2021年, 第45卷, 第3期　
刊出日期：2021-03-20

  

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  机械工程材料. 2021, 45(3): 0-0.

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综述
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  外加电磁场对金属材料摩擦副摩擦学性能影响的研究进展

  熊震, 许春霞, 胡瑞, 熊乐, MAITI Raman, MCQUADE Catherine

  机械工程材料. 2021, 45(3): 1-5,51. https://doi.org/10.11973/jxgccl202103001

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  外加电磁场是改善摩擦副摩擦学性能的途径之一。从外加电磁场对位错运动的促进、接触表面氧化的增强和磨屑的细化氧化3个方面，综述了电磁场对金属材料摩擦副摩擦学性能改善的机理，介绍了外加电磁场类型、磁场强度、磁场施加方向、磁场频率以及摩擦副材料的磁导率大小及差异、外加磁性颗粒尺度对摩擦副摩擦磨损的影响，指出了未来电磁场抗磨减摩的研究方向。
试验研究
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  AlN含量对Ti(C,N)基金属陶瓷组织和性能的影响

  王超锋, 陈义坤, 刘华臣, 杜学铭, 姚振华

  机械工程材料. 2021, 45(3): 6-10. https://doi.org/10.11973/jxgccl202103002

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  研究了AlN添加量（0，1%，2%，3%，质量分数）对Ti（C，N）基金属陶瓷硬度、抗弯强度以及抗氧化性能的影响。结果表明：不同AlN添加量下的金属陶瓷主要由Ti（C，N）、Ni₃Al和镍相组成；随着AlN添加量增加，金属陶瓷的硬度增大，抗弯强度先增大后减小，AlN添加量为2%时达到峰值；与未添加AlN相比，添加2%AlN金属陶瓷的氧化质量增加较慢，氧化膜结构更致密，抗氧化性能更好。
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  不同工况下软质丁苯橡胶轮表面磨损颗粒的产生量及磨损机理

  焦润楠, 黄海波, 李锦棒, 潘路奇, 董家楠

  机械工程材料. 2021, 45(3): 11-15. https://doi.org/10.11973/jxgccl202103003

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  采用自行设计的摩擦磨损试验机，研究了磨损时间、载荷、滚动速度、相对湿度对软质丁苯橡胶轮表面产生的磨损颗粒数量和橡胶轮温度的影响，分析了不同工况下的磨损机理；采用正交试验分析了各因素的影响程度。结果表明：磨损颗粒随磨损时间和载荷的增加而增多，随滚动速度和相对湿度的增大而减少；粒径为2.5 μm的磨损颗粒数量和橡胶轮温度随各种因素的变化趋势相同，可通过温度的变化预测磨损小颗粒的产生量；低载荷下的磨损方式为疲劳磨损，高载荷下为疲劳磨损和磨粒磨损；各因素影响程度的大小顺序为载荷、滚动速度、相对湿度、对磨轮种类；载荷为100 N、滚动速度为8 m·s^-1、相对湿度为60%、对磨轮为水泥轮时，磨损颗粒数量最少。
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  不同温度下镍基单晶高温合金的低周疲劳性能

  史振学, 胡颖涛, 刘世忠

  机械工程材料. 2021, 45(3): 16-20,28. https://doi.org/10.11973/jxgccl202103004

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  研究了Ni-Cr-Co-Mo-W-Ta-Nb-Re-Al-Hf-C系镍基单晶高温合金在不同温度（800，980 ℃）下的低周疲劳性能。结果表明：与800 ℃下相比，980 ℃下合金的塑性变形量更大，损伤更严重，疲劳强度更低，寿命更短；2种温度下合金的疲劳断裂均为类解理断裂；800 ℃时，裂纹萌生于疏松组织处，沿{111}平面扩展，瞬断区面积较大，980 ℃时，裂纹萌生于脆性氧化皮处，沿与应力轴垂直的{001}平面扩展，瞬断区面积较小。
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  填料中锌含量和焊接温度对SiC/Al复合材料接头性能的影响

  陆宝山, 李有智, 关集俱

  机械工程材料. 2021, 45(3): 21-28. https://doi.org/10.11973/jxgccl202103005

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  通过烧结铝粉和碳化硅微粒制备SiC/Al复合材料，以组成（质量分数/%）分别为Al-20SiC、Al-20SiC-20Zn、Al-20SiC-40Zn的填料作为中间层材料，在420，520，600 ℃焊接温度下对复合材料进行扩散焊接，研究了填料中锌含量与焊接温度对复合材料接头性能的影响。结果表明：在420 ℃焊接后，接头附近的锌呈明显团聚状态，而在520，600 ℃焊接后，接头附近未见锌团聚现象，较高的焊接温度有助于锌的均匀扩散；采用Al-20SiC-40Zn填料并在520 ℃焊接后，接头发生了氧化，形成明显的裂纹；采用Al-20SiC-20Zn填料焊接后试样的剪切强度大于采用Al-20SiC和Al-20SiC-40Zn填料的，且随着焊接温度的升高而增大；随着填料中锌含量的增加，接头的硬度提高，且均高于母材的；接头的硬度随着焊接温度的升高而增大，但增幅减小。
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  超长年限服役后铸铁烘缸的组织和性能

