2021年, 第45卷, 第7期　
刊出日期：2021-07-20

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  机械工程材料. 2021, 45(7): 0-0.

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综述
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  复杂结构碳化硅陶瓷制备工艺的研究进展

  王晓波, 贺智勇, 王峰, 张启富

  机械工程材料. 2021, 45(7): 1-6,34. https://doi.org/10.11973/jxgccl202107001

  摘要 ( 409 ) PDF全文 ( 1573 )   可视化   收藏

  碳化硅陶瓷具有高强度、高热导率、良好化学稳定性等特点，广泛应用于航空航天、石油化工、集成电路等领域，但碳化硅陶瓷的硬度高、脆性大，在加工过程中易产生缺陷，从而制约了复杂结构碳化硅陶瓷的应用。介绍了复杂结构碳化硅陶瓷的制备工艺，并分析了目前常用的冷等静压成型结合无压烧结制备技术、凝胶注模成型结合反应烧结制备技术、注浆成型结合反应烧结制备技术、3D打印成型结合反应烧结制备技术等制备工艺的优缺点，以期为复杂结构碳化硅陶瓷的制备提供一定的理论参考。
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  反应堆压力容器钢韧性评价及韧脆转变机理的研究进展

  饶德林, 莫家豪, 高建波, 李军, 张书彦

  机械工程材料. 2021, 45(7): 7-11. https://doi.org/10.11973/jxgccl202107002

  摘要 ( 192 ) PDF全文 ( 676 )   可视化   收藏

  反应堆压力容器（RPV）钢的力学性能评价是核电厂延寿评价的主要内容，其中辐照损伤引起的韧脆转变温度上升是影响运行安全和寿命的主要因素。RPV钢的韧脆转变评价通过抽取监督试样进行，但监督试样的短缺迫使材料工作者采用小试样和试样重组等技术研究韧性评价问题。对近年来国内外RPV钢的韧性评价方法进行了论述，介绍了几种无损检测技术在RPV钢力学性能检测方面的应用；着重介绍了近3 a来国内外在RPV钢辐照脆化机理，尤其是强辐照下组织结构演化机理的研究进展，最后对我国RPV钢韧性评价和相关机理研究进行了展望。
试验研究
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  腐蚀产物膜对X70管线钢焊缝海底腐蚀行为的影响

  张凯丽, 谢飞, 吴明, 王丹, 盖左松, 刘晋

  机械工程材料. 2021, 45(7): 12-16,40. https://doi.org/10.11973/jxgccl202107003

  摘要 ( 178 ) PDF全文 ( 65 )   可视化   收藏

  将X70管线钢焊缝在模拟南海海泥溶液中浸泡腐蚀10，24，72，120 h后，通过扫描电镜和能谱仪分析了其表面腐蚀产物的形貌及组成，通过慢应变速率拉伸试验和动电位极化试验研究了腐蚀产物膜对焊缝腐蚀行为的影响。结果表明：随着腐蚀时间的延长，焊缝表面腐蚀产物膜逐渐增厚，腐蚀72 h时形成致密的腐蚀产物膜，腐蚀120 h后膜中产生较多孔洞和裂纹；随着腐蚀时间的延长，焊缝的应力腐蚀敏感性呈现先增大再减小再增大的趋势，电化学腐蚀性能的变化趋势相同；腐蚀72 h时，致密腐蚀产物膜的形成降低了焊缝的应力腐蚀敏感性，提高了其耐腐蚀性能。
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  开孔泡沫铜的压-压疲劳行为

  杨洋, 陈荐, 李聪, 姜雪傲

  机械工程材料. 2021, 45(7): 17-21. https://doi.org/10.11973/jxgccl202107004

  摘要 ( 161 ) PDF全文 ( 409 )   可视化   收藏

  对具有相同孔径的开孔泡沫铜进行单轴准静态压缩和压-压疲劳试验，分析开孔泡沫铜的压缩特性和疲劳行为，并讨论了疲劳失效方式及破坏机理。结果表明：开孔泡沫铜的压缩应力-应变曲线由弹性变形阶段、平台应力阶段、密实阶段3个阶段组成；在压-压疲劳过程中开孔泡沫铜主要经历了疲劳损伤积累区、应变激增区和持续破坏区3个阶段，应力水平越低开孔泡沫铜的寿命越长；在剪切力作用下，开孔泡沫铜中间部位形成一条与水平方向存在一定角度的挤压带，随着累积应变的增加，挤压带中孔洞结构持续破坏而形成一条几乎水平的压溃带；开孔泡沫铜的疲劳失效机理为孔棱表皮脱落、颈缩、断裂以及棱柱结的开裂。
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  CeO₂含量、渗硼温度和时间对H13钢渗硼层组织和性能的影响

