴晶组成，双道焊侧熔合线附近的显微组织与单道焊侧的相似，在两道焊缝交界处形成了柱状晶，且第一道焊缝的柱状晶相对粗大；接头两侧的母材区均存在软化区，且单道焊侧的软化程度更明显；两侧分别为单、双道焊接接头的疲劳寿命比两侧均单道焊的短，疲劳裂纹萌生于焊趾表面并向内部扩展，断口呈现准解理断裂和韧性断裂的混合断裂模式。
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  不同材料和刀尖圆弧半径刀具加工TC4钛合金的表面质量及刀具磨损行为

  王丹, 万军

  机械工程材料. 2019, 43(4): 64-68. https://doi.org/10.11973/jxgccl201904014

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  采用聚晶立方氮化硼（PCBN）、TiAlN涂层硬质合金（2种刀尖圆弧半径）和Al₂O₃+TiC涂层硬质合金等3种刀具车削TC4钛合金工件，测试了刀具后刀面磨损宽度和工件表面粗糙度，观察了刀具的磨损形貌并分析了磨损机制；同时，研究了刀尖圆弧半径对工件表面粗糙度和切屑形貌的影响。结果表明：TiAlN涂层硬质合金刀具具有比其他2种刀具更长的使用寿命，且加工后工件的表面粗糙度最小、表面质量最好，其磨损形式主要为磨粒磨损和黏结磨损；PCBN刀具的失效形式主要为前刀面和后刀面崩塌，而Al₂O₃+TiC涂层硬质合金刀具的磨损形式主要为扩散磨损；刀尖圆弧半径的增大有利于提高TiAlN涂层硬质合金刀具的断屑能力以及加工工件的表面质量。
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  旋转摩擦挤压法制备CNTs/5A06铝基复合材料的摩擦磨损行为

  聂文君, 邢丽, 刘奋成, 柯黎明, 樊浩

  机械工程材料. 2019, 43(4): 69-72,78. https://doi.org/10.11973/jxgccl201904015

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  添加体积分数3%碳纳米管（CNTs），应用旋转摩擦挤压（RFE）法制备了CNTs/5A06铝基复合材料，研究了其显微组织、显微硬度和耐磨性能，并与RFE加工前后5A06铝合金的进行了对比。结果表明：RFE加工后铝合金组织由RFE加工前的粗大长条状晶粒变为细小等轴晶，但显微硬度增幅不明显，复合材料的晶粒进一步细化，硬度明显增加；RFE加工对铝合金摩擦因数与磨损率的影响较小，复合材料的摩擦因数与磨损率则分别比RFE加工前铝合金的降低了17.6%，34.7%；复合材料磨损表面光滑完整，存在塑性变形和少量犁沟，磨损机制为表面塑性变形和轻微的磨粒磨损，RFE加工前后铝合金的磨损表面均存在较多凹坑和犁沟，磨损机制为黏着磨损和磨粒磨损。
物理模拟与数值模拟
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  激光淬火U71Mn钢轨面淬硬层的材料参数反演分析

  魏健蓝, 赵吉中, 丁立, 张旭, 阚前华, 康国政

  机械工程材料. 2019, 43(4): 73-78. https://doi.org/10.11973/jxgccl201904016

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  对激光淬火U71Mn钢轨淬硬层和母材进行纳米压痕试验，由载荷-压深曲线计算得到弹性模量和纳米硬度；建立淬硬层纳米压痕的轴对称有限元模型，基于幂强化模型并结合迭代法对载荷-压深曲线进行反演分析，确定幂强化模型的材料参数，并对反演分析的有效性进行验证。结果表明：淬硬层的平均弹性模量和纳米硬度分别为220.3，11.8 GPa，与母材相比分别提高了4.9%和187.8%，且二者在淬硬层中分布较为均匀，仅在边界处发生突变；反演分析得到淬硬层的特征应力为3 146.0 MPa，特征应变为0.038，应变硬化指数为0.64，名义屈服强度为498.3 MPa；由反演分析得到的应力-应变曲线与给定参数确定的应力-应变曲线的吻合程度较高，说明此反演分析方法有效。
失效分析
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  430不锈钢锅干烧后铬离子析出量超标的原因

  黄子东, 魏亮新, 洪泽浩, 黄汝涛, 郑锐生, 罗青

  机械工程材料. 2019, 43(4): 79-82,86. https://doi.org/10.11973/jxgccl201904017

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  某430不锈钢锅在干烧试验后进行重金属迁移量检验时，发现其铬离子析出量严重超标，利用化学成分分析、显微组织观察和电化学性能测试等方法分析了超标原因。结果表明：430不锈钢锅在干烧时处于富铬σ相析出温度范围，富铬σ相易于析出并导致其周围贫铬；在腐蚀溶液中，富铬σ相和贫铬区之间发生电化学反应，导致贫铬区中铬的离子化和富铬σ相的脱落，最终导致铬离子析出量超标。
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  风力发电机组用变桨轴承外圈断裂的原因

  付洋洋, 王荣

  机械工程材料. 2019, 43(4): 83-86. https://doi.org/10.11973/jxgccl201904018

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  风力发电机组用变桨轴承外圈在使用一段时间后发生断裂，通过宏观检查、化学成分分析、力学性能测试、断口形貌和显微组织观察等方法分析了断裂原因。结果表明：轴承外圈断裂性质为疲劳断裂；螺栓孔内表面在腐蚀介质作用下产生点蚀坑，形成应力集中点，在较大外力作用下，在应力集中明显的点蚀坑处萌生裂纹并诱发疲劳断裂。