  刘课秀, 马括, 封小亮, 王恋, 谢小武, 卢忠铭, 李露水

  机械工程材料. 2021, 45(3): 29-34. https://doi.org/10.11973/jxgccl202103006

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  研究了某造纸厂2台分别服役62 a和43 a的铸铁烘缸不同位置的显微组织和力学性能。结果表明：2台烘缸缸体及端盖均无明显的表面缺陷和裂纹缺陷，基体组织均为无明显球化的珠光体，石墨片的尺寸和分布均主要为A型，服役62 a烘缸前端盖和服役43 a烘缸后端盖的石墨片长度均较长；2台烘缸缸体和端盖的硬度均满足标准要求；除服役62 a烘缸前端盖的抗拉强度低于标准外，2台烘缸其余位置的抗拉强度均满足标准要求，服役62 a烘缸前端盖和服役43 a烘缸后端盖的抗拉强度明显较其他位置的低；2台超长年限服役烘缸在0.22 MPa的最高工作内压载荷下仍具有足够的强度。
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  N80油套管钢在质量分数3.5% NaCl溶液中的冲蚀行为

  张雅妮, 张少刚, 罗金恒

  机械工程材料. 2021, 45(3): 35-40. https://doi.org/10.11973/jxgccl202103007

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  采用失重法和电化学测试研究了N80油套管钢在质量分数为3.5%NaCl溶液中的冲蚀行为。结果表明：N80钢的质量损失速率随搅拌转速增加先保持不变再增大；相同时间冲蚀时N80钢的自腐蚀电流密度明显大于浸泡腐蚀时的；自腐蚀电流密度随浸泡时间的延长而增大，随冲蚀时间的延长先增大后减小，随溶氧量的增加而增大；冲蚀初期流体对N80钢的腐蚀作用占主导，中后期则以流体的冲击作用为主；随冲蚀时间延长，N80钢表面腐蚀产物增加，腐蚀坑边缘塑性变形程度增大，形状由圆形逐渐变为椭圆形，腐蚀速率减小；冲蚀1 h后的N80钢表面硬度低于未冲蚀的，冲蚀2 h后，N80钢表面由于形成硬化层，硬度高于未冲蚀的。
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  基体偏压对磁控溅射制备CrAlN纳米多层薄膜微观结构和力学性能的影响

  王宇星, 张侠

  机械工程材料. 2021, 45(3): 41-45. https://doi.org/10.11973/jxgccl202103008

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  采用磁控溅射技术在不同基体偏压（-60，-70，-80，-90 V）下制备了CrAlN纳米多层薄膜，研究了基体偏压对薄膜微观结构和力学性能的影响。结果表明：随着基体偏压绝对值增大，CrAlN纳米多层薄膜中的氮含量增加，物相组成不变，择优取向由CrN（111）晶面转变为CrN（200）晶面，薄膜表面孔隙减少，组织致密性得到改善；基体偏压为-60~-80 V时，偏压对薄膜沉积速率的影响较小，偏压绝对值大于80 V时，沉积速率明显下降；随着基体偏压绝对值增大，薄膜的硬度和弹性模量提高，膜基结合力先增大后减小，在偏压为-80 V时达到最大。
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  铜箔种类和厚度对钛/钢电阻点焊接头组织和性能的影响

  张鹏贤, 禄建强, 陈沛

  机械工程材料. 2021, 45(3): 46-51. https://doi.org/10.11973/jxgccl202103009

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  以不同种类、不同厚度铜箔作为过渡层材料，对TC4钛合金和304不锈钢薄板进行电阻点焊，研究了铜箔种类和厚度对接头组织和性能的影响。结果表明：纯铜箔过渡层焊接接头的抗剪强度明显高于铜合金箔过渡层焊接接头的，且T4铜箔过渡层焊接接头的抗剪强度最高；随着T4铜箔厚度增大，接头反应区宽度减小，中间过渡区宽度增大，熔合区钛-铁金属间化合物减少，接头抗剪强度先增大后减小，在厚度为0.4 mm时达到最大。
材料性能及应用
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  机械合金化钛、锡、碳混合粉体中锡晶须的形成机理

