2020年, 第44卷, 第7期　
刊出日期：2020-07-20

  

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  机械工程材料. 2020, 44(7): 0-0.

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综述
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  热冲压成形钢的研究进展

  马鸣图, 蒋松蔚, 李光瀛, 冯毅, 周佳, 路洪洲, 李复活

  机械工程材料. 2020, 44(7): 1-7,27. https://doi.org/10.11973/jxgccl202007001

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  对普通热冲压成形钢，高淬透性、高抗氧化性热冲压成形钢，高强韧性热冲压成形钢，超高强度热冲压成形钢，高抗氢脆敏感性热冲压成形钢，纳米粒子强化超高强度热冲压成形钢等热冲压成形钢近年来的发展概况进行了综述，分析了热冲压成形钢零件轻量化与功能性的关系，强度与氢脆之间的关系，以及组织细化对其强韧性的影响机理，并对热冲压成形钢今后的发展方向提出了建议。
试验研究
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  G20Mn5铸钢MAG焊接接头的组织与力学性能

  李春来, 秦庆斌, 吴圣川, 张晓军, 梁涛, 刘洋

  机械工程材料. 2020, 44(7): 8-11,17. https://doi.org/10.11973/jxgccl202007002

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  采用单面两道焊方式对8 mm厚G20Mn5铸钢板进行熔化极活性气体保护电弧（MAG）对接焊，研究了接头的显微组织、硬度、拉伸性能、疲劳性能。结果表明：接头表面成形良好，无明显的焊接缺陷；接头由母材、热影响区、焊缝组成，其中热影响区可分为不完全正火区、正火区和过热区；由母材到焊缝中心，接头硬度整体呈先升高后降低的趋势，熔合处的硬度最高，达到70 HRB左右，焊缝的硬度为55~60 HRB，略高于母材的；接头的抗拉强度明显高于母材的，而断后伸长率低于母材的；接头的高周疲劳强度与母材的相当，且断裂位置均位于热影响区。该接头的性能满足设计要求。
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  锻造工艺对TiB_w增强近α高温钛基复合材料显微组织的影响

  田玉晶, 孙世臣, 胡辰, 方晓英, 赵而团

  机械工程材料. 2020, 44(7): 12-17. https://doi.org/10.11973/jxgccl202007003

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  对含体积分数3% TiB_w增强相的近α高温钛基复合材料进行不同应变速率（0.01~0.10 s^-1）与变形量（30%~70%）的单道次单向锻造以及多向锻造，研究锻造工艺对复合材料显微组织的影响。结果表明：不同应变速率下单向锻造后，复合材料中TiB_w增强相垂直于锻造方向均匀分布，随着应变速率的增加，TiB_w增强相的破碎程度增大，等轴α相的含量降低，层片状α相和β转变组织的含量增加；随着变形量的增加，TiB_w增强相被碎程度增大，其定向排列的趋势更加明显，等轴α相含量增加，层片状α相和β转变组织的含量降低。多向锻造后，TiB_w增强相破碎，但分布无明显取向，基体组织为层片状α相和β转变组织；多向锻造态复合材料的屈服强度、抗压强度分别为1 512，1 802 MPa，比铸态复合材料的分别提高了15.4%，5.9%。
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  Ni60合金包覆WC粉激光熔覆涂层的组织与性能

