2020年, 第44卷, 第9期　
刊出日期：2020-09-20

  

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  机械工程材料. 2020, 44(9): 0-0.

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综述
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  橡胶密封材料老化研究进展

  刘璇, 杨睿

  机械工程材料. 2020, 44(9): 1-10,71. https://doi.org/10.11973/jxgccl202009001

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  橡胶是重要的机械工程材料。橡胶密封材料在机械设备中起到关键作用，其老化失效常会造成产品报废，甚至带来巨大损失。因此，橡胶密封材料的老化研究受到关注。综述了橡胶密封材料的老化研究，包括老化行为、老化机理、应力和化学介质对老化的影响、寿命评价指标和预测方法、老化检测技术等。对橡胶密封材料老化研究中存在的问题进行了分析，提出今后的研究方向，包括加速老化试验方法研究、老化机理研究、加速老化和实际老化的对应性研究等。
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  激光增材制造金属零部件变形的研究现状

  谭志俊, 高双, 何博

  机械工程材料. 2020, 44(9): 11-16. https://doi.org/10.11973/jxgccl202009002

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  激光增材制造是一种较理想的高效率、高柔性的先进制造技术。在激光增材制造过程中，材料经历循环往复的骤热骤冷过程。这种骤热骤冷的加工方式会使金属零部件产生严重的残余应力，导致难以预测的变形问题，这已成为制约该技术发展和应用的瓶颈。从形成机制、检测方法、影响因素和数值模拟方面综述了激光增材制造金属零部件变形的研究现状，重点介绍了激光功率、扫描速度、扫描策略、基板预热等工艺参数对金属零部件变形的影响，阐述了当前增材制件变形的预测及调控方法，指出了未来激光增材制造变形控制的研究方向。
试验研究
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  F690海洋工程钢在大气中不同应力条件下的疲劳极限及裂纹扩展行为

  王琪, 张振, 杨阳, 郭孟雨, 胡正飞, 高珊

  机械工程材料. 2020, 44(9): 17-23. https://doi.org/10.11973/jxgccl202009003

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  在大气中不同应力条件下对F690钢进行高频疲劳试验和基于直流电压降的疲劳裂纹扩展速率试验，结合断口分析，对比研究了应力幅和应力比对F690钢疲劳性能和裂纹萌生、扩展的影响。结果表明：F690钢在应力比为-1，0.1，0.2，0.3时的条件疲劳极限分别约为313，264，250，246 MPa，条件疲劳极限随应力比的增大而减小；F690钢中的疲劳裂纹以条带机制扩展，断裂方式为穿晶断裂；随着应力幅的增大，疲劳辉纹间距和二次裂纹尺寸增加，疲劳裂纹扩展速率增大；随着应力比的增大，F690钢的疲劳裂纹扩展速率增大，且在裂纹扩展中后期变化较大，疲劳裂纹扩展门槛值减小。
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  锶和硼复合变质对Al-Si-Cu-Mg合金组织及力学性能的影响

  谭震林, 周全, 张连腾, 杨成刚

  机械工程材料. 2020, 44(9): 24-30. https://doi.org/10.11973/jxgccl202009004

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  对比研究了未变质、锶变质、硼变质、锶和硼复合变质对铸态与T6态Al-6Si-3Cu-0.3Mg合金组织与力学性能的影响；考察了复合变质条件下，锶含量（0.025%，0.050%，0.075%，质量分数）对合金组织与力学性能的影响。结果表明：锶变质、硼变质、锶和硼复合变质均可细化铸态与T6态合金组织，提高其抗拉强度，其中复合变质效果最为显著；与未变质处理合金的相比，复合变质铸态合金的抗拉强度和伸长率分别提高了3.71%和13%，T6态合金的抗拉强度提高了33.6%，但伸长率降低了41.9%；复合变质条件下，随着锶含量的增加，铸态合金中初生α-Al粗化，抗拉强度总体变化不大；T6态合金中共晶硅平均长度随锶含量增加先减小后增大，抗拉强度逐渐升高；锶含量为0.025%，共晶硅尺寸最小，复合变质合金塑性最好。
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  钨极氩弧搭接焊钽片接头的显微组织

  陈燕飞, 赖华生, 朱政强, 文小强, 袁德林, 王玉香

  机械工程材料. 2020, 44(9): 31-35,41. https://doi.org/10.11973/jxgccl202009005

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  采用钨极氩弧焊对0.6 mm厚钽片进行搭接焊，研究了焊接接头的显微组织。结果表明：焊缝成形良好；上层钽片上表面、上下钽片接触面处和下层钽片下表面处均出现了氧化层；在焊接热作用下，热影响区发生动态再结晶，母材的晶粒由原始细长状转变为等轴状，且晶粒粗化；氩气并不能完全隔绝空气，焊缝不同区域发生不同程度的氧化，由未氧化或氧化程度较轻的浅色物质与氧化程度较重的深色物质混合组成，浅色物质呈珊瑚状形貌。
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  典型接地材料在水饱和酸性红壤中的电化学腐蚀行为