  鲁海龙

  机械工程材料. 2021, 45(3): 52-55. https://doi.org/10.11973/jxgccl202103010

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  将质量比为2：1：1的钛粉、锡粉和碳粉混合，在高能球磨机中进行机械合金化，再进行室温时效处理，研究了机械合金化粉体中锡晶须的物相组成、微观结构及形成机理。结果表明：经机械合金化和室温时效处理后，混合粉体中出现絮状物，絮状物由锡晶须组成；锡晶须为体心正方结构β-Sn单晶体，呈柱状、丘状或结节状、纽结或弯折状和针状，直径约为100 nm，晶带轴为β-Sn的[011]晶带轴；在机械合金化产生的热量和巨大应力作用下，锡发生再结晶定向生长形成锡晶须。
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  不同条件下不同尼龙的摩擦磨损性能

  陈保磊, 贾体锋, 周忠尚, 张小强

  机械工程材料. 2021, 45(3): 56-60,75. https://doi.org/10.11973/jxgccl202103011

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  分别制备了MC尼龙、含5%（质量分数）润滑油的MC油尼龙及35%（体积分数）碳纤维增强的复合MC尼龙，研究了3种尼龙在干摩擦、洁净水、干砂、水砂条件下的摩擦磨损性能。结果表明：MC油尼龙表面由于存在润滑油膜，4种条件下的摩擦因数和磨损率均最小；干摩擦和水润滑条件下，复合MC尼龙表面的纤维凸起使其磨损率和摩擦因数均较MC尼龙的小；水润滑下的尼龙磨损程度均较干摩擦下的小；干砂和水砂条件下，石英砂的犁削作用使MC尼龙表面出现较多犁沟，MC油尼龙表面由于存在润滑油膜，仅出现少量犁沟。水砂条件下的尼龙磨损程度均较干砂条件下的小。
物理模拟与数值模拟
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  含不同尺寸菱形压痕EA4T钢车轴的疲劳性能

  张恒, 尹鸿祥, 吴毅, 李翔

  机械工程材料. 2021, 45(3): 61-65,82. https://doi.org/10.11973/jxgccl202103012

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  采用菱形压头挤压的方式在取自EA4T钢车轴的弯曲疲劳试样上预制压痕缺陷，研究了压痕深度对疲劳强度的影响；采用修正Murakami模型预测了疲劳强度，并引入疲劳指示参数构建了疲劳寿命预测模型；采用有限元法对压痕附近的应变进行了分析。结果表明：试样的疲劳强度随压痕深度的增加而降低，与无压痕试样相比，压痕深度为0.052 mm时，疲劳强度略微降低，压痕深度为0.112，0.504 mm时，疲劳强度显著降低；疲劳裂纹萌生于应力集中较大的预制压痕短对角线处，有限元模拟结果较准确；修正的Murakami模型能较准确地预测含压痕缺陷试样的疲劳强度，构建的疲劳寿命预测模型具有较高的精度，实测值与预测值之比均在2倍误差因子范围内。
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  环氧树脂灌封结构热力耦合特性研究

  张国亮, 李悦芳, 李想

  机械工程材料. 2021, 45(3): 66-70,97. https://doi.org/10.11973/jxgccl202103013

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  对固化温度为60 ℃的环氧树脂灌封材料在-30~60 ℃环境温度下的力学和物性参数以及固化残余应变进行测试，并以此为输入条件，采用有限元模型对环氧树脂灌封结构的热应变进行模拟，并与试验结果进行对比，研究了环氧树脂灌封结构的热力耦合特性。结果表明：该环氧树脂灌封结构的仿真热应变和试验热应变的相对误差均在工程允许范围内，有限元模拟结果较准确；在-30~60 ℃范围内产生的热应力远小于其断裂强度，在该温度范围内不会因热应力而开裂。
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  胞元尺寸对六边形聚氨酯蜂窝结构泊松比和吸收能量的影响

  严效男, 王荣, 陈永雄, 程延海, 梁秀兵

  机械工程材料. 2021, 45(3): 71-75. https://doi.org/10.11973/jxgccl202103014

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  采用有限元模型对热塑性聚氨酯弹性体蜂窝结构的压缩过程进行了模拟，并用试验进行验证。采用该模型研究了胞元凹角、宽度和壁厚对蜂窝结构泊松比和吸收能量的影响。结果表明：该模型能较准确地模拟蜂窝结构的压缩过程，试验和模拟峰值应力的相对误差在10%以内；凹角为负时，蜂窝结构具有负泊松比性质，其吸收能量较凹角为正的蜂窝结构的大；胞元宽度越小、壁厚越大，蜂窝结构的吸收能量越多；胞元凹角为-30°、宽度为1 mm、壁厚为1 mm时蜂窝结构的吸能效果最好；凹角大小对蜂窝结构的泊松比和吸收能量的影响最大。
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  6061-T6铝合金MIG焊接头微区拉伸性能表征及接头拉伸性能的有限元仿真