  申井义, 林晨, 姚永强, 刘佳, 徐欢欢

  机械工程材料. 2020, 44(7): 18-22. https://doi.org/10.11973/jxgccl202007004

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  通过激光熔覆Ni60合金包覆WC粉（简称镍包WC粉）在45钢基体上制备了WC增强镍基合金熔覆涂层，研究了涂层的显微组织、物相组成、显微硬度与耐磨性能等，并与Ni60合金+WC机械混合粉熔覆涂层的进行对比。结果表明：2种熔覆涂层均与基体形成冶金结合；与Ni60合金+WC机械混合粉熔覆涂层相比，镍包WC粉熔覆涂层组织更细小，成分偏析程度较轻；2种熔覆涂层均由γ-（Ni，Fe）固溶体、WC、Cr₂₃C₆、Cr₇C₃、W₂C等物相组成，镍包WC粉熔覆涂层中WC相的结构完整性较好；镍包WC粉熔覆涂层的平均显微硬度为933.1 HV，略高于Ni60合金+WC机械混合粉熔覆涂层的（901.4 HV）；镍包WC粉熔覆涂层的平均摩擦因数和磨损体积分别为0.4，7.52×10^-3 mm³，均低于Ni60合金+WC机械混合粉熔覆涂层的，镍包WC粉熔覆涂层的耐磨性能优于Ni60合金+WC机械混合粉熔覆涂层的。
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  添加Bi₂O₃对SiO₂-Al₂O₃-MgO系玻璃结构与性能的影响

  杨自豪, 陈汉生, 陈莹莹, 高任, 王焕平, 徐时清, 曹永盛

  机械工程材料. 2020, 44(7): 23-27. https://doi.org/10.11973/jxgccl202007005

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  采用传统熔体冷却法制备添加不同质量分数（0～3.0%） Bi₂O₃的SiO₂-Al₂O₃-MgO系玻璃，研究Bi₂O₃添加量对玻璃热稳定性、结构稳定性以及物理与力学性能的影响。结果表明：添加Bi₂O₃可有效降低玻璃的软化点；随着Bi₂O₃添加量的增加，玻璃析晶温度与玻璃化转变温度之差先增大后减小，光学带隙先减小后增大，说明玻璃的热稳定性和结构稳定性先提高后降低，同时玻璃的密度、弯曲强度、压缩强度和压缩模量也呈先增大后降低的趋势；当Bi₂O₃的质量分数为1.5%时，玻璃的结构稳定性、热稳定性、物理与力学性能最优异，此时玻璃析晶温度与玻璃化转变温度之差为244 K，光学带隙为3.50 eV，密度为2.67 g·cm^-3，弯曲强度为82.72 MPa，压缩强度为236.24 MPa，压缩模量为110.06 GPa。
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  焊接工艺参数对7B04-T6铝合金搅拌摩擦点焊接头疲劳性能的影响

  王磊, 赵新华, 丛家慧, 回丽, 付强

  机械工程材料. 2020, 44(7): 28-32. https://doi.org/10.11973/jxgccl202007006

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  在不同回填时间、插入时间、插入深度、旋转速度下对1.5 mm厚7B04-T6铝合金板进行回填式无匙孔搅拌摩擦点焊，对接头进行拉-拉疲劳试验，研究了焊接工艺参数对接头疲劳性能的影响。结果表明：不同焊接工艺下接头均分为焊核区、热机影响区、热影响区和母材，在热机影响区的两板结合区存在钩状缺陷；焊接工艺参数对接头疲劳寿命的影响程度从弱到强的顺序为回填时间、插入时间、插入深度、旋转速度；在旋转速度为2 500 r·min^-1，回填时间为2 s，插入深度为1.9 mm，插入时间为3 s下，接头的疲劳寿命最高，可达211 919周次，疲劳裂纹萌生于两板结合区的钩状缺陷处。
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  在高温硝酸与丙烷蒸气环境中R60702工业纯锆的腐蚀行为

  张强, 齐世锋, 陈鸿飞, 孔韦海, 万章, 胡盼, 刘燕

  机械工程材料. 2020, 44(7): 33-37,50. https://doi.org/10.11973/jxgccl202007007

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  通过均匀腐蚀试验研究了R60702工业纯锆在高温硝酸和丙烷蒸气环境中的腐蚀行为。结果表明：R60702纯锆在260℃的硝酸与丙烷蒸气中的腐蚀速率极低，表面氧化膜较致密，厚度约为15 μm；在430℃的硝酸与丙烷蒸气中的腐蚀速率较高，表面氧化膜厚度约为50 μm，由外层疏松氧化膜和内层致密氧化膜组成，氧化膜中存在微裂纹，且部分氧化膜脱落；表面氧化膜均主要由单斜ZrO₂和四方ZrO₂组成；当温度为260℃时，致密氧化膜对基体起到保护作用；当温度为430℃时，氧化膜保护作用降低，氧化膜增厚并产生应力松弛，导致四方ZrO₂转变为单斜ZrO₂，氧化膜体积膨胀并产生微裂纹，裂纹扩展合并导致氧化膜脱落。
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  YG8硬质合金表面沟槽织构的制备及其减摩特性

