2020年, 第44卷, 第3期　
刊出日期：2020-03-20

  

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  机械工程材料. 2020, 44(3): 0-0.

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试验研究
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  Al-Cu合金片对钢/铝异种金属激光-MIG复合焊接头组织和性能的影响

  吴永亮, 顾丽霞, 罗立峰

  机械工程材料. 2020, 44(3): 1-7,12. https://doi.org/10.11973/jxgccl202003001

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  采用PLC系统控制的激光-MIG复合焊接工艺对Q890钢/6063铝合金进行异种金属焊接，研究了钢侧坡口表面添加Al-Cu合金片对接头显微组织、硬度和拉伸性能的影响。结果表明：激光-MIG复合焊接接头具有典型的熔钎焊特征；未添加Al-Cu合金片的接头界面层由舌状相Fe₂Al₅和粗大针状相Fe₄Al₁₃组成，厚度约18 μm，添加Al-Cu合金片后由舌状相（Fe，Cu）₂Al₅和细小絮状相（Fe，Cu）₄Al₁₃组成，厚度约为9 μm，焊缝区与热影响区的组织与未添加Al-Cu合金片时的相似；添加Al-Cu合金片的接头界面层硬度比未添加Al-Cu合金片的低约59 HV；添加Al-Cu合金片的焊接接头的抗拉强度比未添加Al-Cu合金片的提高了109.8%，未添加和添加Al-Cu合金片的焊接接头均在界面层断裂。
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  添加铬、铝、钛、镍合金元素对Fe-17Mn阻尼合金性能的影响

  曹萍, 蔡志刚

  机械工程材料. 2020, 44(3): 8-12. https://doi.org/10.11973/jxgccl202003002

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  在阻尼性能最佳的Fe-17Mn二元合金中加入质量分数5%铬元素以及1%的铝、钛或镍，采用真空感应熔炼法制备Fe-17Mn，Fe-17Mn-5Cr，Fe-17Mn-5Cr-1Al，Fe-17Mn-5Cr-1Ti和Fe-17Mn-5Cr-1Ni合金，经锻造和固溶处理后，研究了铬、铝、钛、镍元素对合金阻尼性能、力学性能和耐腐蚀性能的影响。结果表明：添加铬元素后，合金强度显著提高，耐腐蚀性能增强，在较低应变振幅（200×10^-6～900×10^-6）下的阻尼性能提高，在高应变振幅（大于900×10^-6）下的阻尼性能降低；在Fe-17Mn-5Cr合金中添加质量分数1%的铝元素或钛元素后，合金的耐腐蚀性能变化不大，强度降低，其中添加钛后的阻尼性能变差，添加铝后的阻尼性能变化不大；在Fe-17Mn-5Cr合金中添加质量分数1%镍元素后，合金的强度和阻尼性能变化不大，耐腐蚀性能略有降低，但仍优于Fe-17Mn合金的；Fe-17Mn-5Cr-1Ni合金的综合性能最优异。
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  电解液中Na₂CO₃/C₆H₁₂O₆对AZ31镁合金阳极氧化膜结构与耐腐蚀性能的影响

  张锋刚, 宋佩维, 王永善

  机械工程材料. 2020, 44(3): 13-17. https://doi.org/10.11973/jxgccl202003003

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  在添加不同含量Na₂CO₃和C₆H₁₂O₆的NaOH-Na₂SiO₃-Na₂B₄O₇基础电解液中，对AZ31镁合金进行直流阳极氧化处理，研究了镁合金阳极氧化膜的微观结构以及在中性盐雾中的耐腐蚀性能。结果表明：镁合金阳极氧化膜主要由MgO相和Mg₂SiO₄相组成；电解液中添加Na₂CO₃和C₆H₁₂O₆后，阳极氧化膜表面微孔分布均匀且尺寸减小，阳极氧化膜厚度增加；当Na₂CO₃质量浓度由10 g·L^-1增加到30 g·L^-1时，微孔尺寸增大，氧化膜厚度减小；当C₆H₁₂O₆质量浓度由5 g·L^-1增加到15 g·L^-1时，微孔尺寸减小，阳极氧化膜厚度增加；镁合金阳极氧化膜的主要腐蚀形式为点蚀，呈河流状花样分布；电解液中添加10 g·L^-1 Na₂CO₃时，阳极氧化膜表面微孔最细小，孔径为1～3 μm，阳极氧化膜厚度达16 μm，阳极氧化膜具有较好的耐腐蚀性能。
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  高压直流电场对5052铝合金在模拟海水干湿交替条件下腐蚀行为的影响

