2020年, 第44卷, 第1期　
刊出日期：2020-01-20

  

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  机械工程材料. 2020, 44(1): 0-0.

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综述
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  服役环境对高强铝合金疲劳损伤行为影响的研究进展

  陈宇强, 张浩, 张文涛, 潘素平, 刘文辉, 宋宇锋

  机械工程材料. 2020, 44(1): 1-7. https://doi.org/10.11973/jxgccl202001001

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  从温度、湿度、腐蚀介质、气体介质、加载条件等方面综述了不同服役环境下高强铝合金疲劳损伤行为的研究现状，阐述了环境因素对高强铝合金疲劳损伤行为的影响机理，指出了目前高强铝合金疲劳损伤行为研究存在的问题与今后的发展方向。
试验研究
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  KOH含量对赤泥等离子体电解氧化复合陶瓷层结构和结合强度的影响

  刘世丰, 曾建民

  机械工程材料. 2020, 44(1): 8-15. https://doi.org/10.11973/jxgccl202001002

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  在KOH-赤泥电解液中对5005铝合金进行等离子体电解氧化（PEO），研究了KOH质量浓度（C_KOH=1.0，2.0，3.0，4.0，5.0 g·L^-1）对PEO临界起弧电压以及陶瓷层厚度、物相组成、形貌和结合强度等的影响。结果表明：不同KOH含量电解液中制备的陶瓷层主要由γ-Al₂O₃和α-Al₂O₃组成，但也出现了少量的CaCO₃、SiO₂和Fe₂O₃等相。随着KOH含量的增加，PEO正负临界起弧电压快速降低；陶瓷层厚度呈“半抛物线”形增大；陶瓷层中γ-Al₂O₃含量先增加后减少再增加，α-Al₂O₃含量的变化趋势正好与之相反，CaCO₃、SiO₂和Fe₂O₃含量则先增加后减少；陶瓷层表面孔隙率先降低后增大，表面粗糙度不断增大，硬度和结合强度先增大后减小。
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  裂纹源位置对6005A铝合金挤压型材高周疲劳寿命的影响

  张岚, 赵鸿金, 李声慈, 叶青, 李德华

  机械工程材料. 2020, 44(1): 16-20,28. https://doi.org/10.11973/jxgccl202001003

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  通过高周疲劳试验研究了裂纹源位置对6005A-T6铝合金挤压型材高周疲劳寿命的影响。结果表明：6005A-T6铝合金挤压型材在应力比0.1下的中值疲劳强度为164.5 MPa，疲劳强度较高，但疲劳寿命分布较分散；在最大应力200 MPa条件下，具有不同疲劳寿命试样的疲劳裂纹源区的面积较小，疲劳裂纹扩展区均由疲劳条带和二次裂纹组成，瞬断区的面积较大，均由孔洞和韧窝组成；在相同最大应力下疲劳寿命存在差异的原因在于疲劳裂纹源位置的不同，在最大应力为200 MPa条件下，疲劳裂纹源位于孔洞缺陷处试样的疲劳寿命最长，比疲劳裂纹源位于氧化夹杂物处试样的疲劳寿命延长一个数量级，疲劳裂纹源位于Al₇（CrFe）第二相颗粒处试样的疲劳寿命居于二者之间。
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  聚氨酯基磁流变胶的剪切流变特性

  杨辉静, 陈巍, 陈冬, 张广

  机械工程材料. 2020, 44(1): 21-28. https://doi.org/10.11973/jxgccl202001004

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  制备了不同质量分数（50%，70%，80%）羰基铁粉的聚氨酯基磁流变胶（MRG），研究具有较宽剪切应力范围的MRG在不同磁感应强度、剪切速率、应变幅下的静态和动态剪切流变特性，并基于试验结果对Herschel-Bulkley本构模型参数进行了识别。结果表明：随着磁感应强度的增强，含质量分数80%羰基铁粉MRG的剪切应力范围最宽、磁流变效应最明显；含质量分数80%羰基铁粉MRG的屈服剪切应力随磁感应强度增强而增大，且不同磁感应强度下的动力学黏度都随着剪切速率的增大而减小；该MRG是一种具有屈服剪切应力以及剪切稀化特性的非牛顿流体，其流变特性满足Herschel-Bulkley剪切稀化模型；储能模量和损耗模量受剪切应变幅及磁感应强度的影响较大，而对频率的依赖性微弱；磁流变效应及线性黏弹性临界应变幅都随磁感应强度增强而增大；相比于剪切速率及应变幅，磁感应强度对法向应力的影响更显著。
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  热输入和退火保温时间对409L铁素体不锈钢TIG焊接接头过热区晶粒尺寸的影响

