机械工程材料

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机械工程材料. 2020, 44(6): 0-0.

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Sn-Zn钎料的研究进展

徐恺恺, 张亮, 孙磊, 熊明月, 赵猛, 姜楠

机械工程材料. 2020, 44(6): 1-5,32. https://doi.org/10.11973/jxgccl202006001

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新型Sn-Zn无铅钎料无毒、价格低廉、与Sn-Pb钎料熔点相近，是最有可能替代传统Sn-Pb钎料的材料之一。结合国内外Sn-Zn系无铅钎料的研究成果，综述了添加合金元素对该钎料润湿性、抗氧化性、力学性能、显微组织以及界面组织的影响，并对其今后的研究方向提出了建议。

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碳化物层状结构陶瓷的制备和强韧化研究进展

史秀梅, 张立君, 郑阳升, 程英晔, 王强, 张乐, 郑顺奇, 史戈平

机械工程材料. 2020, 44(6): 6-9,15. https://doi.org/10.11973/jxgccl202006002

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基于仿生学原理设计的层状结构可以较好地解决碳化物陶瓷固有的脆性问题，是目前碳化物陶瓷强韧化最有效的途径之一，具有良好的应用前景。介绍了层状陶瓷的结构设计特点，综述了SiC和B₄C层状结构陶瓷的制备、性能和主要增韧机制，并对碳化物结构陶瓷材料的发展进行了总结与展望。

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中子吸收用B₄C/6061Al复合材料在硼酸水溶液中的腐蚀行为

李宁, 郑越, 韩雨, 王宇欣, 吴明, 王全兆

机械工程材料. 2020, 44(6): 10-15. https://doi.org/10.11973/jxgccl202006003

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对B₄C/6061Al复合材料分别进行酸洗、阳极化和喷丸处理，研究了其在硼酸水溶液（90 ℃）中的均匀腐蚀、缝隙腐蚀和包覆腐蚀行为。结果表明：酸洗、阳极化、喷丸处理试样腐蚀不同时间后的质量、厚度、密度均变化不大；阳极化和喷丸处理试样均匀腐蚀后未呈现明显腐蚀现象，酸洗处理复合材料表面颜色随腐蚀时间延长而加深；缝隙腐蚀后，不同表面处理试样非模拟缝隙腐蚀区表面状态良好，而模拟缝隙腐蚀区的腐蚀程度较为严重；包覆腐蚀后，不同表面处理试样均发生局部腐蚀，生成了絮状的铝氧化物，阳极化处理试样的阳极化膜局部脱落。

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SO₃^2-浓度对5052铝合金在交变电场、干湿交替条件下腐蚀行为的影响

林胤戎, 林天顺, 庄建煌, 邵艳群

机械工程材料. 2020, 44(6): 16-20,24. https://doi.org/10.11973/jxgccl202006004

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采用pH为4.0的含氯腐蚀液及400 kV·m^-1交变电场模拟工业输电环境，研究了SO₃^2-浓度（0.005，0.01，0.02，0.05，0.1 mol·L^-1）对5052铝合金在交变电场中干湿交替环境下腐蚀行为的影响。结果表明：随着SO₃^2-浓度增加，5052铝合金的腐蚀质量增加、自腐蚀电位、溶液电阻、电荷转移电阻先增大后减小，自腐蚀电流密度、腐蚀速率则先减小后增大；当SO₃^2-浓度为0.005~0.01 mol·L^-1时，合金以点蚀为主，点蚀坑内开始出现成分为Al₂O₃、Al₂O₃·3H₂O的龟裂状腐蚀产物；随SO₃^2-浓度继续增加，合金表面腐蚀坑减少，与基体结合紧密的龟裂状腐蚀产物增多；SO₃^2-浓度为0.02 mol·L^-1时，合金腐蚀速率最小，腐蚀程度最低。

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GH4099合金的飞秒激光去除阈值

刘海建, 陈旭, 马振武, 陈峰

机械工程材料. 2020, 44(6): 21-24. https://doi.org/10.11973/jxgccl202006005

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采用500 fs脉宽飞秒激光对GH4099合金板进行表面材料去除加工，研究了激光功率对材料去除区域表面形貌、微区成分及直径的影响；采用最小二乘法对激光功率与去除区域直径进行线性拟合，确定了合金的激光去除阈值。结果表明：当激光功率不高于1.911 3 W时，GH4099合金表面存在一个去除区域A，其形貌与成分与基体的基本相同，当激光功率高于1.911 3 W时，在区域A中出现呈熔融凝固态的区域B，其成分中出现较多碳、氧元素；去除区域A、B的材料去除形式分别为静电剥离和热蒸发，激光去除阈值分别为0.413，12.9 J·cm^-2。GH4099合金激光加工的合理激光能量密度为0.413~12.9 J·cm^-2。

