2020年, 第44卷, 第11期　
刊出日期：2020-11-20

  

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  机械工程材料. 2020, 44(11): 0-0.

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试验研究
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  渗碳对乙烯裂解炉服役炉管组织与拉伸性能的影响

  陈伟庆, 韩志远, 吴建平, 曹逻炜, 刘文彬

  机械工程材料. 2020, 44(11): 1-6. https://doi.org/10.11973/jxgccl202011001

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  对长期服役的乙烯裂解炉辐射段炉管进行金相检验和拉伸试验，研究了其渗碳区与非渗碳区的显微组织、碳化物尺寸、室温及高温力学性能，建立了碳化物宽度与炉管拉伸性能之间的定量关系。结果表明：炉管非渗碳区与渗碳区晶粒形貌、尺寸相近，前者由奥氏体基体、一次碳化物、G相以及NbC相组成，后者无G相，一次碳化物发生明显粗化，蠕变孔洞和微裂纹增多；炉管室温强度和塑性劣化严重，非渗碳区的高温拉伸性能基本满足要求，而渗碳区发生明显脆化；碳化物宽度随着距炉管外表面距离的增加而增大；炉管的抗拉强度和屈服强度与碳化物宽度呈正相关，断后伸长率与之呈负相关。
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  蠕变-疲劳交互作用下GH4169合金的损伤机理

  鲍晓光, 王润梓, 王继, 郭素娟, 张显程

  机械工程材料. 2020, 44(11): 7-14,20. https://doi.org/10.11973/jxgccl202011002

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  利用扫描电子显微镜对不同蠕变-疲劳试验条件（应变比分别为-1，0，-∞；总应变范围分别为1.2%，1.6%，2.0%；拉应变保持时间分别为60，120，300，1 800，5 400 s）下GH4169合金试样断口及其纵切薄片上的裂纹、孔洞等损伤特征进行分析，研究了微观损伤特征与试验条件之间的联系；利用电子背散射衍射技术定性描述了孔洞和裂纹的萌生位置与发展过程，定位了蠕变损伤，分析了蠕变-疲劳交互作用下合金的损伤机理。结果表明：总应变范围、拉应变保持时间与试样寿命成反比，与裂纹源数量以及纵切薄片上裂纹、孔洞的数量与尺寸均成正比关系；而应变比对试样寿命无明显影响；试样的蠕变损伤累积随拉应变保持时长的延长呈增长趋势。
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  反应堆一回路结构材料与去污液的相容性

  赵宇翔, 康武, 吴昉赟, 文杰, 庞鹏

  机械工程材料. 2020, 44(11): 15-20. https://doi.org/10.11973/jxgccl202011003

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  在95 ℃下采用三步化学去污法对5种反应堆一回路结构材料进行浸泡腐蚀试验，研究了结构材料在去污液中的电化学性能以及二者的相容性，并在06Cr18Ni11Ti奥氏体不锈钢上预制氧化膜，对该三步化学去污工艺的效果进行了验证。结果表明：5种材料在去污液中的腐蚀速率均符合要求，0Cr17Ni4Cu4Nb马氏体不锈钢的腐蚀质量损失与腐蚀速率明显高于06Cr18Ni11Ti、06Cr19Ni10N奥氏体不锈钢和00Cr30Ni59Fe10、00Cr25Ni35AlTi镍基合金的；材料的腐蚀主要由草酸柠檬酸盐溶液引起；浸泡试验后，5种试验材料均无点蚀及晶间腐蚀等现象；该三步化学去污工艺对06Cr18Ni11Ti奥氏体不锈钢表面氧化物具有较好的去除效果。
失效分析
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  燃气-蒸汽联合循环机组余热锅炉中压蒸发器鳍片管泄漏原因

