2021年, 第45卷, 第2期　
刊出日期：2021-02-20

  

• 全选
  |

目录
• Select
  目录

  机械工程材料. 2021, 45(2): 0-0.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
综述
• Select
  表面纳米化是否生成纳米晶

  何家文

  机械工程材料. 2021, 45(2): 1-6. https://doi.org/10.11973/jxgccl202102001

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  喷丸或滚压和摩擦磨损的表面具有相同本质，都是冷加工导致组织细化。20世纪七八十年代从摩擦学角度对表面变形组织进行了系统研究，所得结论已成为材料学教材中的重要内容。21世纪初纳米风带动表面纳米化（SMAT）研究，忽视已有成果，认为变形细化的组织就是纳米晶。早期研究已经明确，变形后组织细化的尺度对性能影响不大，关键因素是其错角，SMAT却仍然强调纳米化尺度越小越好；摩擦学研究认为要获得纳米晶则表层转动要达到一定值，但此种转动将破坏连续性导致表层材料剥落。当SMAT认识到错角是决定性能的关键，并通过超强滚压处理获得大错角纳米晶时，材料表面已布满裂纹。重点讨论了表面形变结构的本质和特征，指出用动态再结晶机理解释纳米晶在位错胞壁生长的观点是错误的，并从胞壁和晶界对位错阻力不同的角度说明胞和晶在Hall-Petch关系中的差异。
• Select
  TP347H锅炉钢管失效机理研究进展

  张骏, 郑准备, 杨占君, 孙兴新, 李梦阳, 张建伟

  机械工程材料. 2021, 45(2): 7-14. https://doi.org/10.11973/jxgccl202102002

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  TP347H奥氏体耐热钢广泛应用于火电机组锅炉受热面管。结合奥氏体耐热钢管服役性能和TP347H钢管爆管失效案例，综述了TP347H钢制受热面管在锅炉服役运行中常见的6种失效机理，包括晶间腐蚀、应力腐蚀开裂、组织老化、氧化腐蚀、原始缺陷和马氏体转变，并介绍了失效特征、分析方法和预防措施。
试验研究
• Select
  AISI4340高强钢在含氧和/或Cl^-高温水中的应力腐蚀行为

  马涛, 张肖飞, 华晓春, 赵丽, 饶思贤

  机械工程材料. 2021, 45(2): 15-19,60. https://doi.org/10.11973/jxgccl202102003

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  采用慢拉伸应力腐蚀试验与应力腐蚀裂纹扩展试验，对AISI4340钢在含饱和氧和/或0.1 mol·L^-1 Cl^-的100 ℃水中的应力腐蚀行为进行研究。结果表明：100 ℃水中存在的氧或Cl^-均可以增大AISI4340钢的应力腐蚀倾向，但在含Cl^-并除氧的100 ℃水中的应力腐蚀倾向不显著，慢拉伸断口依旧保留部分韧性断裂特征，而在含饱和氧的高温水中AISI4340钢发生完全脆性断裂，应力腐蚀倾向显著；氧或Cl^-均可提高AISI4340钢在100 ℃水中的应力腐蚀裂纹扩展速率，氧与Cl^-之间存在交互作用，二者共存显著提高了应力腐蚀倾向，并导致开裂后裂纹快速扩展。
• Select
  浆液冲击角度对Cr30A高铬铸铁冲蚀行为的影响

  何建军, 周承伟, 余仁强, 李微, 任延杰, 鲍江涌

  机械工程材料. 2021, 45(2): 20-24. https://doi.org/10.11973/jxgccl202102004

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  在模拟湿法脱硫浆液流动环境中，研究了NaCl溶液+石英砂酸性浆液冲击角度（与试样冲击表面夹角）对Cr30A高铬铸铁冲蚀行为的影响。结果表明：在浆液以60°和30°角度冲击铸铁后，在腐蚀与磨损的交互作用下铸铁的质量损失较大；浆液垂直冲击铸铁后，铸铁的质量损失较小，质量损失的主要原因是冲击磨损；浆液平行冲击铸铁后，铸铁的质量损失最小，质量损失的主要原因是点蚀。浆液平行冲击时铸铁的冲蚀机理以显微切削为主；浆液以30°角度冲击时的冲蚀机理以切削、犁削为主，铸铁表面存在挤出棱、冲击坑以及浅层片状疲劳剥落现象；浆液以60°角度冲击时的冲蚀机理以深层材料大块脱落和严重腐蚀磨损为主；浆液垂直冲击时的冲蚀机理主要是表层材料脱落，并伴随轻微腐蚀磨损。
• Select
  铌对船板钢大热输入焊接热影响区组织与韧性的影响