  张炎威, 郑权, 凡宇, 梅顺齐, LYGDENOV Burial, GURYEV Alexey

  机械工程材料. 2021, 45(7): 22-26. https://doi.org/10.11973/jxgccl202107005

  摘要 ( 283 ) PDF全文 ( 212 )   可视化   收藏

  对H13钢表面进行渗硼处理，研究了稀土CeO₂含量（0，2%，4%，6%，质量分数）、渗硼温度（850，900，950，1 000℃）及渗硼时间（2，3，4，5 h）对渗硼层组织和性能的影响。结果表明：随着渗硼温度的升高和时间的延长，渗硼层厚度先逐渐增大再趋于平缓；当CeO₂含量在0~2%时，硼原子的扩散激活能变化不大，从2%增大到4%时显著降低，且渗硼层厚度增加较快，从4%增大到6%时，扩散激活能基本不变，渗硼层厚度增加较慢；在渗硼温度为950℃，渗硼时间为4 h，CeO₂含量为4%条件下，渗硼层的孔洞最少，组织最致密，硬度最大，耐磨性最好。
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  CeO₂加入含量对激光熔覆WC增强镍基合金涂层组织与性能的影响

  徐欢欢, 林晨, 刘佳, 张梁, 申井义

  机械工程材料. 2021, 45(7): 27-34. https://doi.org/10.11973/jxgccl202107006

  摘要 ( 423 ) PDF全文 ( 821 )   可视化   收藏

  以镍包碳化钨粉和CeO₂粉的混合粉为原料，采用激光熔覆技术在42CrMo钢表面制备WC增强镍基合金涂层，研究原料中CeO₂质量分数（0~2.0%）对涂层物相组成、显微组织、硬度和耐磨性能的影响。结果表明：添加CeO₂后涂层的物相由γ-（Ni，Fe）固溶体、Ni₃Fe、WC、Cr₂₃C₆、M₇C₃（M=Fe、Cr）以及少量的CeNi₃组成；涂层与基体间形成了良好的冶金结合；当CeO₂的质量分数为1.0%时，组织致密均匀，细化效果最明显；随着CeO₂含量的增加，涂层的硬度呈先升高再下降的趋势，摩擦因数和磨损量呈先降低后增加的趋势；添加质量分数1.0% CeO₂涂层的平均硬度最高，为956.0 HV，比未添加CeO₂的提高了29%，平均摩擦因数和平均磨损体积最小，分别为0.383，11.25×10^-3 mm³，与未添加CeO₂的分别降低了27%和20%，涂层的耐磨性能最好，磨损机制为轻微的磨粒磨损。
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  304L不锈钢在硝酸工业环境中的长周期腐蚀行为

  刘希武, 李辉, 邹洋, 赵小燕, 崔新安

  机械工程材料. 2021, 45(7): 35-40. https://doi.org/10.11973/jxgccl202107007

  摘要 ( 260 ) PDF全文 ( 258 )   可视化   收藏

  在合成气制乙二醇装置环境（温度116~128℃，硝酸质量分数2%~20%）中对304L不锈钢进行3次长周期现场挂片浸泡腐蚀试验，研究了304L不锈钢的长周期腐蚀行为。结果表明：经过不同条件下的3次长周期挂片浸泡腐蚀后，304L不锈钢发生了不同程度的晶间腐蚀及腐蚀减薄，且在硝酸质量分数2%~8%、温度116℃、时间156 d条件下不锈钢的腐蚀程度最严重，不锈钢出现晶粒脱落现象，其全面腐蚀速率大于2 mm·a^-1，腐蚀程度为严重腐蚀。硝酸还原反应器催化剂中的钯是急剧加速304L不锈钢腐蚀的主要介质，与304L不锈钢形成电偶效应，从而加速304L不锈钢的腐蚀，在该工艺条件下不推荐304L不锈钢作为脱重塔底区域的材料。
材料性能及应用
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  焊后热处理对Cu-Cr-Zr合金搅拌摩擦焊接头组织与力学性能的影响

  仇一卿, 范祝男, 刘礼军, 燕翔, 刘巨锋

  机械工程材料. 2021, 45(7): 41-45,50. https://doi.org/10.11973/jxgccl202107008

  摘要 ( 271 ) PDF全文 ( 270 )   可视化   收藏

  对5 mm厚Cu-Cr-Zr合金板进行搅拌摩擦对接焊，在不同时效温度（400，450，500℃）下对接头进行热处理，研究了热处理对接头组织和力学性能的影响。结果表明：焊后热处理后，焊核区晶粒尺寸未发生明显变化，热机影响区弯曲变形的晶粒基本消失；焊后热处理后，在焊接过程中固溶至基体中的强化相重新析出，但500℃焊后热处理后，接头出现过时效现象；焊后热处理后接头的硬度和抗拉强度均明显提高，硬度呈“W”形分布，最低值出现在热机影响区。450℃焊后热处理后接头的硬度和抗拉强度均最大，焊核区的硬度达到母材的83%，接头的抗拉强度为270 MPa，比焊后热处理前的增加了50 MPa。
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  位移幅值对ZG230-450铸钢微动磨损行为的影响