  朱亦晨, 刘光明, 王金金, 唐荣茂, 师超, 宋阳

  机械工程材料. 2020, 44(9): 36-41. https://doi.org/10.11973/jxgccl202009006

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  采用室温腐蚀试验和电化学试验研究了碳钢、镀锌钢、纯铜3种接地材料在水饱和酸性红壤中的电化学腐蚀行为。结果表明：随着腐蚀时间的延长，碳钢和镀锌钢的平均腐蚀速率降低，纯铜的平均腐蚀速率略微增大；在水饱和红壤中腐蚀45 d时，碳钢的平均腐蚀速率最大，镀锌钢的次之；碳钢和镀锌钢表面均呈不均匀的全面腐蚀形貌，纯铜表面呈均匀腐蚀形貌；碳钢、镀锌钢和纯铜的电化学阻抗谱均表现为具有2个时间常数的双容抗弧，且分别在腐蚀30，45，20 d时，在低频区出现Warburg阻抗，腐蚀过程由受电荷转移过程控制转变为受电荷转移和扩散过程联合控制。
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  火力发电厂在役P91钢持久性能的快速评价技术

  杜晋峰, 蔡文河, 王斌, 梁军, 董树青, 王智春, 孙标

  机械工程材料. 2020, 44(9): 42-46,51. https://doi.org/10.11973/jxgccl202009007

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  测试了不同硬度P91钢试样在20，540，560℃下的拉伸性能和540，560℃下的持久强度，基于P91钢在一定温度和硬度下持久强度-断裂时间曲线近似平行的本质特征建立了不同硬度P91钢的持久强度与断裂时间的线性方程；采用该线性方程，基于不同硬度试样的短时持久数据拟合得到全寿命周期的持久强度-断裂时间曲线，对比分析了持久强度拟合结果与试验结果。结果表明：拟合得到的长时持久强度与试验结果的相对误差不大于6%，拟合准确性较高；通过短时持久数据获取不同硬度P91钢的全寿命持久强度-断裂时间曲线，可以在不破坏部件完整性的情况下对硬度异常P91钢部件的持久强度进行评估。
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  固溶处理对GH984G合金冷轧无缝管组织及硬度的影响

  高佩, 程晓农

  机械工程材料. 2020, 44(9): 47-51. https://doi.org/10.11973/jxgccl202009008

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  在温度1 050~1 200℃，时间10~90 min下对GH984G合金冷轧无缝管试样进行固溶处理，研究了固溶处理对合金组织和硬度的影响。结果表明：冷轧态合金晶粒沿轧向拉长，晶界及晶内析出第二相颗粒；不同条件固溶处理后，合金中形成等轴晶组织，随着温度的升高和保温时间的延长，晶粒尺寸增大，第二相数量减少；合金的晶界迁移表观激活能随保温时间的延长而增大，动力学时间指数随温度的升高先增大后减小；合金硬度随固溶温度的升高和保温时间的延长而降低，与平均晶粒尺寸符合Hall-Petch关系。
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  6061铝合金/DP590镀锌钢板冷金属过渡焊接头界面的显微组织

  金光灿, 邢彦锋, 许莎

  机械工程材料. 2020, 44(9): 52-55. https://doi.org/10.11973/jxgccl202009009

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  采用冷金属过渡焊（CMT）对6061铝合金和DP590镀锌钢板进行搭接点焊，研究了接头界面的显微组织和物相组成，探讨了各金属间化合物的形成机理。结果表明：接头焊缝成形良好，焊接界面上存在厚度约6 μm的金属间化合物过渡层，镀锌钢板一侧的过渡层界面较为平滑，熔化区一侧的界面处则存在大量柱状晶；过渡层中的铁、铝元素含量几乎不变，靠近镀锌钢板一侧的显微组织为含铝的α-Fe固溶体，靠近熔化区一侧的为Fe₂Al₅相，同时熔化区内形成了细针状FeAl₃相。
材料性能及应用
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  T23、T91、TP347H钢管长时服役后的显微组织和拉伸性能