  韩丽梅, 李丽, 田猛, 曲锦波

  机械工程材料. 2021, 45(2): 25-30,101. https://doi.org/10.11973/jxgccl202102005

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  采用控轧控冷工艺（TMCP）生产含铌（质量分数0.025%）和无铌两种DH36级船板钢，并进行150 kJ·cm^-1大热输入气电立焊，研究了焊接接头热影响区的组织与韧性。结果表明：铌元素的添加可推迟铁素体和珠光体相变，促进粒状贝氏体和贝氏体铁素体生成，导致含铌钢热影响区粗晶区中的晶界铁素体含量较少，粒状贝氏体和贝氏体铁素体含量较多，细晶区中的铁素体和珠光体析出缓慢。无铌钢焊接接头各区域的组织与韧性良好，-20 ℃冲击功单值均在102 J以上，远高于船级社规范要求；含铌钢焊接接头熔合线处-20 ℃冲击功出现单值低于24 J的情况，不满足船级社规范要求，其他区域-20 ℃冲击功单值均在143 J以上。铌的添加对DH36级船板钢大热输入焊接接头的韧性不利。
• Select
  20Cr1Mo1VTiB钢的连续冷却转变行为

  李兴东, 李岩, 艾迪, 李宇峰, 刘瑞良

  机械工程材料. 2021, 45(2): 31-36,89. https://doi.org/10.11973/jxgccl202102006

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  采用热膨胀仪测定20Cr1Mo1VTiB钢在不同淬火温度（950~1 100 ℃）下的贝氏体转变点和较佳淬火温度下的连续冷却相变点，结合组织观察和硬度测试绘制连续冷却转变曲线；利用经验公式建立相变点和相转变量与冷却速率的关系，并计算相变激活能。结果表明：随着淬火温度升高，试验钢中贝氏体转变温度降低，较佳淬火温度为1 050 ℃；冷却速率不高于0.5 ℃·s^-1时，过冷奥氏体转变产物为先共析铁素体、珠光体和贝氏体，冷却速率超过0.5 ℃·s^-1时则为单一贝氏体；相变点-冷却速率和相转变量-冷却速率拟合曲线与试验结果吻合较好，先共析铁素体和贝氏体相变激活能分别为744.8，274.9 kJ·mol^-1。
• Select
  铸态和锻造态钛-硫易切削钢中硫化物形态及力学性能对比

  王英虎, 宋令玺

  机械工程材料. 2021, 45(2): 37-42,48. https://doi.org/10.11973/jxgccl202102007

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  熔炼了2种钛含量（质量分数分别为0.09%，0.21%）的钛-硫易切削钢，并在1 200 ℃进行锻造，对比研究了铸态和锻造态试验钢组织中硫化物形貌、尺寸、数量以及试验钢的力学性能。结果表明：在铸态试验钢中，硫化锰大多为近似短棒状和球状，沿晶界呈链状或网状分布，锻造后硫化锰沿着锻造方向伸长，统计得到的长宽比增大，单位面积内数量减少；钛含量的提高使单位面积内硫化锰数量增多；铸态试验钢拉伸断口主要特征为解理台阶与河流状花样，断裂方式为脆性断裂，锻后的拉伸断口为解理和韧窝混合型形貌，断裂方式为韧性断裂；锻造态试验钢的拉伸性能和冲击韧性与铸态相比均有明显改善，锻造有助于提高钛-硫易切削钢的力学性能。
材料性能及应用
• Select
  U71Mn钢轨气压焊接头的损伤行为