  张娜, 杨发展, 刘国华, 王黎阳

  机械工程材料. 2020, 44(7): 38-41,56. https://doi.org/10.11973/jxgccl202007008

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  采用光纤激光加工设备在YG8硬质合金表面加工出沟槽织构，研究了激光加工参数对织构尺寸及形貌的影响，得到最佳激光加工参数；采用最佳激光加工参数在硬质合金表面加工出4种不同方向的正弦型沟槽织构，研究了干摩擦条件下织构的减摩特性。结果表明：随着激光功率、扫描次数的增加或扫描速度的减小，沟槽织构尺寸增大，但过高的激光功率或过多的扫描次数导致织构底部粗糙；最佳激光加工参数为激光功率40 W，扫描速度100 mm·s^-1，扫描次数200次，此时沟槽织构表面形貌较好，织构宽度为160 μm，深度为15 μm；在试验载荷为2 N、滑动速度为20 mm·s^-1时，正弦中心线与摩擦方向成0°的正弦型沟槽织构的减摩效果优于正弦中心线与摩擦方向成30°，60°，90°的织构，且摩擦因数比光滑试样的降低了25%。
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  H62黄铜导体短路熔痕的凝固组织

  陈克, 张斌, 邓松华, 徐龙飞, 赵晓阳

  机械工程材料. 2020, 44(7): 42-45. https://doi.org/10.11973/jxgccl202007009

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  采用火灾模拟试验制备了H62黄铜导体一次短路熔痕和二次短路熔痕，研究了不同熔痕的凝固组织。结果表明：一次短路熔痕具有明显的过渡区特征，熔珠状一次短路熔痕室温凝固组织为α相，呈枝晶形貌，锌元素质量分数低于32.5%，而凹痕状一次短路熔痕室温凝固组织为α相+β相，α相沿β相晶界呈针状向β相晶内析出，且α相的针状晶未贯穿β相晶界，锌元素质量分数高于32.5%。二次短路熔痕呈熔珠状，具有明显的过渡区特征，室温凝固组织为α相+β相，α相呈羽毛状，且其排列具有方向性，锌元素质量分数高于32.5%。
材料性能及应用
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  高干涉量压合衬套强化铝合金孔结构的疲劳性能

  王强, 赵勇, 倪孟龙

  机械工程材料. 2020, 44(7): 46-50. https://doi.org/10.11973/jxgccl202007010

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  分别采用高干涉量压合衬套单侧挤压强化和两侧挤压强化两种工艺对7050铝合金孔结构进行强化，研究孔结构的残余应力和疲劳性能，并采用梯形累积法由疲劳断口定量反推出疲劳裂纹萌生寿命和扩展寿命。结果表明：孔结构中形成深度达12 mm的残余压应力场，单侧挤压强化试样挤入端的残余应力显著低于挤出端的，两侧挤压强化试样挤入端和挤出端的残余应力相当；单侧挤压强化试样和两侧挤压强化试样的平均疲劳寿命比未挤压强化试样的分别提高了770%和1 500%，高干涉量压合衬套强化技术具有显著的疲劳强化效果，且双侧挤压强化的效果更好；高干涉量压合衬套强化技术可同时提高孔结构的疲劳裂纹扩展寿命和萌生寿命，且萌生寿命提高的幅度更大。
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  δ相对激光选区熔化成形GH4169合金持久性能的影响