  赵贞贞, 郭永环, 赵建业, 蒋鹏, 范晖

  机械工程材料. 2020, 44(1): 29-32. https://doi.org/10.11973/jxgccl202001005

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  在不同热输入（1 145.5～5 248.0 J·mm^-1）下对409L铁素体不锈钢板进行钨极惰性气体保护电弧（TIG）焊，之后对接头进行830 ℃保温不同时间（0～13 min）的退火处理，采用均匀化设计方法研究了热输入和退火保温时间对接头过热区组织和晶粒尺寸的影响。结果表明：不同热输入下，退火前后焊接接头过热区的组织均主要为粗大的铁素体，且随着热输入的增大，组织中出现网状铁素体和魏氏体；退火后接头过热区的晶粒尺寸基本与退火前的相当，当热输入从1 145.5 J·mm^-1增加5 248.0 J·mm^-1时，过热区晶粒尺寸从58.46 μm增加到160.97 μm；退火温时间对晶粒尺寸的影响很小；热输入对过热区晶粒尺寸具有非线性影响，且影响程度远大于退火保温时间的影响程度。
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  TiZrCuNi钎料真空钎焊纯钛TA1接头界面的显微组织和钎料元素扩散行为

  刘松

  机械工程材料. 2020, 44(1): 33-38. https://doi.org/10.11973/jxgccl202001006

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  用Ti-37.5Zr-15Cu-10Ni钛基非晶钎料真空钎焊纯钛TA1后，研究了钎焊接头界面的显微组织和钎料元素扩散行为。结果表明：钎焊接头由钎焊缝、钎焊缝与母材界面区、细小针条状物扩散区、密集条片状物扩散区和粗大条片状物扩散区组成，对应的组织分别为β相、β相+细小条状α相、魏氏体、粗大魏氏体+（Ti， Zr）₂（Cu，Ni）金属间化合物、α相+Ti₂（Cu，Ni）+TiNiFe金属间化合物；镍元素向钛基体中扩散的距离最长，铜元素的扩散距离居中，而锆元素的扩散距离最短；锆元素均能与α-Ti和β-Ti形成连续固溶体，但β相固溶锆原子的能力强于α相固溶锆原子的能力，铜元素和镍元素均主要固溶在β相中。
新材料 新工艺
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  600 MPa级热轧双相钢的动态连续冷却转变行为及其热轧卷取工艺的优化

  赵楠, 刘学伟, 孙明军, 黄绪传

  机械工程材料. 2020, 44(1): 39-43,56. https://doi.org/10.11973/jxgccl202001007

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  在传统600 MPa级双相钢成分的基础上，通过适当降低铬、钼元素的含量，设计了中温卷取型热轧双相钢的化学成分，采用热模拟试验研究了试验钢的动态连续冷却转变行为；根据热模拟结果对热轧卷取工艺进行优化，并进行现场工业试制，研究了优化前后的显微组织和性能。结果表明：当冷却速率大于15 ℃·s^-1时，试验钢显微组织主要由贝氏体、马氏体和少量铁素体组成，且随着冷却速率的增大，贝氏体由粒状变为板条状，马氏体含量增加；采用优化的中温卷取全程密集冷却工艺生产的热轧双相钢较优化前的晶粒更细小，马氏体含量更高；采用优化工艺生产的热轧双相钢的屈服强度、抗拉强度、硬度均高于优化前的，断后伸长率和扩孔率均低于优化前的，但仍满足标准要求，说明试制的热轧双相钢具有良好的综合力学性能。
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  700℃先进超超临界机组末级过热器用新型镍铁基高温合金的组织与性能