  蔡建宾, 蔡振才, 庄建煌, 林德源, 陈云翔, 邵艳群, 郑跃胜

  机械工程材料. 2020, 44(3): 18-24,31. https://doi.org/10.11973/jxgccl202003004

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  研究了0~400 kV·m^-1直流电场强度下5052铝合金在模拟海水（质量分数3.5% NaCl溶液）干湿交替条件下的腐蚀行为。结果表明：随着电场强度的增加，铝合金的单位面积质量损失和腐蚀速率都增大，随着腐蚀时间的延长，单位面积质量损失增加，但腐蚀速率降低；在腐蚀初期（0~7 d），铝合金表面主要发生点蚀，且随电场强度的增加，点蚀加剧；在腐蚀中期（7~15 d），主要发生剥落腐蚀，且电场强度越大，剥落越严重；在腐蚀后期（15～30 d），交替发生钝化、钝化膜破裂、微电偶腐蚀、剥落腐蚀过程。
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  热处理对等离子喷涂铁基非晶合金涂层微观结构和耐腐蚀性能的影响

  王琦杰, 易于, 汪米琪, 姜思琪, 吴林涛, 周泽华, 杨光恒

  机械工程材料. 2020, 44(3): 25-31. https://doi.org/10.11973/jxgccl202003005

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  采用等离子喷涂技术在Q235钢基体上制备Fe₄₈Cr₁₅Mo₁₄C₁₅B₆Y₂非晶合金涂层，之后对涂层进行200，300，500，600，700℃热处理，研究了热处理对涂层微观结构、耐电化学腐蚀性能和耐均匀腐蚀性能的影响。结果表明：随着热处理温度的升高，涂层的非晶含量降低，孔隙率先减小后增大，经300℃热处理后涂层的孔隙率最低，且低于未热处理涂层的；热处理后涂层中的晶体相主要包括α-Fe，Fe-Cr，Fe₆₃Mo₃₇，Fe₃C等；随着热处理温度的升高，涂层的自腐蚀电流密度先减小后增大，经300℃热处理后，自腐蚀电流密度最小，涂层的耐电化学腐蚀性能最好；经过热处理后，涂层在NaCl溶液中浸泡31 d后的单位面积质量损失减小，且热处理温度越高，单位面积质量损失越小，涂层的耐均匀腐蚀性能提高。
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  7050铝合金耳片结构尺寸对其疲劳性能的影响

  孙薇薇, 蔡玲, 张建波, 袁璐, 刘建中

  机械工程材料. 2020, 44(3): 32-35. https://doi.org/10.11973/jxgccl202003006

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  分别在3种应力水平下对不同尺寸7050铝合金耳片试样进行疲劳试验，采用最小二乘法拟合得到了疲劳应力-寿命（S-N）曲线，研究了耳孔直径和耳片宽度比d/W（d为定值，24 mm；d/W=0.67.0.50，0.40）、耳孔纵向边距和横向边距比y/x（y/x=1.0，1.6）对耳片疲劳性能和断口形貌的影响。结果表明：在相同应力下，7050铝合金耳片的疲劳寿命随着d/W的减小（即W的增大）先延长后缩短；在较大的y/x值下，耳片的疲劳寿命较长；不同尺寸耳片的疲劳断口均呈典型的疲劳断裂特征，裂纹起源于表面和角部。
材料性能及应用
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  25CrNi2MoV钢的微动磨损性能

  黄丽满, 张亚龙, 屈盛官, 秦海迪, 赖福强, 李小强

  机械工程材料. 2020, 44(3): 36-41. https://doi.org/10.11973/jxgccl202003007

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  采用微动摩擦磨损试验机在干摩擦条件下对新型高速重载传动轴用25CrNi2MoV钢进行微动磨损试验，研究了不同载荷（50~200 N）和频率（15~30 Hz）下该钢的微动磨损性能。结果表明：在频率为20 Hz条件下，当载荷由50 N增至200 N时，25CrNi2MoV钢的平均摩擦因数由0.766减至0.661，磨损体积由19.65×10^-3 mm³增至75.83×10^-3 mm³；在载荷为30 N条件下，当频率由15 Hz增至30 Hz时，平均摩擦因数由0.790增至0.905，磨损体积由11.43×10^-3 mm³增至23.88×10^-3 mm³；在不同试验参数下，25CrNi2MoV钢磨损表面均出现了氧化和犁沟现象，磨损机制包含氧化磨损和磨粒磨损；在频率为20 Hz条件下，载荷为50，100 N时，25CrNi2MoV钢的磨损机制以黏着磨损为主，载荷为150，200 N时，主要磨损机制为疲劳磨损；在载荷为30 N条件下，频率为15～25 Hz时，磨损机制以磨粒磨损为主，当频率增至30 Hz时，磨损机制以疲劳磨损为主。
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  硅渣和玻璃粉直接烧结制备多孔材料的气孔结构与力学性能

