2020年, 第44卷, 第5期　
刊出日期：2020-05-20

  

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  机械工程材料. 2020, 44(5): 0-0.

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试验研究
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  钛基复合材料TIG焊接接头的显微组织和拉伸性能

  潘玉维, 毛建伟, 张立新

  机械工程材料. 2020, 44(5): 1-5,53. https://doi.org/10.11973/jxgccl202005001

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  采用非熔化极惰性气体钨极保护（TIG）焊技术对非连续增强钛基复合材料进行焊接，研究了焊接接头的显微组织与拉伸性能。结果表明：TIG焊接可较好地实现钛基复合材料的连接，焊缝成形良好，表面均匀洁净，未见微裂纹、气孔等焊接缺陷；接头由焊缝区、热影响区和母材区组成；接头中焊缝区和靠近焊缝的热影响区中β相晶界上分布的增强体TiB具有较高的长径比，细化程度较高，同时焊缝区和靠近焊缝的热影响区中存在大量针状马氏体α'相；接头的抗拉强度为1 137 MPa，为母材的92%，断后伸长率为2.20%；接头拉伸时均在母材区断裂，拉伸断口主要呈韧性断裂特征，部分区域呈沿晶断裂特征。
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  Mn₃O₄/垂直排列碳纳米管复合电极材料的制备及其电化学性能

  汪维波, 孙干, 赵斌

  机械工程材料. 2020, 44(5): 6-11. https://doi.org/10.11973/jxgccl202005002

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  采用水分辅助化学气相沉积方法制备垂直排列碳纳米管（VACNTs），采用超临界二氧化碳辅助浸渍将锰前驱体负载于VACNTs表面，经不同温度（250~350 ℃）真空退火制备Mn₃O₄/VACNTs复合电极材料，研究了该复合电极材料的微观结构和电化学性能。结果表明：在复合电极材料中Mn₃O₄纳米颗粒负载在碳纳米管表面，且当在300 ℃真空退火后，Mn₃O₄纳米颗粒呈均匀分布，尺寸在6~10 nm；与纯VACNTs相比，复合电极材料的比电容提高了3~4倍，瓦尔堡阻抗、等效串联电阻和电极/电解质界面的电荷转移电阻均较小；300 ℃真空退火后，复合电极材料表现出最佳的电化学性能，其最大比电容为168 F·g^-1，且当充放电电流密度从1 A·g^-1增加到10 A·g^-1时，比电容保持率达56％，等效串联电阻最小（约2.5 Ω）。
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  添加CaO对高磁导率Mn-Zn铁氧体磁性能的影响

  莫才颂, 马李

  机械工程材料. 2020, 44(5): 12-15,48. https://doi.org/10.11973/jxgccl202005003

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  以MnO、ZnO和Fe₂O₃为基础原料，固定其配比后，添加质量分数在0~1.0%的CaO，采用传统两步合成工艺制备Mn-Zn铁氧体，研究CaO对铁氧体微观结构和磁性能的影响。结果表明：随着CaO添加量的增加，Mn-Zn铁氧体的平均晶粒尺寸和烧结密度先增大后减小，2.2 MHz频率下的弹性磁导率先增大后急剧减小再略微增大，1 T磁场强度下的饱和磁化强度先增大后减小，矫顽力先减小后增大；适量CaO可以改善Mn-Zn铁氧体的微观结构，降低铁心损耗；当CaO质量分数为0.4%时，Mn-Zn铁氧体在1 T磁场强度下的饱和磁化强度最大，为46 A·m²·kg^-1，2.2 MHz频率下的弹性磁导率较大，为86.7，损耗功率较低，约为20 kW·m^-3，矫顽力较低，约为183.4 kA·m^-1，Mn-Zn铁氧体的综合磁性能较好。
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  人工缺陷对S38C车轴钢疲劳极限的影响

  卜玮杰, 高杰维, 戴光泽, 韩靖, 李恒奎, 李亚波, 徐忠宣, 陈丞

  机械工程材料. 2020, 44(5): 16-20. https://doi.org/10.11973/jxgccl202005004

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  采用布氏硬度计和电火花烧蚀方法在S38C车轴钢疲劳试样上引入压痕和电火花凹坑两类人工缺陷，研究含不同尺寸人工缺陷试样的疲劳极限，并与Murakami模型的计算结果进行对比。结果表明：疲劳裂纹从人工缺陷底部萌生；在研究范围内，含人工压痕和电火花凹坑试样的疲劳极限均随着缺陷投影面积的增加而呈线性降低趋势；在缺陷于横截面上投影面积相同条件下，试验得到含电火花凹坑试样的疲劳极限比含人工压痕试样的低30 MPa左右，含人工压痕试样的疲劳极限试验值比计算值高约50 MPa，而含电火花凹坑试样的疲劳极限仅比计算值高约20 MPa，含该类缺陷试样的疲劳极限可由Murakami方程进行近似预测。
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  Al-5Ti-1B细化剂添加量对含铈铸造铝合金组织和拉伸性能的影响