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应力比对ST12低碳钢疲劳裂纹扩展速率的影响

刘虎, 龚宇, 张超, 康宏彬

机械工程材料. 2020, 44(6): 25-27,32. https://doi.org/10.11973/jxgccl202006006

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在不同应力比（R=0.2，-0.3，-1）下对ST12低碳钢板进行疲劳裂纹扩展速率测试，采用Newman裂纹闭合模型分析得到了以有效应力强度因子范围进行表征的裂纹扩展速率曲线。结果表明：不同应力比下ST12低碳钢板的疲劳裂纹扩展速率均随着裂纹长度的增加而增大；当应力强度因子范围一定时，裂纹扩展速率随着应力比的增加而增大；ST12低碳钢断裂时的应力强度因子范围随着应力比的增加而降低；以有效应力强度因子范围表征裂纹扩展速率时，不同应力比下的裂纹扩展速率曲线基本一致，裂纹闭合是导致不同应力比下裂纹扩展速率差异的主要原因。

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放电等离子烧结温度对Ti-45Al-6Nb-0.3W合金显微组织和力学性能的影响

杨冬野, 田文琦, 李九霄, 谷旭, 刘娜, 张国庆, 孙剑飞

机械工程材料. 2020, 44(6): 28-32. https://doi.org/10.11973/jxgccl202006007

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在不同温度下（1 150，1 200，1 250 ℃）对氩气雾化Ti-45Al-6Nb-0.3W合金粉末进行放电等离子烧结，研究了烧结温度对合金显微组织和力学性能的影响。结果表明：放电等离子烧结合金由γ相和α₂相组成，随烧结温度升高，组织形态由片层和等轴状转变为全片层状，同时晶粒尺寸增大，γ相含量增加；合金密度随烧结温度升高略有增加，硬度变化不大；不同温度烧结合金的压缩性能均优于铸态合金的，1 200 ℃下烧结合金的室温压缩性能最好，抗压强度、压缩率分别为3 012 MPa，40.8%。

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预膜时间、腐蚀温度和介质流速对油井管缓蚀剂缓蚀性能的影响

谢南星, 汪传磊, 李玉飞, 张林, 舒刚, 路民旭

机械工程材料. 2020, 44(6): 33-37. https://doi.org/10.11973/jxgccl202006008

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采用咪唑啉类缓蚀剂对P110S油管钢进行预膜处理和腐蚀试验，研究了预膜时间（0.5~4 h）、腐蚀温度（30~120 ℃）和介质流速（2~12 m·s^-1）对缓蚀性能的影响。结果表明：随缓蚀剂含量增加和预膜时间延长，缓蚀率增大，油管钢表面成膜效果提高；缓蚀剂质量浓度为300 mg·L^-1，预膜时间为2 h时的缓蚀效果较好；随腐蚀温度升高，缓蚀剂的缓释率降低，预膜2 h试样的耐腐蚀性能先降低，当温度升到 80 ℃时耐腐蚀性最差，缓蚀剂开始失效；随介质流速增大，预膜2 h试样的腐蚀速率逐渐增大；当介质流速高于10 m·s^-1时，预膜试样发生严重腐蚀，该缓蚀剂不再适用。

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焊接电流对铜中间层钛/钢异种金属等离子焊接头成形性能及显微组织的影响

边婧如, 侯军才, 张秋美, 侯东林, 李亚鹏, 李文虎

机械工程材料. 2020, 44(6): 38-42,48. https://doi.org/10.11973/jxgccl202006009

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采用等离子焊接工艺，在Q235B钢基板上依次熔覆铜层和TA0钛层，研究了焊接电流（85，90，95，100，105 A）对钛/钢异种金属焊接接头成形性能及显微组织的影响。结果表明：焊接电流大于90 A时，该焊接工艺能够有效抑制脆性相和焊接裂纹的形成；随焊接电流增大，熔覆层中未熔合区域减少，厚度均匀性提高；焊接电流为100 A时，熔覆层成形性最好，钛层、铜层、钢基板之间呈良好的冶金结合；钛层、铜层的显微组织分别为细针状树枝晶和柱状树枝晶，钢基体热影响区为细小的珠光体+铁素体相和粗大的铁素体相；不同焊接电流下，铜/钛界面附近硬度均最高，该区域钛、铜晶粒相互交错，有大量CuTi₂、CuTi等低脆性金属间化合物析出。

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Al₉₀Y₁₀非晶合金细化剂对A356铝合金组织和力学性能的影响

