2020年, 第44卷, 第10期　
刊出日期：2020-10-20

  

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  机械工程材料. 2020, 44(10): 0-0.

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综述
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  过火设备损伤评价方法及其材料力学和耐腐蚀性能损伤评价的研究现状

  王伟, 史进, 耿鲁阳, 唐建群, 巩建鸣

  机械工程材料. 2020, 44(10): 1-5,11. https://doi.org/10.11973/jxgccl202010001

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  在火灾过程中，不同区域的温度、火灾持续时间、灭火方式以及设备材料的不同，导致过火设备发生不同程度和类型的损伤，并造成设备材料组织与性能的变化。概述了石化行业中常用碳钢、低合金钢和奥氏体不锈钢过火设备的损伤评价方法及其材料力学与耐腐蚀性能损伤评价的国内外研究现状，探讨了目前过火设备损伤评价中存在的问题和未来的研究方向。
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  应用于装备轻量化铝合金构件液态模锻成形技术的研究进展

  张新, 陈刚, 李宏伟, 陈彤, 王长顺, 徐兰军, 杜之明, 秦绪坤

  机械工程材料. 2020, 44(10): 6-11. https://doi.org/10.11973/jxgccl202010002

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  在轻量化需求日益提升的大背景下，具有优良成形性能的液态模锻成形技术得到广泛的关注。总结了装备轻量化设计准则以及轻量化设计的关键要点，介绍了液态模锻成形铝合金在装备中的应用，从工艺原理与特点、成形材料、成形模具、成形设备等方面对液态模锻成形铝合金技术的研究进展进行了综述，最后提出了该技术今后的研究发展方向。
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  Mo₂NiB₂基金属陶瓷制备技术及应用的研究进展

  李强, 李文戈, 赵远涛, 王争强, 袁东林, 张淼

  机械工程材料. 2020, 44(10): 12-16. https://doi.org/10.11973/jxgccl202010003

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  综述了Mo₂NiB₂基金属陶瓷的性能与特点，详细介绍了真空液相烧结技术、激光熔覆技术、固相反应法、反应热喷涂法、铸造烧结法等Mo₂NiB₂基金属陶瓷常用制备方法及各自的优缺点，简述了采用不同技术制备得到Mo₂NiB₂基金属陶瓷的硬度、耐磨性能和耐腐蚀性能等，对Mo₂NiB₂基金属陶瓷的相关应用领域进行了总结，最后对今后我国Mo₂NiB₂基金属陶瓷的研究方向进行了展望。
试验研究
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  电弧轨迹对CMT电弧增材制造Inconel 625合金厚壁件组织与性能的影响

  徐文虎, 张培磊, 蒋旗, 刘志强, 于治水, 叶欣, 吴頔, 史海川

  机械工程材料. 2020, 44(10): 17-21,47. https://doi.org/10.11973/jxgccl202010004

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  采用以冷金属过渡（CMT）电弧为热源的增材制造技术制备Inconel 625合金厚壁件，对比研究了摆动与两道多层电弧轨迹下厚壁件的显微组织和性能。结果表明：在摆动电弧轨迹增材制造过程中出现了飞溅现象，厚壁件表面粗糙，而在两道多层电弧轨迹增材制造过程中无明显飞溅现象，厚壁件表面光滑平整；厚壁件中树枝晶的生长方式均为外延生长，树枝晶中存在二次枝晶以及三次枝晶，且两道多层电弧轨迹下的枝晶间距小于摆动电弧轨迹下的；两道多层电弧轨迹下厚壁件的平均抗拉强度高于摆动电弧轨迹下的；摆动和两道多层电弧轨迹下厚壁件的抗拉强度各向异性百分比均很小，分别为4%，4.5%，厚壁件的断裂类型均为韧性断裂。
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  机械合金化制备CoCrFeNiTiCuMo_xV_x高熵合金粉末的显微组织

  周娟, 樊湘芳, 陈勇, 苟毅, 李永峭

  机械工程材料. 2020, 44(10): 22-27. https://doi.org/10.11973/jxgccl202010005

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  采用高能行星式球磨机对CoCrFeNiTiCuMo_xV_x（x=0.5，1.0，1.5，2.0，原子比）粉末进行机械合金化制备高熵合金粉末，利用X射线衍射、扫描电镜、透射电镜研究了钼和钒含量对合金粉末物相组成、晶粒尺寸、晶格应变的影响。结果表明：高能球磨后，纯金属相的衍射峰消失，得到了BCC+FCC双相结构的合金粉末；随着钼和钒含量的增加，BCC相含量增加，FCC相减少；合金粉末颗粒的尺寸在100~200 nm，颗粒呈扁平片状，随着钼和钒含量的增加，合金粉末的晶粒尺寸减小，晶格应变增大。
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  粉料和冷等静压对凝胶注模成型Al₂O₃陶瓷致密化的影响