  蒋文娟, 王文健, 丁昊昊, 郭俊, 刘启跃

  机械工程材料. 2021, 45(2): 43-48. https://doi.org/10.11973/jxgccl202102008

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  采用硬度计、轮廓仪、光学显微镜、扫描电子显微镜等对服役后的U71Mn钢轨气压焊接头的硬度、裂纹形貌及显微组织进行测试与观察，分析接头不同区域的损伤行为。结果表明：焊接接头两侧距接头中心30～50 mm处存在低凹区域，其位置与软化区位置吻合；轮轨接触使接头硬度提高，但是软化区的硬度始终低于母材；根据珠光体形态，接头从中心向两侧热影响区可依次分为层片状珠光体区域、部分珠光体球化区I、珠光体球化区、部分珠光体球化区Ⅱ；软化区位于珠光体球化区；珠光体球化区与部分珠光体球化区的裂纹深度和裂纹尖端扩展角都较大，这是由于粒状珠光体对裂纹扩展的阻力较小导致的。
• Select
  网络状WO₃/聚噻吩纳米线杂化结构薄膜的电致变色性能

  李古月, 郑天翔, 蒋达, 徐锦烽, 孙铭君, 史英迪, 张勇

  机械工程材料. 2021, 45(2): 49-54,95. https://doi.org/10.11973/jxgccl202102009

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  以钨酸钠为钨源，盐酸为调节剂，硫酸铵为辅助剂，采用正交试验优化水热工艺参数制备WO₃纳米线，再用电化学沉积法制备网络状WO₃/聚3，4-乙基二氧噻吩（PEDOT）纳米线杂化结构薄膜，研究了薄膜的结构和电致变色性能。结果表明：在反应温度190 ℃、反应时间4 h、pH=2的水热条件下制备得到的WO₃的电致变色性能最优，对比度为80.6%；最优水热条件下电化学沉积成功制备得到具有芯壳纳米线杂化结构的WO₃/PEDOT薄膜，单晶WO₃核体外覆盖了一层非晶PEDOT薄壳层；与WO₃纳米线和PEDOT相比，WO₃/PEDOT薄膜具有优异的电致变色性能与光学调制性能、快速的响应速率以及良好的循环稳定性，薄膜的对比度为89.1%，着色时间为3.4 s，褪色时间为2.2 s，且循环1 000周次后，对比度保留98.8%。
• Select
  GCr15钢轴承内套圈滚道不规则碳化物的成因

  胡润川, 赖承班, 闵永安

  机械工程材料. 2021, 45(2): 55-60. https://doi.org/10.11973/jxgccl202102010

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  对锻造、球化退火、淬回火等工序后GCr15钢轴承内套圈组织中的碳化物形貌进行观察，结合热膨胀试验和热力学分析，研究二次碳化物的溶入、析出与长大行为，分析了带尖角大颗粒不规则碳化物形成的原因。结果表明：GCr15钢轴承内套圈在较低温度辗挤成形时，其滚道表层合金元素偏析区中已析出的二次碳化物发生破碎，导致滚道表层组织中出现带尖角的大颗粒不规则碳化物；球化退火过程中轴承内套圈滚道表层破碎的不规则颗粒状碳化物长大并变得圆整，淬火加热时这些大颗粒碳化物部分溶入奥氏体而重新呈现棱角。轴承内套圈滚道表层出现不规则碳化物的条件包括滚道表层存在较严重的合金元素偏析区，偏析区中析出大块二次碳化物。
• Select
  服役时间对1Cr5Mo钢制高温紧固螺母显微组织和力学性能的影响

  张腾雨, 韩涛, 吴术全, 江峰, 张志博, 姜世凯

  机械工程材料. 2021, 45(2): 61-65. https://doi.org/10.11973/jxgccl202102011

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  针对某火电厂超临界机组汽轮机1Cr5Mo钢制紧固螺母服役后硬度大幅下降现象，在566 ℃下对1Cr5Mo钢制螺母进行时效试验（等效于服役），研究了时效时间对显微组织和力学性能的影响，并与566 ℃下服役约10⁵ h螺母的组织和性能进行了对比。结果表明：在不高于566 ℃的条件下，1Cr5Mo钢制螺母显微组织转变缓慢，时效2 880 h时的显微组织仍为马氏体和碳化物，但服役10⁵ h时组织转变为回火索氏体；随着时效/服役时间的延长，碳化物由晶内向晶界处迁移富集，并发生明显粗化。组织的劣化导致螺母硬度、强度和冲击功降低。
• Select
  新型BGNDMA低合金钢的耐腐蚀性能