  王波, 刘让贤, 余洪伟, 罗伟超, 赵文龙

  机械工程材料. 2020, 44(5): 21-27. https://doi.org/10.11973/jxgccl202005005

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  在添加质量分数0.1%铈的基础上，对比研究Al-5Ti-1B细化剂质量分数（0~0.4%）对A356铸造铝合金组织及拉伸性能的影响。结果表明：随着Al-5Ti-1B细化剂含量的增加，α-Al树枝晶的平均二次枝晶间距先降后增，当细化剂的质量分数为0.2%时，平均二次枝晶间距最小，为37.3 μm；添加适量细化剂能促使共晶硅由狭长纤维状向粗短棒状的转变，从而降低共晶硅的等效直径和长宽比，过量细化剂则会引起共晶硅的尖锐化；添加细化剂后，铝合金的抗拉强度和断后伸长率均提高，且随着细化剂含量的增加呈先增后降的趋势；添加质量分数0.2%细化剂时铝合金的综合变质效果最佳，此时铝合金的拉伸性能最佳，抗拉强度和断后伸长率较未添加细化剂时的分别提高了20.7%和66.7%。
材料性能及应用
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  自保护药芯焊丝焊接X80管线钢管环焊缝接头的显微组织与力学性能

  张占伟, 王浩, 肖存勇, 梁侃, 国旭明

  机械工程材料. 2020, 44(5): 28-32. https://doi.org/10.11973/jxgccl202005006

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  采用自制自保护药芯焊丝对X80管线钢管进行环焊缝焊接，分析不同焊接位置接头的焊缝成形、显微组织与力学性能。结果表明：不同焊接位置的焊缝成形良好，该焊丝具有良好的全位置焊接适应性；不同焊接位置焊缝组织基本相同，盖面层由板条贝氏体和针状铁素体组成，填充层为细小的粒状贝氏体和准多边形铁素体；不同焊接位置热影响区细晶区组织基本相同，由细晶铁素体和针状铁素体组成；热影响区粗晶区由粗大的板条贝氏体和粒状贝氏体组成，且立焊位置的晶粒尺寸小于平焊和仰焊位置的；焊缝和热影响区的平均硬度分别为226，227 HV，略低于母材的（233 HV）；立焊位置焊缝和热影响区的-10 ℃平均冲击吸收功高于平焊位置的；不同焊接位置接头的抗拉强度相当，拉伸断口呈韧性断裂特征。
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  压缩与半固态等温热处理对Mg-3Al-0.8Gd合金组织与性能的影响

  薛海涛, 李小妮, 杜威, 杨朔

  机械工程材料. 2020, 44(5): 33-37,43. https://doi.org/10.11973/jxgccl202005007

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  对Mg-3Al-0.8Gd合金进行了压缩变形及半固态等温热处理，研究了压缩变形量（10%，15%，20%）、等温温度（530，540，550，560，570 ℃）及保温时间（3，5，10，15 min）对该合金显微组织与硬度的影响，并对比了铸态和热处理态Mg-3Al-0.8Gd合金的拉伸和冲击性能。结果表明：不同条件压缩变形及等温热处理后，Mg-3Al-0.8Gd合金组织均由α-Mg基体和β-Mg₁₇Al₁₂相组成；随着等温温度、保温时间及压缩变形量的增加，合金中的α枝晶逐渐转变为等轴晶，晶粒细化，组织均匀性提高，同时显微硬度增大；压缩变形20%并经550 ℃保温15 min热处理后，Mg-3Al-0.8Gd合金的抗拉强度、断后伸长率、断面收缩率和冲击吸收能量较其铸态合金的分别提高了11.3%，32.6%，3.8%和23.3%。
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  体能量密度对选区激光熔化成形Hastelloy X合金组织及性能的影响

  李勇, 许鹤君, 李凯, 巴发海, 何贝贝

  机械工程材料. 2020, 44(5): 38-43. https://doi.org/10.11973/jxgccl202005008

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  采用选区激光熔化（SLM）技术制备了Hastelloy X合金，研究了体能量密度（18.3，29.8，30.3，44.9，46.3，50.9，58.8，61.7，88.4 J·mm^-3）对合金微观形貌、显微组织、密度和硬度的影响。结果表明：SLM成形Hastelloy X合金纵截面形貌呈鱼鳞状，在熔池区域存在等轴晶、树枝晶及跨越多个沉积层的柱状晶，晶粒宽度为0.6~1.2 μm；体能量密度在18.3~46.3 J·mm^-3时，合金内部存在孔隙缺陷，随着体能量密度的继续增加，孔隙逐渐减少并消失，同时微裂纹开始形成并逐渐增多；合金的密度和硬度随体能量密度增加先增加后趋于稳定；当体能量密度为50.9 J·mm^-3时，合金中的孔隙和微裂纹最少，成形效果最好。
专题报道(金属材料表面处理)
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  表面织构化对摩擦学性能影响的研究进展