  杜苗凤, 张培志, 郭方全, 祁海, 韩伟月, 何成贵

  机械工程材料. 2020, 44(10): 28-32. https://doi.org/10.11973/jxgccl202010006

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  对平均粒径分别为0.31，0.77 μm的2种Al₂O₃粉体（分别记为1^#和2^#）进行低固相含量（体积分数45%）凝胶注模成型，再经冷等静压（CIP）和常压烧结制备得到2种Al₂O₃陶瓷，研究了粉料和CIP压力（100~500 MPa）对Al₂O₃坯体和陶瓷致密化的影响。结果表明：粒径较小Al₂O₃粉体的分散难度较大，所需聚丙烯酸铵分散剂的添加量较高，所得坯体和烧结陶瓷的相对密度较小；随着CIP压力增加，2种Al₂O₃坯体的相对密度增大，孔洞减少，而2种烧结陶瓷的相对密度呈现先增大后减小再趋于稳定的变化趋势，当CIP压力为350~400 MPa时陶瓷的相对密度最大，晶间气孔较少。
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  CO₂压力对20钢在CO₂/水两相分层流液相介质中腐蚀行为的影响

  张正海, 杨贵荣, 宋文明, 马颖, 李亚敏

  机械工程材料. 2020, 44(10): 33-37,42. https://doi.org/10.11973/jxgccl202010007

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  利用失重法、扫描电镜、X射线衍射等研究了CO₂压力（0.03~0.26 MPa）对20钢在CO₂/水两相分层流液相介质中腐蚀行为的影响。结果表明：CO₂压力由0.03 MPa升高至0.11 MPa时，20钢的腐蚀速率快速增大，而当CO₂压力超过0.11 MPa后腐蚀速率缓慢增大；不同试验条件下20钢的腐蚀速率均大于1.193 mm·a^-1，说明20钢发生严重腐蚀；20钢表面被均匀、疏松的絮状腐蚀产物覆盖而形成网絮状结构，腐蚀产物主要由铁的氧化物和FeCO₃组成；随着CO₂压力的增加，腐蚀产物膜的致密程度增大，产物膜的颗粒尺寸减小，腐蚀产物形貌由絮状、针状、颗粒状向鳞片状转变。
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  预拉伸变形量对2219铝合金组织与性能的影响

  房娃, 杨程, 赵鸿飞, 李继光

  机械工程材料. 2020, 44(10): 38-42. https://doi.org/10.11973/jxgccl202010008

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  对退火态2219铝合金板进行预拉伸变形，然后进行固溶与时效处理，研究了预拉伸变形量（0~5.0%）对铝合金组织及拉伸性能的影响，探讨了预拉伸变形后升温过程中晶粒的长大行为。结果表明：当预拉伸变形量不大于3.5%时，经固溶处理后合金的平均晶粒尺寸基本不变，约为0.1 mm，当预拉伸变形量达到5.0%时，晶粒明显变大，平均晶粒尺寸为1.66 mm；预拉变形量小于3.5%，在2219铝合金瓜瓣结构多道次拉形中道次变形量的制定不需考虑粗晶的影响，而预拉伸变形量大于3.5%时，则需考虑粗晶的影响；随着预拉伸变形量的增加，经固溶时效处理后合金的屈服强度和抗拉强度均先增大后减小，预拉伸变形量为3.0%时达到最大，分别为320，434 MPa；经过变形量为5.0%的预拉伸后，在加热温度低于525 ℃时，合金中晶粒长大现象不明显，而当温度高于525 ℃后，晶粒瞬时迅速长大。
材料性能及应用
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  7B04与B95超硬铝合金的裂纹扩展性能

  宋雨键, 崔荣洪, 张腾, 樊祥洪, 张胜

  机械工程材料. 2020, 44(10): 43-47. https://doi.org/10.11973/jxgccl202010009

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  采用根据国内某型飞机飞行特性编制的随机载荷谱，对B95和7B04硬质铝合金进行疲劳试验，获得疲劳裂纹扩展数据和疲劳总寿命，确定裂纹形成寿命，对2种铝合金的疲劳寿命、分散性系数等重要疲劳性能指标进行对比分析。结果表明：7B04铝合金的中值裂纹形成寿命为5 301.9飞行小时，约为B95铝合金的1.55倍，裂纹形成寿命分散系数为1.436 2，远低于B95铝合金的（2.443 9）；7B04铝合金的安全寿命为4 373.82飞行小时，约为B95铝合金的2.2倍，总寿命分散系数为1.502 3，亦远低于B95铝合金的（2.168 9）；7B04铝合金的疲劳裂纹扩展性能明显优于B95铝合金的，可替代B95铝合金制造结构件。
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  六偏磷酸钠掺入量对Al₂O₃-SiC-C质铁沟浇注料性能的影响