  江龙祥, 卢金山

  机械工程材料. 2020, 44(3): 42-46,50. https://doi.org/10.11973/jxgccl202003008

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  以硅渣和玻璃粉为原料，采用粉体直接烧结法制备多孔材料，研究了烧结温度（700～900℃）、烧结时间（15～120 min）和升温速率（10～100℃·min^-1）对多孔材料表观密度、气孔率、物相组成、抗压强度的影响。结果表明：气孔结构均匀性随烧结温度的升高而降低；表观密度随烧结温度的升高先减小后增大，随保温时间的延长而增大，随升温速率的增大而减小，气孔率的变化趋势与表观密度的相反；多孔材料的主要物相为玻璃相和硅、SiC、SiO₂、Ca₂Al₂SiO₇等结晶相，且结晶度随烧结温度的升高而降低；抗压强度随烧结温度的升高呈先增大后减小的趋势；当烧结温度为750℃，升温速率为30℃·min^-1，烧结时间为30 min时，多孔材料的主晶相为硅和Ca₂Al₂SiO₇，抗压强度最大（1.60 MPa），表观密度为0.43 g·cm^-3，气孔率为80%。
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  控轧控冷工艺中冷却温度对Q550D高强钢显微组织和拉伸性能的影响

  雷波, 何雨, 黄显彬

  机械工程材料. 2020, 44(3): 47-50. https://doi.org/10.11973/jxgccl202003009

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  对热轧Q550D钢板进行控轧控冷处理，研究了6组开始冷却（开冷）温度和终冷温度对试验钢显微组织和拉伸性能的影响。结果表明：6组冷却温度下试验钢的基体组织均由贝氏体+铁素体+马氏体/奥氏体（M/A）岛组成；在相同终冷温度下降低开冷温度，试验钢中铁素体含量明显增加，M/A岛含量略微增加，屈强比减小；在相同开冷温度下降低终冷温度，铁素体含量略有减少而M/A岛含量明显增加，屈强比增大；同时降低开冷温度和终冷温度，铁素体和M/A岛含量同步递增，但M/A岛的增加幅度较小，屈强比降低；在开冷温度755℃、终冷温度395℃下，试验钢具有最佳的拉伸性能。
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  采用双辉等离子表面冶金技术在金刚石厚膜表面制备钽涂层的性能

  鲁明杰, 郑可, 高洁, 黑鸿君, 吴玉程, 树学峰, 唐宾, 于盛旺

  机械工程材料. 2020, 44(3): 51-55. https://doi.org/10.11973/jxgccl202003010

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  采用双辉等离子表面冶金技术在机械抛光后的金刚石厚膜表面制备钽涂层，研究了涂层的表面及截面形貌、微区成分、物相组成及结合性能。结果表明：制备得到的钽涂层连续、均匀，由钽金属层与界面处的化合物层组成，厚度约1.7 μm，组织为柱状晶；金刚石厚膜与钽涂层的界面处存在厚度约为1.1 μm的钽与碳元素呈梯度分布的扩散区，且生成了TaC和Ta₂C两种化合物；钽原子填充了金刚石厚膜抛光产生的磨痕，其表面粗糙度由128 nm降低为57 nm；钽涂层的塑性以及与金刚石厚膜的结合性能良好。
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  奥氏体不锈钢脉冲电流止裂处的晶间腐蚀性能及其评价方法

  张朱武, 潘光国, 蒋艳, 许承伟

  机械工程材料. 2020, 44(3): 56-61,77. https://doi.org/10.11973/jxgccl202003011

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  采用草酸电解浸蚀试验和恒电位极化试验研究了敏化处理前后304不锈钢脉冲电流止裂处的晶间腐蚀性能，得到适合评价裂纹止裂处晶间腐蚀性能的方法。结果表明：经脉冲电流止裂后，止裂处的凝固区、细晶区、形变马氏体区晶界处均未析出碳化物，而经恒电位极化后，晶界处的钝化膜完整，未发生晶间腐蚀；经草酸电解后，敏化试样止裂处不同区域的晶界处均发生了腐蚀，说明草酸电解法不能区分脉冲止裂后不同微区晶间腐蚀性能的差异；经恒电位极化后，敏化试样止裂处凝固区和细晶区晶界处的钝化膜稳定性较好，具有一定的耐晶间腐蚀能力，形变马氏体区发生了严重的晶间腐蚀；恒电位极化法是评价奥氏体不锈钢脉冲电流止裂处晶间腐蚀性能的一种有效方法。
物理模拟与数值模拟
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  激光选区熔化制备负泊松比椭圆多孔AlSi10Mg合金性能的数值模拟