郭世威, 徐文龙, 朱胜利

机械工程材料. 2020, 44(6): 43-48. https://doi.org/10.11973/jxgccl202006010

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在A356铝合金熔体中添加Al₉₀Y₁₀非晶合金细化剂进行细化处理，研究了细化剂质量分数（0，0.2%，0.4%，0.6%，0.8%，1%）对铝合金显微组织及力学性能的影响，分析了细化机制。结果表明：随Al₉₀Y₁₀细化剂含量增加，A356铝合金的二次枝晶间距先减小后增大，抗拉强度、屈服强度、断后伸长率和硬度先升高后降低，拉伸断裂形式由准解理断裂转变为准解理与微孔聚集型混合断裂；当细化剂质量分数为0.6%时，A356铝合金的二次枝晶间距比未细化的下降了39.68%，合金力学性能最好；适量添加Al₉₀Y₁₀细化剂后形成的钇聚集相能够减少脆性相析出，阻碍α-Al相和共晶硅相进行溶质交换，从而细化晶粒，改善力学性能。

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工艺参数对选区激光熔化成形可降解纯锌相对密度及力学性能的影响

李志彬, 玉贵升, 王小健, 李卫

机械工程材料. 2020, 44(6): 49-53. https://doi.org/10.11973/jxgccl202006011

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采用选区激光熔化（SLM）技术制备纯锌，研究了激光功率和扫描速度对其相对密度和力学性能的影响。结果表明：随激光功率增大或扫描速度减小，SLM成形纯锌的相对密度和硬度增大，显微组织均为平行于成形方向生长的柱状晶；SLM成形纯锌的最佳工艺参数为激光功率100 W、扫描速度300 mm·s^-1，所得试样的相对密度达99.86%，硬度为（44.7±1.2） HV，弹性模量、断后伸长率、抗拉强度、屈服强度分别为（48.6±2.4） GPa、（8.9±0.7）%、（95.5±3.3） MPa、（67.1±0.4） MPa。

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碳含量及铝+硼复合添加对低碳钢抗时效性能的影响

汤文杰, 何煜天, 牟战旗

机械工程材料. 2020, 44(6): 54-58. https://doi.org/10.11973/jxgccl202006012

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采用Thermo-Calc热力学软件计算不同碳含量与复合添加铝、硼后低碳钢的热力学平衡相图，研究了碳、铝、硼元素在试验钢中的固溶、析出行为以及试验钢的显微组织、力学性能和抗时效性能。结果表明：当碳质量分数由0.003%增至0.020%时，试验钢基体中固溶的自由碳原子含量增加；而当碳质量分数增至0.053%时，钢中渗碳体的析出量增加，固溶的自由碳原子减少；复合添加铝+硼后，钢中的氮原子以AlN与BN形式析出，固溶的自由氮原子减少；碳含量以及铝+硼的复合添加对试验钢室温拉伸性能影响较小；随着碳含量的增加，试验钢的晶粒尺寸减小，时效指数先增大后减小；当碳质量分数为0.020%时，试验钢抗时效性能最差，复合添加适量硼+铝有助于改善低碳钢抗时效性能。

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42CrMoA钢的单次喷丸和复合喷丸强化

赵志强, 王根全, 张利敏, 张小良, 许春光, 姜传海

机械工程材料. 2020, 44(6): 59-61,71. https://doi.org/10.11973/jxgccl202006013

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对42CrMoA高强钢进行了单次喷丸、精整复合喷丸、抛光复合喷丸强化处理，研究了不同喷丸工艺下钢的表面粗糙度、疲劳性能、表层残余应力、组织细化程度及显微硬度。结果表明：喷丸方式对42CrMoA钢最大残余压应力和应力层深度影响不大；单次喷丸、精整复合喷丸、抛光复合喷丸后钢的表面残余压应力、表面组织细化程度、显微硬度及疲劳极限依次增大，表面粗糙度则依次减小；复合喷丸尤其是抛光复合喷丸可显著降低42CrMoA钢的喷丸表面粗糙度。

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某电站锅炉再热蒸汽管道的开裂原因

刘课秀, 马括, 封小亮, 王恋, 卢忠铭, 张辉

机械工程材料. 2020, 44(6): 62-66. https://doi.org/10.11973/jxgccl202006014

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某电站服役约10万h锅炉在检修时发现，其再热蒸汽管道排空管的承插焊支管座内壁和母管承插孔附近发生龟裂，采用宏观与微观形貌观察、化学成分分析、力学性能试验、显微组织观察、微区成分分析等对开裂原因进行了分析。结果表明：再热蒸汽管道排空管结构设计不合理，导致排空管后端一次阀前水平管段易集聚大量冷凝水；在逆流冷凝水和高温蒸汽的共同作用下，再热蒸汽管道排空管的承插焊支管座内壁、母管内壁靠近承插孔下游位置及承插孔内壁萌生热疲劳裂纹。在蒸汽压力、循环热应力和碳酸盐腐蚀物质的综合作用下，热疲劳裂纹扩展，并最终导致管道的开裂。