  张清廉, 刘诚, 郭金宝

  机械工程材料. 2021, 45(2): 66-70,77. https://doi.org/10.11973/jxgccl202102012

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  研究了新型BGNDMA低合金钢的显微组织、拉伸性能和耐腐蚀性能，并与09CrCuSb钢和2205双相不锈钢的性能进行了对比。结果表明：BGNDMA钢的显微组织为铁素体+珠光体，拉伸性能优于09CrCuSb钢的；在70 ℃、质量分数50%H₂SO₄溶液中浸泡24 h时绝大多数试样的腐蚀速率不高于80 g·m^-2·h^-1，统计均值约为36.367 g·m^-2·h^-1，耐硫酸腐蚀性能优良；在死亡绿液以及工业烟气露点（不高于80 ℃）腐蚀环境中，BGNDMA钢发生均匀腐蚀，2205双相不锈钢则发生点蚀、缝隙腐蚀等局部腐蚀，因此BGNDMA钢有望取代2205双相不锈钢应用于H₂SO₄-HCl混酸露点腐蚀环境；在工业烟气露点腐蚀环境中，热轧态BGNDMA钢的耐腐蚀性能优于正火态钢的。
物理模拟与数值模拟
• Select
  4Cr5MoSiV1热作模具钢的热变形行为与热加工图

  邱宇, 袁飞, 曾元松, 孟强, 罗锐, 董继红, 赵华夏

  机械工程材料. 2021, 45(2): 71-77. https://doi.org/10.11973/jxgccl202102013

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  利用Gleeble-3500型热模拟试验机对4Cr5MoSiV1热作模具钢进行单道次等温压缩试验，研究了其在变形温度750~1 050 ℃，应变速率0.001~0.1 s^-1条件下的热变形行为，并观察变形后的显微组织；根据试验得到的真应力-真应变曲线，构建了0.3真应变下的Arrhenius高温本构模型，并在动态材料模型基础上绘制了热加工图，从而得到该钢的合理热加工区间。结果表明：4Cr5MoSiV1钢的变形抗力随变形温度的升高或应变速率的降低而显著降低；4Cr5MoSiV1钢的热变形激活能为594.52 kJ·mol^-1；在试验参数范围内，4Cr5MoSiV1钢合理的热加工区间为变形温度1 050 ℃、应变速率0.001~0.01 s^-1，此时组织中的碳化物细小且弥散分布，第二相强化效果显著。
• Select
  mini轧机轧制AISI1015钢轧件温升和应变的有限元模拟

  徐乐钱, 高宇波, 孟晓玲

  机械工程材料. 2021, 45(2): 78-84. https://doi.org/10.11973/jxgccl202102014

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  利用Deform软件建立mini轧机轧制模型，研究了轧制过程中不同规格（φ8 mm，φ10 mm，φ13 mm）和不同初始温度（800，850，900，950 ℃）AISI1015钢轧件的温升和应变，分析了轧制温升差异的原因。结果表明：mini轧机轧制模型模拟得到出轧机时轧件的表面温度与实测结果的相对误差在13%以内；轧制过程中轧件心部的温升和累积等效应变均最大，并且轧制规格越小，心部温升和应变越大；轧件初始温度越低，温升及扭矩越大；不同规格轧件温升不均匀主要是由等效应变分布不均导致的，而不同初始温度下心部温升的明显差异是由轧制载荷不同造成的。
• Select
  T300/AG80复合材料U形结构件成型残余应力的有限元模拟