  石磊, 雷力明, 王威, 付鑫

  机械工程材料. 2020, 44(7): 51-56. https://doi.org/10.11973/jxgccl202007011

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  采用激光选区熔化（SLM）技术制备GH4169合金，通过热等静压+时效与热等静压+固溶+时效2种热处理制度控制δ相的析出，研究δ相对合金持久性能的影响。结果表明：2种工艺热处理后，SLM成形GH4169合金组织均为等轴晶，且存在退火孪晶；经热等静压+固溶+时效处理后，合金晶界处析出大量长棒状与连续颗粒状δ相；经热等静压+固溶+时效处理后合金在650℃/690 MPa下的持久寿命是热等静压+时效处理后的一半左右，δ相的析出是导致合金持久寿命较低的主要原因；2种工艺处理的SLM成形合金的持久寿命均显著超过锻件的标准要求，且持久断裂方式均为沿晶断裂。
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  催化剂用量对聚苯醚改性氰酸酯树脂固化及性能的影响

  段家真, 聂娅, 金石磊

  机械工程材料. 2020, 44(7): 57-59,65. https://doi.org/10.11973/jxgccl202007012

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  以乙酰丙酮钴为催化剂，对质量比为1：1的低相对分子质量双端羟基聚苯醚与双酚A型氰酸酯树脂进行热固化反应，研究了催化剂质量分数（0~0.05%）对改性树脂固化及性能的影响。结果表明：改性树脂的凝胶时间随着催化剂含量的增加或温度的升高而缩短，当温度高于180℃时，凝胶时间随温度的变化不明显；固化反应温度随着催化剂含量的增加而降低；催化剂含量越高，改性树脂的初始储能模量越大，交联密度越大，玻璃化温度越高；随着催化剂含量的增加，改性树脂的介电常数和介电损耗呈先降低后升高的趋势，吸水率降低；当催化剂质量分数为0.03%时，改性树脂的固化反应温度为160℃，玻璃化温度为210℃，吸水率为0.48%，介电常数为3.51，介电损耗为5.20×10^-3，性能最佳。
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  铌钛微合金化对δ-相变诱导塑性钢组织和拉伸性能的影响

  王俊峰, 王利

  机械工程材料. 2020, 44(7): 60-65. https://doi.org/10.11973/jxgccl202007013

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  在δ-相变诱导塑性（δ-TRIP）钢中添加铌与钛元素，研究了铌钛微合金化对该钢显微组织与拉伸性能的影响。结果表明：试验钢组织沿轧制方向呈带状分布，主要由δ铁素体条带与α铁素体/残余奥氏体条带组成，铌钛微合金化细化了试验钢中铁素体晶粒，使铁素体中形成了大量的小角度晶界，并降低了残余奥氏体含量；铌钛微合金化试验钢中形成了尺寸约5 μm的矩形（Nb，Ti）（C，N）相和尺寸为50~200 nm的椭圆形Ti （C，N）相；与未添加铌与钛的试验钢相比，铌钛微合金化试验钢的屈服强度和抗拉强度分别增加了65，37 MPa，而断后伸长率由33.3%降低至30.4%；在拉伸过程中，铌钛微合金化试验钢中的裂纹在铁素体与马氏体界面处和（Nb，Ti）（C，N）相处形核，断裂类型为由韧性断裂和解理断裂组成的复合断裂。
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  控轧控冷工艺中终冷温度对高强建筑用钢组织与拉伸性能的影响