  吴跃

  机械工程材料. 2020, 44(11): 21-24,28. https://doi.org/10.11973/jxgccl202011004

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  某燃气-蒸汽联合循环机组余热锅炉中压蒸发器鳍片管在运行期间发生泄漏，采用宏观形貌和显微组织观察、扫描电镜及能谱分析、物相分析及实验室溶垢试验等方法对其失效原因进行了分析。结果表明：泄漏管漏点位置及附近腐蚀产物层下组织均无异常；个别鳍片管局部区域在原始制造时已发生严重腐蚀，形成了鼓疱状腐蚀产物，其无法通过化学酸洗溶解去除而遗留下来，在机组运行期间，该位置进一步遭受氧腐蚀而发生减薄，最终导致泄漏；建议加强中压蒸发器鳍片管的入场验收管理，重点关注鼓疱状腐蚀、划伤等原始缺陷，以防止此类泄漏事故再次发生。
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  某城际列车齿轮箱开裂的原因

  赵丽娟

  机械工程材料. 2020, 44(11): 25-28. https://doi.org/10.11973/jxgccl202011005

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  某城际列车齿轮箱发生开裂渗油，采用宏观检查、化学成分分析、金相检验、扫描电镜和拉伸试验等方法对其失效原因进行了分析。结果表明：该齿轮箱失效形式为应力腐蚀开裂；组装时齿轮箱刚性悬挂，导致合箱面转角位置产生内应力，成为裂纹源；齿轮箱服役环境潮湿且含有氯离子，加之其合箱面为铸造冒口位置，组织出现变质衰退，这些进一步促进了裂纹的萌生及扩展；建议通过改进铸造工艺、优化齿轮箱结构设计及组装涂胶工艺等方法来防止此类失效的再次发生。
专题报道(增材制造技术)
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  金属粉末床熔融增材制造粉末循环使用研究现状

  何艳丽, 雷力明, 侯慧鹏

  机械工程材料. 2020, 44(11): 29-34. https://doi.org/10.11973/jxgccl202011006

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  粉末床熔融增材制造技术可快速成形复杂结构零件，尺寸精度高，在诸多领域得到广泛关注，但相比于传统制造方法，其成本较高；金属粉末的循环使用则可以有效降低制造成本。结合增材制造金属粉末的研究进展，对常用的316L不锈钢、Ti6Al4V合金和IN718合金粉末在循环使用过程中的化学性能、物理性能和成形件性能变化进行了概述，并基于民用航空零部件增材制造需求，分析了金属粉末循环使用时存在的若干问题，提出了解决思路。
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  激光熔覆技术在轴类零件再制造过程中的应用现状

  王争强, 李文戈, 杜旭, 赵远涛

  机械工程材料. 2020, 44(11): 35-40. https://doi.org/10.11973/jxgccl202011007

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  轴类零件在服役过程中易发生摩擦磨损、腐蚀及疲劳等失效，严重影响工程机械装备的正常运行。激光熔覆技术作为轴类零件修复和再制造常用的技术，可有效延长其使用寿命。概述了激光熔覆技术在轴类零件再制造上的应用，重点介绍了激光熔覆工艺参数（激光功率、熔覆速度、搭接率、送粉量等）和熔覆材料选取对轴类零件再修复性能的影响以及仿真模拟软件的辅助应用，并对激光熔覆再制造技术的发展趋势进行了展望。
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  扫描速度对选区激光熔化Ti-6Al-4V合金内部缺陷和力学性能的影响

  姜夕义, 夏维龙, 娄殿军, 任雪彭, 邵帅, 李昊卿, 刘树裕, 方晓英

  机械工程材料. 2020, 44(11): 41-45. https://doi.org/10.11973/jxgccl202011008

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  采用选区激光熔化（SLM）技术制备Ti-6Al-4V合金，研究了激光扫描速度（705，805，905，1 005，1 105 mm·s^-1）对其内部缺陷、显微组织以及力学性能的影响。结果表明：随着扫描速度的增加，SLM成形Ti-6Al-4V合金孔洞缺陷增多，孔隙率增大；合金组织均为针片状α'马氏体，扫描速度对组织形貌影响不大；随激光扫描速度增加，合金的抗拉强度、屈服强度和显微硬度下降，伸长率变化不大；合金拉伸断裂形式均为韧性断裂，较高扫描速度下断口存在较深的拉伸裂纹以及较多的未熔颗粒和球化现象。
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  增材制造用金属粉末制备技术研究现状及展望