  李甜甜, 孙耀宁, 张丽, 王国建

  机械工程材料. 2020, 44(5): 44-48. https://doi.org/10.11973/jxgccl202005009

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  表面织构技术是通过微细加工技术在材料表面加工出具有一定几何形貌与尺寸，且排列规律的图案，从而改善材料表面摩擦学性能的新型表面改性技术。表面织构因在改善材料摩擦学特性方面具有的突出优势而在机械摩擦配副中发挥着重要的作用。介绍了常见的表面织构加工技术，阐述了不同工况下表面织构的减磨机理，总结了表面织构形貌及其几何参数对耐磨性能的影响，并展望了表面织构技术的未来发展方向。
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  真空环境与基体预热对激光熔覆WC增强镍基合金涂层组织和性能的影响

  姚永强, 林晨, 申井义, 刘佳, 徐欢欢

  机械工程材料. 2020, 44(5): 49-53. https://doi.org/10.11973/jxgccl202005010

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  在真空和基体预热200 ℃条件下，采用激光熔覆技术在45钢基体表面制备WC增强镍基合金涂层，研究了涂层的宏观与微观形貌、物相组成、硬度和耐磨性能，并与在大气环境氮气直吹保护和基体未预热条件下激光熔覆涂层的进行对比。结果表明：在真空和基体预热条件下，涂层中不存在裂纹与气孔，组织均匀致密，以胞状晶为主；涂层物相主要由Cr₂₃C₆、Cr₃C₂、γ-Ni、FeNi组成，Cr₂₃C₆硬质相含量低于在大气环境氮气直吹保护和基体不预热条件下的；涂层的平均显微硬度为751.14 HV，比在大气环境氮气直吹保护和基体不预热条件下的低约85.43 HV；涂层的稳定摩擦因数为0.50，表面磨痕横截面积约为0.4×10^-3 mm²，比在大气环境氮气直吹保护和基体不预热条件下的分别降低约23%和58%，耐磨性能显著提高。
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  激光熔覆碳纳米管增韧铁基非晶涂层的组织与力学性能

  王天聪, 朱彦彦, 姚成武, 李铸国

  机械工程材料. 2020, 44(5): 54-59,65. https://doi.org/10.11973/jxgccl202005011

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  采用球磨工艺将镀镍碳纳米管与铁基非晶粉体混合后，以同轴送粉激光熔覆方法在钢板上制备涂层，确定了最佳的球磨时间，并探讨镀镍碳纳米管质量分数（0~1.00%）对涂层组织与力学性能的影响。结果表明：铁基非晶粉体与镀镍碳纳米管的球磨混合时间控制在30 min较为适宜；涂层均包括非晶区、等轴树枝晶区和柱状树枝晶区，随着镀镍碳纳米管质量分数的增加，涂层中非晶相面积分数降低，析出的纳米晶尺寸增大；镀镍碳纳米管的含量几乎不影响涂层中柱状树枝晶区和等轴树枝晶区的硬度；随着镀镍碳纳米管质量分数的增加，涂层中非晶区的平均硬度由1 615.0 HV降低到1 464.3 HV，断裂韧度由5.75 MPa·m^1/2提高至7.67 MPa·m^1/2。
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  降低等离子喷涂涂层孔隙率的研究进展

  李成龙, 李文戈, 赵远涛, ODHIAMBO Gerald, 夏雨

  机械工程材料. 2020, 44(5): 60-65. https://doi.org/10.11973/jxgccl202005012

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  等离子喷涂涂层具有耐磨、耐高温、耐腐蚀等优异性能，已广泛应用于表面防护领域。孔隙是等离子喷涂涂层的重要结构缺陷，孔隙过多会导致涂层过早脱落失效，缩短其服役寿命，所以孔隙率是评定涂层质量的重要指标。简单介绍了孔隙形成的机理、影响因素以及孔隙对涂层性能的影响，从优化喷涂工艺参数、激光重熔处理、改进喷涂材料等方面对降低等离子喷涂涂层孔隙率的研究现状进行了综述，并对等离子喷涂涂层发展中存在的问题及发展方向进行了总结。
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  纳秒激光加工和热处理对纯铝表面润湿性的影响