  熊健, 程本军, 何可, 周长洞, 叶尔波拉提·阿尔米亚

  机械工程材料. 2020, 44(10): 48-52. https://doi.org/10.11973/jxgccl202010010

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  以棕刚玉为骨料，碳化硅、白刚玉粉、氧化铝微粉、六偏磷酸钠等为辅料制备Al₂O₃-SiC-C质铁沟浇注料，研究了六偏磷酸钠掺入量（0.05%~0.20%，质量分数）对浇注料致密性、力学性能和热力学性能的影响。结果表明：在110 ℃干燥及1 450 ℃烧成条件下，随着六偏磷酸钠掺入量的增加，浇注料试样的体积密度、耐压强度和抗折强度先增大后减小，显气孔率则先减小后增加；掺入0.10%六偏磷酸钠试样的线膨胀系数大于掺入0.15%六偏磷酸钠试样的；在低于1 150 ℃测试温度下，试样的导热系数随六偏磷酸钠掺入量的增加先增大后减小。综合考虑各项因素，六偏磷酸钠最佳掺入量为0.10%~0.15%。
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  等离子喷涂电流对Cr₂O₃涂层微观形貌与性能的影响

  鞠少栋, 马认琦, 刘传刚, 李成龙, 孟金州, 赵忠贤, 李文戈

  机械工程材料. 2020, 44(10): 53-56. https://doi.org/10.11973/jxgccl202010011

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  采用大气等离子喷涂技术在Q235B钢板上制备Cr₂O₃涂层，研究了喷涂电流（570~650 A）对Cr₂O₃涂层孔隙率、微观形貌、物相组成、硬度、结合强度、耐磨性能的影响。结果表明：随着喷涂电流的增大，Cr₂O₃涂层的孔隙率减小；当喷涂电流为650 A时，涂层的孔隙率最低，仅为2.18%，涂层表面平整，与基体结合紧密，未发现明显裂纹及未熔颗粒；喷涂电流为570 A时，涂层的物相为Cr₂O₃，涂层与基体的结合方式为机械结合，喷涂电流增至650 A时，涂层主要由Cr₂O₃、Cr_1.3Fe_0.7O₃组成，涂层与基体间形成了冶金结合；随着喷涂电流由570 A增大至650 A，涂层的显微硬度由1 516.23 HV升高至1 760.71 HV，结合强度由15.60 MPa增大至23.60 MPa，摩擦因数由0.562 0减小至0.436 9，磨损深度由0.006 mm减小至0.004 mm，涂层的耐磨性能变好。
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  粉体砂磨工艺对SiO₂-ZrO₂-MgO-CaO助烧95Al₂O₃陶瓷微观结构与性能的影响

  方豪杰, 贺亦文, 张晓云, 曾超, 曾雄, 林华泰, 郭伟明, 吴利翔, 刘秋宇

  机械工程材料. 2020, 44(10): 57-61. https://doi.org/10.11973/jxgccl202010012

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  采用砂磨工艺对Al₂O₃粉体进行研磨，研究了粉体的形貌，以及在SiO₂-ZrO₂-MgO-CaO烧结助剂作用下烧结粉体得到95Al₂O₃陶瓷的物相组成、微观结构和力学性能，并与行星球磨工艺下的进行对比。结果表明：砂磨后Al₂O₃粉体的平均粒径仅为0.2 μm，砂磨对粉体具有明显的细化作用，而行星球磨后的中位粒径为2.4 μm，与未研磨粉体的相近；烧结砂磨粉体得到陶瓷的物相为Al₂O₃、Al_0.52Zr_0.48O_1.74、m-ZrO₂，而烧结行星球磨粉体与未研磨粉体的物相为Al₂O₃与微量m-ZrO₂；烧结砂磨粉体得到陶瓷表面的Al₂O₃晶粒未异常长大，ZrO₂相钉扎在Al₂O₃晶界，而烧结行星球磨粉体与未研磨粉体的Al₂O₃晶粒均存在异常长大现象；烧结砂磨粉体得到陶瓷的断裂韧度为（4.6±0.6） MPa·m^1/2，高于烧结未研磨和行星球磨粉体的。
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  Cr-Mo-Ni系和Cr-Mo-W-V系药芯焊丝堆焊层的组织和耐磨性能