  王晓, 王怀明, 祁俊峰, 李志杰, 张扬

  机械工程材料. 2020, 44(3): 62-67. https://doi.org/10.11973/jxgccl202003012

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  将椭圆孔的长/短轴之比、短轴半轴长和初始胞元的边长作为设计参数，提出了一种简化的负泊松比椭圆多孔材料设计方法，通过几何关系建立了材料泊松比与设计参数间的数学模型，基于Gibson-Ashby模型建立了弹性模量与设计参数间的数学模型；通过准静态压缩试验对采用激光选区熔化技术制备的负泊松比椭圆多孔AlSi10Mg合金的泊松比数学模型进行验证，并确定弹性模量数学模型中的常数C。结果表明：采用所建立的泊松比与设计参数数学模型计算得到负泊松比椭圆多孔AlSi10Mg合金的泊松比与试验值相吻合，相对误差在10%~15%；椭圆长/短轴之比、短轴半轴长与泊松比呈负相关，而初始胞元边长与泊松比呈正相关；计算得到泊松比椭圆多孔AlSi10Mg合金弹性模量数学模型中的常数C约为4.123。
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  选区激光熔化Ti-6Al-4V合金在高应变速率下力学性能的有限元模拟

  李颖, 王少辉, 张婷, 刘传欣, 伍海辉, 柴象海

  机械工程材料. 2020, 44(3): 68-72. https://doi.org/10.11973/jxgccl202003013

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  采用选区激光熔化（SLM）技术制备Ti-6Al-4V合金，经真空退火热处理和热等静压处理后，研究了合金准静态和高应变速率（500~3 000 s^-1）下的力学性能；对双线性材料模型进行标定，将所得到的材料参数应用于霍普金森压缩试验的有限元模拟中，并将模拟结果与试验结果进行对比。结果表明：经真空退火和热等静压处理后，SLM成形合金的组织为α相和β相，呈网篮组织形貌；与准静态条件下的相比，在高应变速率下SLM成形合金的断后伸长率得到明显提高；模拟得到的归一化真应力-真应变曲线与试验得到的相吻合，平均相对误差为2.5%，其材料参数可用于后续的瞬态冲击仿真分析中。
失效分析
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  700 MPa级热轧高强钢在剪切加工过程中分层开裂的原因

  刘颖, 周朝刚, 汪云辉

  机械工程材料. 2020, 44(3): 73-77. https://doi.org/10.11973/jxgccl202003014

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  700 MPa级热轧高强钢板在剪切加工过程中于剪切断面出现分层开裂现象，采用形貌和显微组织观察、化学成分分析、微区成分分析、拉伸性能测试等方法，对分层开裂的原因进行分析。结果表明：高强钢中由成分偏析造成的严重的铁素体-珠光体带状组织是出现分层开裂的直接原因，在裂纹尖端变形区域中大尺寸第二相粒子或夹杂物附近的微小孔洞的长大加剧了裂纹的扩展；通过控制连铸机起车速度、稳定浇铸速度，调整扇形段辊缝的精度，采取各种提高钢液洁净度的措施后^，该高强钢在剪切加工过程中未再出现分层开裂现象。
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  H13热作模具钢冲头的早期断裂原因

  余世杰, 陈猛, 欧阳志英

  机械工程材料. 2020, 44(3): 78-82,86. https://doi.org/10.11973/jxgccl202003015

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  某H13热作模具钢冲头在锻打钻杆管端后，抽出时发生早期断裂。通过断口形貌观察、化学成分分析、显微组织观察、微区成分分析等方法探讨了冲头断裂的原因。结果表明：该冲头断裂的性质为疲劳断裂；冲头工作部位外壁区域存在的大尺寸Al₂O₃、MnS、VC等夹杂物以及气孔、疏松等缺陷处易产生应力集中而成为疲劳裂纹源，在热应力、拉应力、压应力和弯曲载荷的反复作用下，横向微裂纹萌生并以发散形式快速失稳扩展，导致冲头断裂；该冲头中钼、钒的含量远低于标准值下限，导致冲头的高温力学性能降低，从而造成了冲头的疲劳断裂。
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  往复式甲烷压缩机曲轴断裂原因

  马小明, 王雪婷

  机械工程材料. 2020, 44(3): 83-86. https://doi.org/10.11973/jxgccl202003016

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  某往复式甲烷压缩机曲轴在运行过程中发生断裂，通过断口宏观和微观形貌观察、化学成分分析、显微组织观察和力学性能测试等方法，研究了曲轴断裂的原因。结果表明：曲轴发生了扭转疲劳断裂；在交变扭转应力的作用下，曲轴主轴颈不规则且粗糙的过渡圆角和油孔附近粗糙的机械加工痕迹处产生应力集中，导致微裂纹萌生；组织中严重的带状回火屈氏体、大小不均匀的晶粒以及非金属夹杂物导致曲轴的力学性能变差，加速了疲劳裂纹的扩展；建议严格控制曲轴的热处理和制造工艺，优化曲轴结构设计，防止类似事故的再次发生。