  马林旭, 王丽娜, 李成营, 郭健, 邓翠, 赵静楠

  机械工程材料. 2020, 44(5): 66-71. https://doi.org/10.11973/jxgccl202005013

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  采用纳秒激光加工技术在纯铝板表面制备微纳米结构，之后进行150 ℃×2 h的热处理，研究激光扫描间距（0.005~0.020 mm）、扫描速度（100~1 700 mm·s^-1）与热处理对激光烧蚀表面润湿性的影响。结果表明：不同工艺参数下激光烧蚀后纯铝板表面均形成了相对规则的微纳米网格结构；激光烧蚀后的纯铝板表面为超亲水表面，再经热处理后变为疏水表面或超疏水表面；随着扫描速度和扫描间距的增大，激光烧蚀和热处理后，纯铝板表面的接触角变化不明显，滑动角增大，表现出不同程度的润湿性；在激光扫描速度为100 mm·s^-1，扫描间距为0.005 mm下激光烧蚀与热处理后，纯铝板表面微纳米结构致密，其接触角为155.6°，滑动角为4°，超疏水性最佳。
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  高能喷丸镁合金表面磁控溅射铝膜的微观结构和耐腐蚀性能

  张聪惠, 刘颖, 赵旭, 曾祥康, 王婧

  机械工程材料. 2020, 44(5): 72-76,81. https://doi.org/10.11973/jxgccl202005014

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  对AZ91D镁合金基体表面进行不同时间（0，20，30，40 min）高能喷丸（HESP）处理，再采用磁控溅射技术在HESP基体表面沉积铝膜，研究了铝膜的微观形貌与耐腐蚀性能。结果表明：HESP基体表面铝膜的表面组织均匀、致密，铝膜较厚，且随着HESP处理时间的延长，组织更加细小、均匀，铝膜厚度增大；经40 min HESP处理后，铝膜与基体之间存在明显的过渡层，二者的结合力为16 N，是未经HESP处理的3.2倍；与未经HESP处理的相比，HESP基体表面铝膜在NaCl溶液中的自腐蚀电流密度与在盐雾中腐蚀24 h后形成的腐蚀坑深度均较小，且随着HESP处理时间的延长，自腐蚀电流密度与腐蚀坑深度均减小，铝膜的耐电化学和耐盐雾腐蚀性能显著提高。
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  纯钛表面等离子渗钼梯度改性层的微尺度准静态接触力学性能

  杨曌, 董雅倩, 王帅康, 马永, 于盛旺, 吴玉程, 唐宾

  机械工程材料. 2020, 44(5): 77-81. https://doi.org/10.11973/jxgccl202005015

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  采用双层辉光等离子表面合金化技术，在TA2纯钛基体表面制备钼梯度改性层，对改性层截面形貌和元素分布进行分析，并研究改性层的微尺度准静态接触力学性能。结果表明：钼梯度改性层均匀致密，厚度约为12.0 μm，由厚度2.7 μm的沉积层与厚度9.3 μm的扩散层组成；钼、钛元素含量沿厚度方向呈梯度变化，改性层与基体形成良好的冶金结合；改性层的硬度和弹性模量分别为13.82，264.00 GPa，比基体的分别增大了10.87，142.38 GPa，改性层具有较高的强度和良好的塑性；当试验载荷为15 N时，微米压入深度接近15 μm，复合硬度和弹性模量与基体的相近，改性层的强化作用完全失效。
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  激光淬火工艺对QT700-2球墨铸铁表面硬度与硬化层深度的影响

  唐亮, 王文健, 张亚龙, 孙玮, 詹科

  机械工程材料. 2020, 44(5): 82-86. https://doi.org/10.11973/jxgccl202005016

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  对QT700-2球墨铸铁进行单道和非对称多道激光淬火处理，研究不同工艺激光淬火后球墨铸铁的表面硬度和硬化层深度。结果表明：单道激光淬火后，球墨铸铁的表面硬度在52~59 HRC，表面硬度随着激光功率的增加而升高，随着扫描速度的增大先升高后略微降低；在激光功率1 300 W、扫描速度8 mm·s^-1下，球墨铸铁的表面硬度基本在55~58 HRC，表面硬度分布较均匀，硬化层深度约为1 mm.不同工艺参数下非对称多道激光淬火后，球墨铸铁表面的硬度均大于52 HRC；当前一道激光功率为1 200 W，扫描速度为6 mm·s^-1，后一道激光功率为1 300 W，扫描速度为8 mm·s^-1时，球墨铸铁的表面硬度较高，且硬度波动较小，在距表面0.3 mm处的软化区宽度约为4.0 mm，非软化区和软化区的硬化层深度分别约为1.0，0.5 mm。