  韩丽梅, 李丽, 田猛

  机械工程材料. 2020, 44(10): 62-66. https://doi.org/10.11973/jxgccl202010013

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  采用气体保护焊对718钢板进行堆焊，对比研究了Cr-Mo-Ni系和Cr-Mo-W-V系药芯焊丝堆焊层的组织、硬度与耐磨性能。结果表明：2种药芯焊丝堆焊层均与母材熔合良好，无焊接缺陷；Cr-Mo-Ni系药芯焊丝堆焊层的显微组织由马氏体和少量残余奥氏体组成，Cr-Mo-W-V系药芯焊丝堆焊层的显微组织由细小马氏体、较多铁素体、极少残余奥氏体组成，铁素体内有碳化物析出；Cr-Mo-Ni系药芯焊丝堆焊层的平均硬度为571 HV，高于Cr-Mo-W-V系药芯焊丝堆焊层的（519 HV）；2种药芯焊丝堆焊层的耐磨性能均优于母材的，且Cr-Mo-W-V系药芯焊丝堆焊层的耐磨性能优于Cr-Mo-Ni系药芯焊丝堆焊层的，这与Cr-Mo-W-V系药芯焊丝中的钨、钒元素可促进堆焊层中晶粒的细化与耐磨碳化物的形成有关。
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  快速凝固制备铸态B2型Zr-Co-Al合金的微观结构和力学性能

  黄斌, 武俊霞, 孟凡莹, 何叶, 高亮明, 李培友

  机械工程材料. 2020, 44(10): 67-71,75. https://doi.org/10.11973/jxgccl202010014

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  采用快速凝固技术制备Zr₄₉Co₄₉Al₂、Zr₄₈Co₄₈Al₄、Zr₄₇Co₄₇Al₆合金棒，研究了合金的微观结构和力学性能，并分析了压缩时合金中裂纹萌生和扩展机理。结果表明：Zr₄₉Co₄₉Al₂合金、Zr₄₈Co₄₈Al₄合金和Zr₄₇Co₄₇Al₆合金的物相均为具有简单立方结构B2 ZrCo相，随着铝含量的增加，其（110）晶面间距增大且均略大于理论值；随着铝含量的增加，合金的弹性极限和屈服强度增大，塑性变形抗力降低，弹性能增大，在使用过程中的安全性变高；Zr₄₉Co₄₉Al₂合金和Zr₄₈Co₄₈Al₄合金压缩断口表面裂纹沿着应力加载方向扩展，晶界和晶粒变形吸收大量塑性功，导致合金具有较大的塑性变形，而Zr₄₇Co₄₇Al₆合金压缩断口表面未观察到裂缝扩展现象，晶界和晶粒近似同步变形，导致合金在塑性变形阶段呈现软化现象。
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  熔盐法与液相法制备Ti₂CT_x及性能对比

  邹云麒, 杨磊, 李超, 严明

  机械工程材料. 2020, 44(10): 72-75. https://doi.org/10.11973/jxgccl202010015

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  采用熔盐法（NaF+KF）和液相法（HCl+NaF）刻蚀Ti₂AlC制备得到Ti₂CT_x，对比研究了2种方法下刻蚀产物的物相组成、微观形貌、表面官能团及电化学性能。结果表明：液相法所得Ti₂CT_x纯度较高，表面有4种官能团（C-O、C=O、C-F和O-H），杂质主要为TiC；熔盐法所得Ti₂CT_x片层间距较小，表面有2种官能团（C=O和O-H），杂质主要为K₂NaAlF₆；熔盐法及液相法制得的Ti₂CT_x均表现出良好的倍率性能及电化学可逆性，后者电容性能更佳。
物理模拟与数值模拟
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  TC4钛合金绝热剪切行为的数值模拟

  闫迎亮, 张鹏飞

  机械工程材料. 2020, 44(10): 76-80,86. https://doi.org/10.11973/jxgccl202010016

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  基于Johnson-Cook本构模型和损伤模型，采用Lsdyna软件建立了分离式霍普金森压杆系统的二维模型，对TC4钛合金帽状试样的绝热剪切过程进行了数值模拟，研究了局域化变形区域的应力、塑性应变和温度，并与试验结果进行对比；探讨了TC4钛合金的绝热剪切机理。结果表明：模拟得到13 m·s^-1冲击速度下，TC4钛合金帽状试样发生明显的局域化变形，且局域化变形区域的最大应力为1 530 MPa，断裂极限塑性应变为0.205，最高温度为344.3 K；局域化变形区域中等效塑性应变较高的区域与温度较高的区域均呈扭转的漩涡状分布特征，且二者的位置相同，该区域形成了绝热剪切带。模拟得到帽状试样的真应力-真应变曲线以及绝热剪切带形成的位置与试验结果均吻合，验证了模拟结果的准确性。TC4钛合金绝热剪切带组织为明显的等轴晶组织，绝热剪切带组织与α基体组织间存在明显的分界线。
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  车用钢板材料硬化模型的适用性