  郭赉佳, 谷树超, 段鹏, 丁宪飞, 王松, 刘宇哲

  机械工程材料. 2020, 44(9): 56-61,66. https://doi.org/10.11973/jxgccl202009010

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  在服役约7.8万h的600 MW超临界锅炉末级再热器不同位置截取T23、T91和TP347H钢管试样，分别进行显微组织和常温、高温拉伸性能分析，对比研究了显微组织和拉伸性能的劣化程度。结果表明：T23、TP347H和T91钢管试样的组织均呈现明显的老化特征，晶界处分别析出M₆C碳化物、M₂₃C₆碳化物和Laves相，显微组织老化级别分别为4级、3.5级和4级；T23钢管试样的常温和高温拉伸性能均呈现严重的劣化倾向，均不满足标准要求，T91钢管试样的抗拉强度明显下降，TP347H钢管试样的拉伸性能则满足标准要求；在高温状态下，TP347H钢管试样呈现良好的强度和结构安全性，但延展性明显降低。
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  不同温度固溶+时效处理对6082铝合金锻件组织和摩擦磨损性能的影响

  梁朝杰, 王成磊, 梁满朝, 陈中敢, 谢映光, 傅耀坤

  机械工程材料. 2020, 44(9): 62-66. https://doi.org/10.11973/jxgccl202009011

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  在锻造成型6082铝合金控制臂心部取样，进行（510~590℃）固溶+175℃时效处理，研究了固溶温度对组织、硬度以及在2.8，6.8 N载荷下摩擦磨损性能的影响。结果表明：热处理提高了合金的硬度和耐磨性能；随着固溶温度升高，合金硬度增大，温度为550℃时，合金晶粒最细小，硬度最高，温度继续升高，晶粒粗化，硬度降低；在2种载荷下，550℃固溶时的磨损体积均最小；2种载荷下不同热处理试样的磨损机制均为磨粒磨损，磨损表面均形成了微裂纹和犁沟。
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  铝导线软钎焊用含铋Sn-0.7Cu-1Zn合金钎料的研发及性能

  唐立军, 周年荣, 刘雪扬, 刘荣海, 张文斌

  机械工程材料. 2020, 44(9): 67-71. https://doi.org/10.11973/jxgccl202009012

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  熔炼制备组成（质量分数/%）为Sn-0.7Cu-1Zn-xBi （x=0.5，1，1.5，2）的合金钎料，研究了铋含量对钎料熔点、电导率、润湿性能的影响，确定了最佳铋含量；采用最佳铋含量合金钎料对1060铝导线和连接金具进行钎焊连接，研究了连接头的界面形貌、拉断力和温升。结果表明：随着铋含量的增加，钎料的熔点略微降低，电导率下降，润湿性能先增大后减小；最佳铋含量为1.0%，此时钎料的电导率居中但润湿性能最好；Sn-0.7Cu-1Zn-1Bi钎料钎焊铝导线连接头的最大拉力达计算拉断力的83%，符合标准要求，温升比传统压缩连接方式的低18.3%，能改善铝导线连接头的发热问题。
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  超音速火焰喷涂4种典型WC基金属陶瓷涂层的组织和性能

  柏洪武, 邱晓来, 刘长生, 王韶毅

  机械工程材料. 2020, 44(9): 72-76,81. https://doi.org/10.11973/jxgccl202009013

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  采用超音速火焰喷涂工艺在碳钢表面制备WC-12Co、WC-10Co4Cr、WC-10Ni和WC-20Cr₃C₂-7Ni金属陶瓷涂层，对比研究了不同涂层的物相组成、硬度、耐磨性能和耐腐蚀性能。结果表明：WC-12Co、WC-10Co4Cr和WC-10Ni涂层中均生成了少量W₂C脱碳相；4种涂层均很致密，且与基体结合良好；WC-10Co4Cr和WC-12Co涂层的硬度和耐磨性能相近且最好，WC-10Ni涂层的次之，WC-20Cr₃C₂-7Ni涂层的最差；WC-10Co4Cr涂层的耐腐蚀性能最好，WC-10Ni涂层略次之，WC-20Cr₃C₂-7Ni涂层的最差。WC-10Ni涂层的耐磨性能适中，耐腐蚀性能略低于WC-10Co4Cr涂层的，在正常服役条件下有望替代WC-10Co4Cr涂层用于机械零件表面磨损和腐蚀防护。
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  SiC粒径对SiC_p/2024铝合金复合材料显微组织和力学性能的影响