  王前进, 徐从昌, 李佳, 许红, 何洪, 李落星

  机械工程材料. 2021, 45(3): 76-82. https://doi.org/10.11973/jxgccl202103015

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  建立了6061-T6铝合金MIG焊接接头微区拉伸性能测试的高精度等效试验方法；采用有限元模拟了焊接过程的温度变化情况，建立了温度与接头各微区拉伸性能的关系；获得了可表征接头各微区材料性能的参数，验证了将接头等效为不同热状态材料所建立的精细模型对接头性能预测的可靠性。结果表明：微区温度场、焊缝熔池形貌和拉伸性能的仿真模拟与试验结果的吻合性较好；采用等效焊接接头的拉伸仿真模拟与试验的峰值力的误差仅为0.1%，断裂失效时的位移误差仅为5.7%，根据温度分布将热影响区网格划分为不同热状态材料可以有效预测焊接接头的拉伸性能。
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  电磁驱动薄壁铝合金柱壳的动态膨胀变形特征

  许永鹏, 董新龙

  机械工程材料. 2021, 45(3): 83-87. https://doi.org/10.11973/jxgccl202103016

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  采用ANSYS多物理耦合场有限元模拟分析了电磁线圈驱动不同轴向高度铝合金柱壳动态膨胀变形过程的磁压力分布及变形特征，并与试验结果进行对比。结果表明：有限元模型能较准确地模拟电磁线圈驱动柱壳膨胀的径向磁压力分布和变形情况；柱壳高度为20 mm时，端部的径向磁压力大于中部的，发生外凹形不均匀膨胀；柱壳高度为30，40 mm时，端部的径向磁压力小于中部的，发生内凸形不均匀膨胀；柱壳与线圈的高度之比在0.7左右时，端部与中部的径向磁压力基本相同，径向磁压力分布均匀。
失效分析
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  某定向井φ139.7 mm钻杆接头刺漏原因

  余世杰, 徐昌学, 陈猛, 欧阳志英

  机械工程材料. 2021, 45(3): 88-92,102. https://doi.org/10.11973/jxgccl202103017

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  某定向井在钻井作业时发生钻杆接头刺漏事件，采用显微组织、断口形貌观察，化学成分、力学性能测试等方法分析了刺漏原因。结果表明：钻杆在服役过程中受到较大的弯曲应力，其内螺纹接头18°吊卡台肩根部产生应力集中，同时台肩根部存在周向划痕，导致疲劳裂纹萌生并扩展；钻杆钻进过程中，弯曲应力增大，裂纹扩展速率加快，刺穿整个壁厚导致刺漏。建议优化钻杆结构，并严格控制钻杆加工工艺，避免产生划痕，同时减缓台肩根部的应力集中。
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  某井S135钢级钻杆腐蚀失效原因

  陈猛, 欧阳志英, 余世杰

  机械工程材料. 2021, 45(3): 93-97. https://doi.org/10.11973/jxgccl202103018

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  某井S135钢级钻杆在钻进约2 395 m时发生腐蚀失效。采用宏观形貌、断口形貌观察，显微组织分析，化学成分、硬度、腐蚀产物成分测试对其失效原因进行了分析。结果表明：该钻杆的失效方式为腐蚀疲劳失效，钻杆内壁的氧含量偏高及内壁加厚过渡带区域存在应力集中，导致加厚过渡带区域发生严重点蚀，点蚀坑底部萌生疲劳裂纹并扩展，最终钻杆失效；建议使用内壁带防腐涂层的钻杆，并在钻井液中添加缓蚀剂，降低溶解氧对内壁的腐蚀作用，同时优化井深结构，减缓内壁加厚过渡带区域的应力集中。
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  718塑料模具钢锯切表面不平原因

  闫志波, 贺会敏, 王向明

  机械工程材料. 2021, 45(3): 98-102. https://doi.org/10.11973/jxgccl202103019

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  718塑料模具钢出现锯切表面不平问题。采用化学成分测试、组织形貌观察、微区成分分析以及硬度测试等方法对其表面不平原因进行分析。结果表明：铬、锰和钼元素的偏析是造成锯切表面不平的根本原因；元素偏析使得718塑料模具钢中形成由回火马氏体和回火下贝氏体组成的硬度高于基体组织的硬相组织，导致在锯切过程中产生表面不平问题；建议采取增大冷却强度或增加均质化热处理工艺来降低微观偏析，以避免该问题的产生。