  袁勇, 党莹樱, 杨珍, 张鹏, 尹宏飞, 黄锦阳, 周永莉, 严靖博, 鲁金涛, 谷月峰, 赵海平, 王婷婷, 徐松乾

  机械工程材料. 2020, 44(1): 44-50. https://doi.org/10.11973/jxgccl202001008

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  研究了700 ℃先进超超临界（A-USC）机组末级过热器用新型镍铁基HT700T高温合金的组织和性能。结果表明：HT700T合金为析出强化型合金，在750 ℃的组织稳定性较好；合金在750 ℃时的屈服强度为598 MPa，且热暴露3 000 h后其屈服强度仍约为400 MPa；合金在750 ℃/10⁵ h的持久强度为103 MPa；在750 ℃热暴露10⁴ h后，室温冲击功为50 J·cm^-2，较热暴露前的略有下降；合金的750 ℃抗蒸汽氧化性能达到完全抗氧化级，在750 ℃/2×10⁵ h模拟烟灰/烟气条件下的金属腐蚀深度约为0.2 mm；HT700T合金的综合性能基本满足700 ℃ A-USC机组末级过热器的服役性能要求，其工业试制锅炉管已在试验平台上正常运行超过15 000 h。
材料性能及应用
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  激光体能量密度对激光选区熔化成形TC4钛合金致密化行为的影响

  孙靖, 朱小刚, 李鹏, 王旭琴, 丘廉芳, 王飞, 王联凤, 吴文恒, 顾哲明

  机械工程材料. 2020, 44(1): 51-56. https://doi.org/10.11973/jxgccl202001009

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  采用激光选区熔化（SLM）技术制备TC4钛合金，研究了激光体能量密度对合金表面质量和致密化行为的影响。结果表明：随着激光体能量密度由33 J·mm^-3增加到80 J·mm^-3，合金表面粗糙度减小，表面质量提高，表面球化现象明显改善；随着激光体能量密度的增大，合金内部孔洞减少，相对密度由90.5%增大到99.3%，但过高的激光体能量密度下熔体的过度流动影响成形件的尺寸精度及性能；制备该合金的最佳参数为激光体能量密度66 J·mm^-3，即激光功率250 W，扫描速度500 mm·s^-1，此时合金的表面质量和致密性均较好。
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  冷金属过渡加脉冲电弧增材制造4043铝合金薄壁件的组织与拉伸性能

  蒋旗, 张培磊, 刘志强, 于治水, 史海川

  机械工程材料. 2020, 44(1): 57-61. https://doi.org/10.11973/jxgccl202001010

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  采用冷金属过渡加脉冲（CMT+P）电弧增材制造4043铝合金薄壁件，对比了不同工艺参数下薄壁件的成形性能，研究了成形性能良好薄壁件的组织与拉伸性能，并与CMT工艺下的进行了对比。结果表明：CMT+P工艺下，当焊接速度为8 mm·s^-1和送丝速度4 m·min^-1时，薄壁件的成形性能最好，且其成形效果接近CMT工艺下的；CMT+P工艺下薄壁件的单层组织由焊道上层的细晶区和焊道下层的粗晶区组成，焊道间存在穿过界面生长的粗大柱状枝晶，CMT工艺下的显微组织为分布均匀的细小柱状晶；CMT+P工艺下薄壁件的拉伸性能优于CMT工艺下的；CMT+P工艺下横向和纵向拉伸试样断裂方式均为韧性断裂，横向与纵向抗拉强度各向异性百分比仅为4%，说明薄壁件的力学性能不存在各向异性。
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  原位自生TiC与TiB增强钛基复合材料的组织和力学性能

  徐欢, 郭相龙, 吕维洁

  机械工程材料. 2020, 44(1): 62-67,73. https://doi.org/10.11973/jxgccl202001011

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  通过真空自耗熔炼、锻造、退火等工艺制备得到不同含量原位自生TiC、TiB，以及TiC+TiB（体积比1∶1）钛基复合材料，研究了其显微组织、室温和高温（300 ℃）拉伸性能以及室温压缩性能，并分析了室温拉伸时TiC和TiB强化作用之间的耦合关系。结果表明：复合材料的基体组织为变形α组织，TiC呈细小等轴状和略微粗大椭球状，TiB呈短纤维状；当增强体总体积分数相同时，TiC+TiB的强化效果高于TiC或TiB的，且随着增强体体积分数的提高而增强，但复合材料的塑性明显下降；复合材料室温拉伸断裂方式主要是增强体的承载断裂，而高温拉伸时的断裂方式包括增强体的承载断裂和部分TiB短纤维与基体的脱黏；室温拉伸时，TiC与TiB的强化作用与细晶强化作用间满足耦合系数1.5的叠加关系。
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  工业生产条件下烧结温度对粉末冶金Fe-Cu-C合金组织和性能的影响