  顾建, 李冬青, 刘胜春, 司佳钧, 刘鹏, 陈冉, 曹振

  机械工程材料. 2020, 44(9): 77-81. https://doi.org/10.11973/jxgccl202009014

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  采用热等静压和热挤压工艺制备单一粒径（50，25，15，10 μm）和混合粒径（10 μm+25 μm）SiC_p/2024铝合金复合材料，并进行T4处理，研究了SiC粒径对复合材料显微组织和力学性能的影响；对性能最优的复合材料进行T6处理，研究了其组织和力学性能的变化。结果表明：添加单一粒径SiC时，随着粒径的减小，SiC颗粒在基体中的分布更加均匀，复合材料的抗拉强度增大，屈服强度、弹性模量、断后伸长率和布氏硬度变化不大；添加混合粒径SiC时，小粒径SiC会分布在大粒径颗粒周围，导致组织均匀性下降；混合粒径复合材料的抗拉强度介于对应单一粒径复合材料的之间，屈服强度略高于相应单一粒径复合材料的；粒径10 μm SiC_p/2024铝合金复合材料的性能较佳，再经T6处理后，其抗拉强度、屈服强度和布氏硬度进一步提高。
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  7N01铝合金双面搅拌摩擦焊接头的组织与性能

  林松, 贺晓龙

  机械工程材料. 2020, 44(9): 82-86,102. https://doi.org/10.11973/jxgccl202009015

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  对7N01铝合金薄板进行正反面各一道次的双面搅拌摩擦焊（FSW），研究了接头的显微组织、硬度分布、拉伸性能和应力腐蚀敏感性。结果表明：FSW接头成形良好，焊核区为均匀细小的等轴晶组织，正反焊道交界处焊核区由于受到两次热-力耦合作用，晶粒较其他焊核区的细小，热力影响区晶粒发生剪切变形，呈条弧状，热影响区晶粒呈原始板条状；从焊核区到母材，硬度逐渐降低，正反焊道交界处的焊核区硬度高于其他位置焊核区的；在空气和质量分数3.5% NaCl溶液中，FSW接头均在热影响区断裂，热影响区为薄弱区；与母材相比，接头拉伸性能较差，应力腐蚀敏感性较高。
物理模拟与数值模拟
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  GH4169镍基高温合金的热变形行为与再结晶模型

  王稳

  机械工程材料. 2020, 44(9): 87-91,98. https://doi.org/10.11973/jxgccl202009016

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  在变形温度900~1 100℃，应变速率0.01~5 s^-1条件下对GH4169高温合金进行热压缩试验，研究了其显微组织及热变形行为。基于流变曲线构建了双曲正弦型Arrhenius本构方程，通过Avrami方程构建了临界动态再结晶模型。结果表明：GH4169高温合金在热压缩过程中发生了动态再结晶，且高温、低应变速率下的再结晶行为更显著；热压缩至应变量为0.2时，GH4169高温合金的本构方程为ε=1.37×10¹⁸[sinh （0.003 1σ）]^6.13exp （-4.63×10⁵/RT）；动态再结晶临界值和峰值之间存在线性关系，1 100℃，0.01 s^-1变形条件下的Avrami再结晶模型为X_DRX=1-exp{-0.049[（ε-0.035 5）/0.089 9]^2.132}。
失效分析
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  某井钻采时扶正器接头断裂原因

  陈猛, 徐昌学, 余世杰

  机械工程材料. 2020, 44(9): 92-98. https://doi.org/10.11973/jxgccl202009017

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  南海西部某井在钻采作业时，一支扶正器在接头内螺纹处发生断裂。采用宏观检查、化学成分分析、微观形貌分析、力学性能测试、有限元模拟等方法对其失效原因进行了分析。结果表明：该扶正器接头断裂模式为疲劳断裂，疲劳裂纹起源于接头螺纹牙底；扶正器本体外径减小、螺纹牙底应力增大是其发生失效的主要原因；建议优化底部钻具组合，采用扶正器+钻铤+扶正器的组合，有效避免扶正器螺纹接头处产生较大的应力集中。
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  SWRCH22A钢螺钉的断裂原因

  金昊昀, 王荣, 吕渊

  机械工程材料. 2020, 44(9): 99-102. https://doi.org/10.11973/jxgccl202009018

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  SWRCH22A钢螺钉在低于设计载荷下发生断裂，采用断口形貌、显微组织观察，硬度、镀锌层厚度测试及有限元仿真等方法，对其断裂原因进行分析。结果表明：该螺钉的断裂性质为氢脆断裂。热处理后螺钉形成了具有较强氢脆敏感性的回火马氏体组织；在后续镀锌或服役过程中，氢原子进入螺钉内部；在服役载荷作用下，螺头及附近螺纹根部产生应力集中，氢原子向应力集中处聚集，导致裂纹萌生和扩展，最终螺钉在应力集中最大的第一扣螺纹根部断裂。