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某大型注塑机哥林柱的断裂原因

于娜红, 陈旭

机械工程材料. 2020, 44(6): 67-71. https://doi.org/10.11973/jxgccl202006015

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某大型注塑机哥林柱在服役过程中发生早期断裂，采用断口形貌观察、化学成分分析、非金属夹杂物分析、显微组织观察和力学性能测试等方法，对其断裂原因进行了分析，并提出了改进措施。结果表明：哥林柱的断裂性质为韧性断裂；在热应力、后续热处理不当造成的组织应力以及持续往复拉伸外力的共同作用下，裂纹在心部缩孔残余和带状偏析应力集中处萌生并扩展，最终导致哥林柱的断裂；采取严格控制原材料的化学成分、适当提高正火温度、增大锻造比、适当延长预热保温时间、适当延长淬火保温时间等措施后，未再发生该类型失效。

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同步辐射光源四维原位成像助力材料微结构损伤高分辨表征

吴圣川, 吴正凯, 胡雅楠, 宝剑光, 李飞, 肖体乔, 袁清习

机械工程材料. 2020, 44(6): 72-76. https://doi.org/10.11973/jxgccl202006016

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具备高时空分辨率的同步辐射光源是标志着现代基础科学核心创新能力的一种大科学装置。介绍了基于高能X射线三维成像的原位加载装置的国内外研究进展，简要论述了作者团队自2011年以来基于上海同步辐射光源和北京同步辐射装置自主研制的系列原位加载装置，包括原位拉伸、压缩、低周疲劳、高周疲劳、超高周疲劳试验机及其样品环境，以及针对轻质高强材料（激光焊接铝合金和激光增材制造铝、钛合金等）缺陷安全性评定开展的研究工作。结果表明，原位加载装置是表征先进材料微结构损伤演化的核心，也是关系国家竞争力的大科学装置的重要支撑。

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宏观纤维复合材料及其驱动器的研究与应用

张学伍, 曾涛, 赵程, 史秀梅, 蒋春燕

机械工程材料. 2020, 44(6): 77-81. https://doi.org/10.11973/jxgccl202006017

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宏观纤维复合材料（Macro Fiber Composite，简称MFC）是一种新型压电纤维复合材料。用MFC制成的器件既是传感器也是驱动器。以d₃₃模式的MFC驱动器为例，给出了MFC的压电本构方程，总结对比了目前常用的3种压电纤维片制备方法的优缺点。最后，通过列举MFC驱动器在不同领域的实际应用案例说明了其应用现状，展望了MFC驱动器的应用与发展前景。

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应用于能量采集领域压电材料的研究进展

刘婷, 赵程, 张刚华, 王元元

机械工程材料. 2020, 44(6): 82-87,92. https://doi.org/10.11973/jxgccl202006018

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综述了应用于能量采集领域的压电陶瓷、多层叠堆压电陶瓷、压电聚合物、压电复合材料等4类压电材料的研究进展，重点介绍了其结构特点、制备方法和应用场合，展望了压电材料未来的发展趋势。

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基于2-2型压电陶瓷复合材料的三匹配层宽带医用超声相控阵换能器研制

张浩, 赵程, 史秀梅, 曾涛

机械工程材料. 2020, 44(6): 88-92. https://doi.org/10.11973/jxgccl202006019

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选用2-2型压电陶瓷复合材料，利用三匹配层设计方案和KLM模型优化方法研制三匹配层结构的宽带医用相控阵换能器；根据设计参数，实际制作医用相控阵换能器。结果表明：实际制作的医用相控阵换能器的中心频率为2.95 MHz，-6 dB相对带宽约为83.2%，与理论设计结果（3.05 MHz，87.8%）基本一致，符合设计要求。该换能器有望用于对心脏疾病的显像诊断。

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压电传感器测量原理及其敏感元件材料的研究进展

赵程, 蒋春燕, 张学伍, 史秀梅

机械工程材料. 2020, 44(6): 93-98. https://doi.org/10.11973/jxgccl202006020

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随着社会智能化的不断发展，压电传感器的应用越来越广泛。介绍了压电传感器的种类、结构、测量原理及其应用场景，综述了敏感元件材料的研究进展，总结了高温压电材料和无铅压电材料的应用情况。最后对压电传感器未来发展方向进行了展望。

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2020年, 第44卷, 第6期　
刊出日期：2020-06-20

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