  董伊康, 齐建军, 孙力, 罗扬, 王健, 杨婷, 邢承亮

  机械工程材料. 2020, 44(10): 81-86. https://doi.org/10.11973/jxgccl202010017

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  以DX56D+Z、HC220BD+Z、HC420LA、HC420/780DP汽车钢板为研究材料，分别使用Ludwik、Swift、Hockett-Sherby、Voce、Swift-Hockett-Sherby和Swift-Voce硬化模型对单向拉伸试验获取的流动应力和塑性应变进行拟合，对比分析了6种硬化模型的拟合精度；以HC420/780DP钢板为例，分析了6种硬化模型对大应变范围（颈缩点后）内流动应力的拟合效果。结果表明：在塑性变形阶段，Hockett-Sherby硬化模型所描述的流动应力增长方式与试验结果最为接近，拟合的流动应力与实测结果的重合度最高；采用6种硬化模型外推得到HC420/780DP钢在大应变范围内流动应力的差异较大，Swift-Hockett-Sherby和Swift-Voce混合模型拟合自由度更高，拟合效果更好。
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  C72900铜合金与15-5PH不锈钢的动态力学性能及本构关系

  朱功, 苑铁兵, 周丽, 孙凯

  机械工程材料. 2020, 44(10): 87-91,97. https://doi.org/10.11973/jxgccl202010018

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  采用霍普金森压杆试验研究了C72900铜合金与15-5PH不锈钢在不同应变速率下的动态力学性能；基于Johnson-Cook本构方程对应变-应力曲线进行拟合以确定材料参数，应用ABAQUS软件对压缩试验进行模拟以验证本构方程的准确性。结果表明：试验测得随着应变速率的增大，C72900铜合金和15-5PH不锈钢的流变应力显著增大，二者的流变应力行为相近；模拟得到C72900铜合金与15-5PH不锈钢在塑性变形阶段的真应力-真应变曲线与试验结果相吻合，相对误差小于3%，表明所建立的Johnson-Cook本构方程较好地描述了C72900铜合金和15-5PH不锈钢的流变应力特征；C72900铜合金替代15-5PH不锈钢应用于C919大飞机保险销垫片是可行并可靠的。
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  Al-Mg-Si-Cu合金双道次热变形流变软化行为

  沈元元, 肖罡, 干甜, 刘长万, 曾建民

  机械工程材料. 2020, 44(10): 92-97. https://doi.org/10.11973/jxgccl202010019

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  在变形温度为653～733 K、应变速率为0.01～0.1 s^-1、变形道次间停留时间为30～240 s下，对Al-Mg-Si-Cu合金进行双道次等温热压缩试验，定量分析了合金的动态与静态软化行为，探讨了合金的流变软化行为机理。结果表明：合金在第一道次变形时的动态软化率均不低于10%，流变软化程度随着应变速率的增大和变形温度的升高而减小，软化机制为动态回复与再结晶相结合；变形道次间停留阶段的软化行为显著，最大软化率可达97.82%，静态软化程度随变形温度的升高、应变速率的增大和道次间停留时间的延长而增大，软化行为由静态回复与再结晶共同主导；合金在第二道次变形时的流变应力峰值较低且软化率均不高于5%，软化行为由再结晶与回复共同主导。
失效分析
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  某油田HY级抽油杆断裂原因

  李霄, 贺大川, 张中垚, 张刚刚, 王璐瑶, 张洁, 张广利

  机械工程材料. 2020, 44(10): 98-102. https://doi.org/10.11973/jxgccl202010020

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  某油田HY级抽油杆在服役过程中于扳手方和外螺纹台阶过渡处发生断裂。采用断口形貌观察、化学成分分析、显微组织观察、硬度测试及有限元模拟等方法，对其断裂原因进行分析。结果表明：失效抽油杆的断裂方式为脆性断裂，裂纹源位于扳手方和外螺纹台阶过渡位置的棱角处；断裂原因在于碳、钼元素含量低于标准要求，组织中出现含量较高的铁素体，导致抽油杆淬硬性和强度不足，以及扳手方与外螺纹台阶的过渡圆角半径不符合标准要求且过渡位置表面存在凹坑缺陷，导致较大应力集中。