  杨康, 闫照为, 梁宇, 王吉, 丁文喜

  机械工程材料. 2021, 45(2): 85-89. https://doi.org/10.11973/jxgccl202102015

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  利用ABAQUS有限元软件建立T300碳纤维增强AG80环氧树脂（T300/AG80）复合材料U形薄壁结构件模型，研究了热压固化成型过程中的应力和回弹变形量（同步模拟脱模）变化以及脱模后的残余应力分布，通过小孔试验法对残余应力模拟结果进行了验证。结果表明：成型过程中，U形结构件侧壁和底面的应力和回弹变形量均随时间延长而增加；随着距底面距离或距对称中心距离的增大，应力和回弹变形量增大；脱模后，U形结构件对称中心处的残余应力最小，残余应力随着距底面距离或距对称中心距离的增大而增大；脱模前后释放的残余应力越大，回弹变形量越大；小孔法测得的残余应力与模拟结果的相对误差小于10%，说明模拟结果较准确。
失效分析
• Select
  某660 MW超超临界机组热段疏水管道接管座的开裂原因

  刘明, 刘奇, 白佳, 陈锐

  机械工程材料. 2021, 45(2): 90-95. https://doi.org/10.11973/jxgccl202102016

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  某火电厂660 MW超超临界机组投运不久，其热段疏水管道接管座开裂，导致蒸汽泄漏。对该接管座进行了化学成分、硬度和显微组织分析，并根据管道实际布置情况建立三维实体模型，采用热固耦合有限元方法对该结构受力进行仿真分析。结果表明：该接座管化学成分、硬度、显微组织满足要求，有限元仿真得到最大应力位于接管座与主管连接焊缝下边缘，与实际开裂位置一致；其开裂是由于疏水管吸收变形能力有限，且管道布置不合理造成管道热膨胀受阻，使得接管座区域产生较高拉应力而导致的。通过加设U形膨胀弯的方式增强管道柔性，降低结构应力水平后，疏水管道接座管运行约1 a未发生开裂。
• Select
  冷轧激光焊接DP780高铝双相带钢表面印迹产生原因

  刘颖, 周朝刚, 汪云辉, 王书桓, 艾立群, 王海龙

  机械工程材料. 2021, 45(2): 96-101. https://doi.org/10.11973/jxgccl202102017

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  DP780高铝（铝质量分数在0.55%~0.70%）双相钢经热轧、头尾激光焊接、酸洗、冷轧后，其带钢表面出现印迹，通过显微组织、化学成分和硬度分析研究了印迹产生原因。结果表明：在DP780双相钢焊接过程中，焊缝金属中的铝元素发生氧化形成氧化铝，氧化铝未能在酸洗中有效清除；在冷轧时硬质氧化铝造成工作辊损伤，从而在带钢表面形成印迹。提高焊接速度、酸液浓度和酸洗温度能完全消除带钢表面印迹。
• Select
  某加热器螺旋管泄露的原因

  蒋桥红, 巴发海

  机械工程材料. 2021, 45(2): 102-105,110. https://doi.org/10.11973/jxgccl202102018

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  某加热器螺旋管在运行过程中发生泄露，通过宏观形貌和显微组织观察、化学成分分析、扫描电镜和能谱等方法研究了其泄露原因。结果表明：螺旋管发生蠕变开裂，开裂形式为脆性沿晶开裂；由于服役温度过低，该螺旋管焊接热影响区中沿晶界析出片线状碳化物，使得其附近形成贫铬区；在弯曲应力、振动应力和焊接残余应力作用下，碳化物周围出现较多空洞缺陷，空洞扩展长大而形成裂纹，导致泄露。
• Select
  某超临界锅炉吹灰器罩壳内水冷壁管表面裂纹产生原因

  张志博, 范志东, 章春香, 牛坤, 马翼超, 刘承鑫

  机械工程材料. 2021, 45(2): 106-110. https://doi.org/10.11973/jxgccl202102019

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  某超临界锅炉运行1.2万h后，在其吹灰器罩壳内水冷壁管背火面发现密集横向裂纹。通过资料调研、材料成分检验以及开裂部位显微组织、断口形貌和拉伸性能分析，研究了水冷壁管表面裂纹产生的原因。结果表明：水冷壁管材料正常，其背火面管外壁裂纹为热疲劳裂纹；吹灰器套管外径偏大顶在吹灰孔周边水冷壁管上，温度偏低导致吹灰蒸汽带水，水沿着水冷壁管和吹灰套管间的缝隙滴到水冷壁管背火面，导致此处长期承受冷热交变应力而发生热疲劳开裂。