  张润智, 刘志琦

  机械工程材料. 2020, 44(7): 66-69. https://doi.org/10.11973/jxgccl202007014

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  对高强建筑用钢进行控轧控冷处理，研究终冷温度（350~650℃）对该钢显微组织与室温拉伸性能的影响。结果表明：在终冷温度为650，550℃下控轧控冷后，试验钢的显微组织都为贝氏体铁素体+马氏体-奥氏体（M-A）岛；当终冷温度为450℃时，组织仍为贝氏体铁素体+M-A岛，但是M-A岛的含量比终冷温度为650，550℃时的低；当终冷温度为400，350℃时，组织主要为板条状贝氏体铁素体，局部板条间分布着少量薄膜状M-A岛；试验钢的屈服强度、抗拉强度和屈强比均随着终冷温度的降低而升高，而在终冷温度为350，450，550℃时的断后伸长率均大于16%；终冷温度为450℃时，试验钢的拉伸性能符合780 MPa级高强低屈强比建筑用钢的要求，此时贝氏体铁素体组织中弥散分布着细小、圆整度较高的M-A岛，使得试验钢具有高的强塑性和低的屈强比。
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  15-15Ti奥氏体不锈钢的蠕变性能

  丁寻, 黄晨, 李荣生

  机械工程材料. 2020, 44(7): 70-73. https://doi.org/10.11973/jxgccl202007015

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  在600，650，700℃下对国产15-15Ti不锈钢进行不同应力水平的蠕变试验，观察了蠕变断口形貌，研究了该钢的蠕变变形机理与断裂机理。结果表明：在不同温度和应力下，15-15Ti不锈钢的蠕变曲线可以分为减速蠕变、稳态蠕变和加速蠕变三个阶段，稳态蠕变阶段的时间占整个蠕变的90%以上；随着应力的降低，稳态蠕变阶段越来越明显，蠕变寿命延长，蠕变伸长率减小；15-15Ti不锈钢在600，650，700℃下的应力指数分别为14.3，8.2，4.9，蠕变变形机理为位错蠕变；15-15Ti不锈钢的短时蠕变断裂性质为穿晶断裂，长时蠕变断裂性质为沿晶断裂，穿晶断裂呈现韧性断裂特征，沿晶断裂呈现明显的晶界空洞损伤机制。
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  小冲杆试验评估X80管线钢的拉伸性能

  宋明, 李旭阳, 曹宇光, 司伟山, 甄莹

  机械工程材料. 2020, 44(7): 74-78. https://doi.org/10.11973/jxgccl202007016

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  对X80管线钢进行单轴拉伸试验和小冲杆试验，通过将两者相关联，研究了试样厚度对小冲杆试验得到的弹性模量、屈服载荷、最大载荷的影响，并给出了以厚度为自变量的X80管线钢屈服强度、抗拉强度经验公式。结果表明：小冲杆试验得到的屈服载荷、最大载荷与试样厚度的平方成线性关系；由建立的经验公式计算得到的屈服强度和抗拉强度受厚度的影响较小，与单轴拉伸试验结果的最大相对误差分别为11.2%，12.3%。
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  聚硫密封胶在不同环境中的耐候性

  马峰岭, 佘安宇, 白慧

  机械工程材料. 2020, 44(7): 79-83. https://doi.org/10.11973/jxgccl202007017

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  分别研究了在盐雾（25℃，50 g·L^-1 NaCl溶液，1 000 h）、湿热（60℃，相对湿度95%，90 d）、高温（70℃，365 d）、低温（-45℃，7 d）及户外暴晒（1 000 h）等环境中，聚硫密封胶的拉伸性能与黏结抗剥离性能的变化规律，分析了环境因素对其耐候性的影响。结果表明：在高温、低温、湿热、盐雾环境中，随着时间的延长，聚硫密封胶的拉伸强度降低，拉断伸长率增大，剥离强度几乎不变，说明聚硫密封胶的黏结抗剥离性能未受上述环境的影响，且其耐低温能力优异；在户外暴晒环境中，随着试验时间的延长，聚硫密封胶的拉伸强度和拉断伸长率均显著减小，剥离强度基本不变，说明紫外辐照及热氧老化对拉伸性能的影响较明显，但对黏结抗剥离性能的影响很小。
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  短时时效处理对2205双相不锈钢显微组织和耐腐蚀性能的影响