  何杰, 马士洲, 张兴高, 盖希强, 陈厚和, 张开创

  机械工程材料. 2020, 44(11): 46-52,58. https://doi.org/10.11973/jxgccl202011009

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  增材制造是金属零件先进制造技术的重要发展方向，然而增材制造用金属粉体材料存在研发不足、稳定性弱及标准不全等问题，这严重制约了金属零件增材制造的发展。概述了离心雾化法、二流雾化法以及球化法等常用球形金属粉末制备技术的基本原理，介绍了其优缺点和发展现状。提出国内增材制造粉体制备技术发展可以从两方面做起：一是对传统方法进行工艺、设备改进及标准化研究，建造自动化工厂；二是加强制粉基础理论研究，探索新工艺。
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  三维打印工件的热残余应力和变形解析解

  张钊燊, 舒小平

  机械工程材料. 2020, 44(11): 53-58. https://doi.org/10.11973/jxgccl202011010

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  针对三维打印工件的热残余应力和变形现象，引入底板和动态降温梯度两个关键要素，建立了三维打印过程中热残余应力和变形的解析表达式，并进行了算例验证。结果表明：引入底板和动态降温梯度后，计算结果与实际情况相符；底板温度与成形温度相差越大，降温梯度、热残余应力和变形越大；打印完成后无论何时拆除底板都不会影响热残余应力和变形程度；忽略底板的影响会使解析解产生很大的误差；底板保持恒温可显著降低热残余应力，且保温温度越接近制备温度，热残余应力越小。
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  燃料电池316L不锈钢双极板流道激光熔覆成形工艺

  肖罡, 李时春, 谢志益, 黄冠迪, 詹壮超, 权思畅

  机械工程材料. 2020, 44(11): 59-65. https://doi.org/10.11973/jxgccl202011011

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  通过激光熔覆成形工艺制备了316L不锈钢燃料电池双极板流道，根据双极板流道结构要求，建立了熔覆道成形量化评分标准，通过正交试验研究了激光功率、扫描速度、铺粉厚度对熔覆道成形性能和耐腐蚀性能的影响。结果表明：铺粉厚度、激光功率、扫描速度对熔覆道成形影响的显著性依次减小；较低的激光功率、较高的扫描速度、较小的铺粉厚度以及较低的热输入，有利于获得成形更好的熔覆道；激光功率和扫描速度的增加均有利于提高熔覆道的耐点蚀性能；熔覆道成形效果越好，耐点蚀性能越好。
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  固溶和时效处理对选区激光熔化成形GTD222镍基合金组织和硬度的影响

  潘纬韬, 祝国梁, 王瑞, 汪东红, 董安平, 疏达, 孙宝德

  机械工程材料. 2020, 44(11): 66-71. https://doi.org/10.11973/jxgccl202011012

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  采用选区激光熔化成形技术制备GTD222镍基合金并进行了1 150 ℃固溶和时效处理，研究了固溶处理时间（0，20，40，60，120 min）、时效温度（760，780，800，820，840 ℃）和时效时间（2，4，8 h）对显微组织和硬度的影响。结果表明：选区激光熔化成形GTD222合金中的柱状晶与成形方向呈一定倾斜角度，合金中存在胞状亚结构和高密度位错，未析出γ'相，MC碳化物主要分布于晶界及相邻亚结构界面处；经1 150 ℃固溶处理后合金中的亚结构均消失，随着固溶时间的延长，碳化物逐渐溶解，合金显微硬度先下降后趋于稳定；在760~840 ℃时效处理2~8 h后，合金基体中析出大量γ'相，γ'相的尺寸随时效时间延长和时效温度升高而增大，合金硬度则随时效时间延长和时效温度降低而增大。
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  激光选区熔化成形GH4169合金的超高周疲劳性能