  罗海玉, 刘博, 黄志鸿, 杨小康

  机械工程材料. 2020, 44(1): 68-73. https://doi.org/10.11973/jxgccl202001012

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  在实际工业生产条件下采用粉末冶金技术制备Fe-Cu-C合金，研究了烧结温度（1 060～1 160 ℃）对其密度、显微组织、物相组成、力学性能的影响。结果表明：随着烧结温度的升高，合金的密度先增大后降低，并在1 140 ℃时达到最大值（7.02 g·cm^-3）；随着烧结温度的升高，合金组织中颗粒的球化程度提高，孔隙的尺寸减小、数量降低，显微组织趋于稳定，铜相衍射峰消失，Fe₄Cu₃相衍射峰出现；合金的抗拉强度、硬度随烧结温度的变化趋势与密度的基本相同，且均在1 140 ℃时达到最大值，分别为460 MPa，185 HRB，拉伸断口均主要呈脆性断裂特征；工业生产条件下制备的合金的力学性能指标基本与在实验室条件下制备的相吻合。
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  焊后冷却方式对S20433奥氏体不锈钢等离子弧焊接头性能的影响

  王维东, 毕宗岳, 徐学利

  机械工程材料. 2020, 44(1): 74-77. https://doi.org/10.11973/jxgccl202001013

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  对S20433奥氏体不锈钢板进行等离子弧焊接，研究了焊后空冷和水冷方式下接头的显微组织和性能。结果表明：与空冷方式下的相比，水冷方式下接头中铁素体含量较高，热影响区较窄；水冷方式下接头的硬度略高于空冷方式下的；空冷和水冷方式下接头的抗拉强度分别为693，667 MPa，空冷方式下接头与母材具有更好的强度匹配性；空冷方式下接头在弯曲试验后无裂纹出现，而水冷方式下接头在背弯试验时因氧化夹杂物的存在而出现裂纹，表明空冷方式下接头的韧性更好；两种冷却方式下接头均具有良好的抗氢致开裂性能；采用空冷的焊后冷却方式，接头的综合性能更好。
失效分析
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  55SiCr弹簧钢丝表面结疤的原因

  潘晟, 王军艺, 刘新宽, 盛荣生, 李文军, 方舟, 陈杰

  机械工程材料. 2020, 44(1): 78-82. https://doi.org/10.11973/jxgccl202001014

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  在55SiCr弹簧钢丝的生产过程中，经喷丸除锈和拉拔后，钢丝表面出现结疤现象，通过形貌观察、化学成分分析、显微组织观察、显微硬度测试等方法对结疤原因进行了分析。结果表明：弹簧钢丝表面结疤是在喷丸除锈过程中形成的；铸钢丸在长期使用过程中产生棱角并发生加工硬化，导致其韧性降低、脆性增加，易开裂而产生残余颗粒；在喷丸除锈过程中，铸钢丸残余颗粒易嵌入钢丝基体中，在后续拉拔过程中在钢丝表面留下划痕并发生变形而形成块状结疤。
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  某电站锅炉末级再热器异种钢管焊接接头的断裂原因

  刘课秀, 封小亮, 马括, 卢忠铭, 王恋

  机械工程材料. 2020, 44(1): 83-86. https://doi.org/10.11973/jxgccl202001015

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  某电站锅炉末级再热器12Cr1MoVG/TP304H异种钢管焊接接头在服役过程中发生断裂，通过宏观形貌观察、化学成分分析、力学性能测试、显微组织观察、微区成分分析等对断裂原因进行分析。结果表明：该异种钢管焊接接头沿12Cr1MoVG钢管侧熔合线发生脆性断裂；在高温工况下长期服役后，焊接接头发生碳的扩散迁移，导致12Cr1MoVG钢管侧熔合线附近集聚的碳化物沿晶界分布并形成微观蠕变裂纹，从而严重削弱了该区域的强度和韧性，同时12Cr1MoVG和TP304H钢的导热系数和线膨胀系数差别很大，导致高温环境下形成较大的热应力，在高温蒸汽压力和热应力的综合作用下该异种钢焊接接头沿12Cr1MoVG钢管侧熔合线发生脆性断裂。