  赵锦, 颜海涛, 杨春龙, 马伟杰

  机械工程材料. 2020, 44(7): 84-87. https://doi.org/10.11973/jxgccl202007018

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  对固溶态2205双相不锈钢进行800℃、不同时间（5~30 min）的短时时效处理，研究了时效时间对该钢显微组织和耐腐蚀性能的影响。结果表明：随着时效时间的延长，试验钢中富含铬、镍、钼的σ析出相数量增加，尺寸增大，且主要分布在铁素体和奥氏体相晶界处，少量分布在铁素体和奥氏体晶粒内；随着时效时间的延长，试验钢的晶间腐蚀敏感程度增加，点蚀电位降低，耐晶间腐蚀和耐点蚀性能降低。
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  钪元素对Al-20Zn合金拉伸性能及阻尼性能的影响

  陈勇, 侯远飞, 徐峥峥, 彭英浩, 刘崇宇, 钟皓

  机械工程材料. 2020, 44(7): 88-91,97. https://doi.org/10.11973/jxgccl202007019

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  通过熔铸工艺制备Al-20Zn和Al-20Zn-0.5Sc合金，对比研究了铸态、均匀化处理态、轧制态合金的显微组织以及轧制态合金的拉伸性能及阻尼性能。结果表明：Al-20Zn-0.5Sc合金的晶粒尺寸均小于相同状态下Al-20Zn合金的；轧制态Al-20Zn-0.5Sc合金比Al-20Zn合金具有更高的屈服强度、抗拉强度、断后伸长率及高温（360℃）内耗；钪元素与铝结合形成的Al₃Sc纳米相可以钉扎晶界和位错，抑制再结晶，细化晶粒，使Al-20Zn-0.5Sc合金表现出更优异的拉伸性能及高温阻尼性能。
物理模拟与数值模拟
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  580DP与700DP热轧双相钢的力学性能与成形性能

  陈维晋, 殷胜, 裴新华

  机械工程材料. 2020, 44(7): 92-97. https://doi.org/10.11973/jxgccl202007020

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  研究了580DP与700DP热轧双相钢的拉伸性能、扩孔性能和成形极限曲线，并与QStE550TM热轧微合金高强钢的进行对比；采用成形极限经验公式和MK模型对成形极限曲线进行预测，并与试验结果进行对比；对热轧双相钢的成形极限曲线最低点的主应变进行拟合，进而对成形极限经验公式进行修正。结果表明：与QStE550TM钢相比，580DP与700DP钢的断后伸长率和加工硬化指数较高，屈强比较低，加工性能较好；580DP与700DP钢的扩孔率均低于QStE550TM钢的，扩孔性能较差；580DP钢的成形极限曲线高于700DP钢的，且均高于QStE550TM钢的，热轧双相钢的成形性能较好；成形极限经验公式与MK模型均不能很好地预测580DP与700DP钢的成形极限曲线；采用修正的成形极限经验公式计算得到的热轧双相钢的成形极限曲线与试验结果较吻合，其中580DP钢的相对误差小于5.6%，700DP钢在平面应变区域的相对误差小于9.4%，在其他区域的相对误差小于6.5%。
失效分析
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  某变电站电容式电压互感器附件L型接线板的断裂原因

  韩纪层, 何建, 林德源, 邵艳群, 郑跃胜

  机械工程材料. 2020, 44(7): 98-102. https://doi.org/10.11973/jxgccl202007021

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  某变电站并联电抗器500 kV侧电容式电压互感器（CVT）附件L型接线板在台风中突然断裂，通过宏观形貌观察、化学成分分析、力学性能测试、显微组织观察、有限元模拟等方法对其断裂原因进行了分析。结果表明：该L型接线板的断裂性质为脆性断裂。接线板显微组织中存在的尺寸较大的长片状或板条状共晶硅和AlFeSi第二相是其断裂的主要原因，而结构设计不合理是其断裂的另一原因；在引线因受台风影响剧烈舞动产生的拉应力和扭矩作用下，微裂纹在接线板螺栓孔与CVT顶端凸台边缘接触处应力集中位置的粗大AlFeSi第二相颗粒处萌生，并沿脆性共晶硅相扩展，最终导致接线板发生脆性断裂。