  宋宗贤, 王东坡, 吴志生, 孙科, 毋晗, 刘鑫铭

  机械工程材料. 2020, 44(11): 72-77. https://doi.org/10.11973/jxgccl202011013

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  对经标准热处理的激光选区熔化（SLM）成形GH4169合金进行了拉伸试验和10⁵~10⁹周次高周/超高周疲劳试验，研究了其拉伸性能、疲劳性能和断口形貌，并分析了疲劳断裂机理。结果表明：热处理态SLM成形GH4169合金的抗拉强度和屈服强度较锻件的有所提高，但伸长率大幅下降，弹性模量略有下降；合金S-N曲线呈现阶梯状，在4×10⁵周次和5×10⁷周次附近出现拐点；在10⁵~10⁷周次高周疲劳区间试样的裂纹均萌生于表面，而在超过10⁷周次超高周疲劳区间试样的裂纹大多萌生于内部，其裂纹源为激光能量密度过高产生的圆形匙孔，孔内残留的碳化物会加速裂纹萌生，降低疲劳寿命。
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  钨极惰性气体保护焊电弧增材制造单焊道尺寸预测

  赵鹏, 吕彦明, 周文军, 潘宇, 白少昀

  机械工程材料. 2020, 44(11): 78-82,91. https://doi.org/10.11973/jxgccl202011014

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  利用钨极惰性气体（TIG）保护焊电弧增材制造平台对GH4169镍基高温合金进行正交试验，研究了焊接电流、焊接速度、送丝速度对焊道熔宽和余高的影响；建立了BP人工神经网络，利用遗传算法对其进行优化，得到了单焊道尺寸预测模型，并基于MATLAB的图形用户界面模块（GUI）创建了预测人工交互界面。结果表明：焊道熔宽随焊接电流增加而增大，随焊接速度增加而降低，随送丝速度增加则先增大后降低；焊道余高与送丝速度呈线性正相关，与焊接电流和焊接速度则呈负相关；该焊道尺寸预测模型的相对误差在6%以内，能够较为准确地预测单焊道的形状与尺寸。
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  直写3D打印GNPs-MWCNT导电聚合物复合材料的制备及性能

  陈小军, 胡翠雯, 崔子怡, 莫德云, 连海山, 江树镇, 弓满锋, 罗毅辉

  机械工程材料. 2020, 44(11): 83-91. https://doi.org/10.11973/jxgccl202011015

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  以石墨烯纳米片（GNPs）和多壁碳纳米管（MWCNT）为导电填料，以聚氧化乙烯（PEO）聚合物为基体制备得到复合材料薄膜，研究了不同GNPs/MWCNT填充量及配比对复合材料形貌、透光率、导电性和压阻特性的影响。结果表明：随GNPs/MWCNT填充量增加，复合材料表面包覆的PEO聚合物减少，导电填料连通性能增强；填充GNPs/MWCNT后，复合材料透光率降至50%以下，填料质量分数和配比变化对透光性的影响不大；随GNPs/MWCNT填充量和配比增加，复合材料导电性能显著提升；当GNPs/MWCNT填充质量分数为10%、配比（质量比）为1：1时，复合材料压敏性能最优，且其前驱体溶液稳定性较好，连续打印能力优良，能够进行大面积喷印制造。
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  陶瓷丸喷丸强化对激光增材制造TC18钛合金疲劳性能的影响

  冯抗屯, 翟甲友, 杨凯, 张平则, 高頔

  机械工程材料. 2020, 44(11): 92-96,101. https://doi.org/10.11973/jxgccl202011016

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  对激光增材制造成形TC18钛合金进行陶瓷丸喷丸强化，研究了喷丸强度对其表面形貌、表面粗糙度、表层残余压应力、硬度和疲劳性能的影响。结果表明：随着喷丸强度的提高，合金表面加工痕迹逐渐消失但弹坑变得明显，表面粗糙度和残余压应力均增大；喷丸强化可以提高合金的硬度和弹性模量；随着喷丸强度的提高，合金疲劳寿命先增大后减小，疲劳裂纹源先从表面向材料内部转移，后回到表层；0.20～0.25 mm喷丸强度试样的疲劳寿命最高。
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  激光选区熔化制备超薄铝合金板的可行性及力学性能

  刘正武, 时云, 王毅, 郝云波, 崔宇涛, 朱小刚

  机械工程材料. 2020, 44(11): 97-101. https://doi.org/10.11973/jxgccl202011017

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  利用激光选区熔化（SLM）技术制备厚度为0.1~0.8 mm的AlSi10Mg铝合金薄板以及内腔间隙为0.5 mm的中空板，研究了薄壁结构SLM成形的可行性及成形件的力学性能。结果表明：SLM技术能够成形出壁厚0.2 mm以上的薄板以及空腔间隙0.5 mm的空心板，但厚度0.5，0.6 mm的薄板出现空心现象，通过减小光斑尺寸及调整轮廓工艺参数进一步提高了SLM成形薄板的精度，避免出现空心薄板；SLM成形薄板及经T6热处理后的抗拉强度均超过200 MPa，0.7 mm厚试样的力学性能较好；采用试验用SLM参数能够打印出薄壁、封闭腔散热器产品。
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  加压渗透对3D打印氧化铝陶瓷性能的影响

  裴伟, 曹澍, 俞经虎

  机械工程材料. 2020, 44(11): 102-105. https://doi.org/10.11973/jxgccl202011018

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  使用氧化铝浆料对预烧结后的3D打印氧化铝坯体进行加压渗透处理，再进行烧结，研究了渗透压力和渗透浆料固含量对陶瓷相对密度和抗压性能的影响。结果表明：加压渗透显著改善了陶瓷的相对密度，且渗透压力越大，坯体的相对密度越大；随渗透浆料固含量增加，直径1.0，1.5 cm陶瓷烧结试样的相对密度逐渐增大，直径2.0 cm陶瓷烧结试样的相对密度则先升高后降低；低固含量的渗透浆料有助于提高大直径陶瓷烧结试样的相对密度，高固含量的浆料则适用于小直径陶瓷试样；渗透后3D打印陶瓷的抗弯强度较未渗透的提高10倍以上；随浆料固含量增加，陶瓷试样的抗弯强度先增加，当浆料固含量（体积分数）达到40%以上时，抗弯强度不再发生明显变化。
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  钛合金薄壁件激光熔覆铣削再制造后的平面度变化

  余芬, 张金, 王宁, 王涛

  机械工程材料. 2020, 44(11): 106-110. https://doi.org/10.11973/jxgccl202011019

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  对TC4合金薄壁件进行了激光熔覆铣削再制造，采用MATLAB软件对测试数据进行拟合，研究了熔覆轨迹（0°，45°和90°）以及后续铣削加工对薄壁件平面度的影响。结果表明：采用0°，45°和90°熔覆轨迹进行激光熔覆后，TC4合金薄壁件的平面度较熔覆前的均有所提高，且熔覆前后的平面度差值依次增大；TC4合金激光熔覆层的硬度较基体的提高了20%；铣削加工后，激光熔覆薄壁件的平面度进一步增大；90°，45°，0°熔覆轨迹薄壁件铣削加工后的平面度依次减小，0°熔覆轨迹对钛合金薄壁件的再制造效果较好。
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  固相含量对单螺杆挤出式3D打印PLZT陶瓷浆料流动性能的影响

  李彬, 顾海, 张捷, 姜杰, 孙健华

  机械工程材料. 2020, 44(11): 111-114. https://doi.org/10.11973/jxgccl202011020

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  针对单螺杆挤出结构的浆料直写陶瓷3D打印工艺，配制了不同固相含量（60%，70%，75%，体积分数）的锆钛酸铅镧（PLZT）陶瓷浆料，利用MRT LBM方法研究了固相含量对浆料在螺槽内流动性能的影响。结果表明：3种陶瓷浆料均呈现出明显的剪切变稀的非牛顿流体特征；MRT LBM方法可以有效实现3D打印过程中陶瓷浆料的流动仿真；随固相含量增大，浆料流速减小；在保证浆料流变性满足打印要求的情况下，固相含量不应过高。