  刘宇, 谯建春, 李明生, 亓伟

  机械工程材料. 2021, 45(7): 46-50. https://doi.org/10.11973/jxgccl202107009

  摘要 ( 243 ) PDF全文 ( 205 )   可视化   收藏

  在不同位移幅值（60~140 μm）下对ZG230-450铸钢进行微动磨损试验，研究了位移幅值对摩擦因数、磨损体积和磨损机制的影响。结果表明：随着位移幅值增大，铸钢的微动磨损行为由混合滑移转变为完全滑移，耗散能逐渐增大；混合滑移状态下，摩擦因数经过上升阶段后就迅速进入稳定阶段，而完全滑移状态下的摩擦因数经历了上升阶段、波动阶段和趋于稳定阶段，位移幅值越大，进入稳定阶段需要的往复运动次数越多；随着位移幅值增大，磨痕面积和磨损体积均增加，磨损机制由黏着磨损和剥层磨损向磨粒磨损和剥层磨损过渡。
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  沸石咪唑酯骨架衍生碳基复合材料的结构及其超级电容器的性能

  叶艳秋

  机械工程材料. 2021, 45(7): 51-56,74. https://doi.org/10.11973/jxgccl202107010

  摘要 ( 163 ) PDF全文 ( 231 )   可视化   收藏

  通过原位生长方法将沸石咪唑酯骨架颗粒镶嵌在聚吡咯管（质量分别为30，60，120 mg）上，再经一步热处理法碳化和活化后制备得到碳基复合材料，研究了该材料的微观结构和电化学性能，以及其组装的双电层超级电容器的电化学性能。结果表明：复合材料由碳纳米管和管外表面的氮掺杂碳颗粒组成，具有较大的比表面积和高的氮元素含量，微孔孔径集中分布在1 nm左右；复合材料具有良好的充放电可逆性和倍率性能，并表现出典型的双电层电容行为。在相同条件下，聚吡咯管质量为60 mg时复合材料的电化学性能最优，其在1 A·g^-1电流密度下的比电容最大，为283 F·g^-1；由该复合材料组装的对称型超级电容器具有优异的循环稳定性，在2 A·g^-1充放电电流密度下循环3 000次后，其比电容保持率为91.5%，能量密度高达9.15 Wh·kg^-1。
物理模拟与数值模拟
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  考虑焊接热影响区的DP590高强钢焊点碰撞失效模拟

  郑颢, 欧阳俊, 王玉超, 李伟, 刘衡, 曾子聪, 刘彦梅

  机械工程材料. 2021, 45(7): 57-62,68. https://doi.org/10.11973/jxgccl202107011

  摘要 ( 177 ) PDF全文 ( 442 )   可视化   收藏

  通过焊点撕裂试验（搭接拉剪、剥离拉伸和KS-II拉伸），研究了DP590高强钢焊点在不同受力条件下的碰撞失效力学响应；提出了考虑弯矩传递和焊接热影响区的焊点建模方法，基于DP590钢的CrachFEM材料模型，通过焊点撕裂试验结果与仿真结果对标，获得了热影响区CrachFEM材料模型的修正系数，通过子系统三点弯曲压溃试验，对仿真结果进行验证。结果表明：焊点试样均在热影响区发生撕裂；子系统试验得到的力-位移曲线与仿真结果具有较好的一致性，仿真和试验获得的失效载荷相对误差在1%以内，说明提出的焊点失效模拟方法可以较准确地预测DP590高强钢焊点的碰撞失效行为。
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  基于反向传播神经网络与遗传算法优化复合材料零件注塑成型工艺参数

  王博, 赵东平, 李锋, 赵世民, 王艺卓

  机械工程材料. 2021, 45(7): 63-68. https://doi.org/10.11973/jxgccl202107012

  摘要 ( 206 ) PDF全文 ( 577 )   可视化   收藏

  以Moldflow软件模拟得到的不同工艺参数下飞机机头雷达罩模型的翘曲变形量为训练样本，在雷达罩模型成型工艺参数与其翘曲变形量间建立反向传播（Back Propagation，BP）神经网络模型，然后采用遗传算法对工艺参数进行优化，得到使雷达罩模型翘曲变形量最小的工艺参数并进行试验验证。结果表明：在相同工艺参数下由BP神经网络得到的雷达罩模型翘曲变形量与采用Moldflow软件模拟得到的翘曲变形量相近，相对误差小于4%，证明了BP神经网络的可靠性；模拟得到雷达罩模型的最优成型工艺参数为注塑温度295℃、模具温度80℃、注塑时间0.75 s、保压时间8 s、保压压力125 MPa，此时翘曲变形量最小，为0.121 3 mm；在最优成型工艺参数下进行注塑成型后得到的雷达罩模型最大翘曲变形量为0.126 0 mm，试验结果与预测结果间的相对误差小于3.7%，验证了BP神经网络与遗传算法相结合方法的准确性。
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  WE43镁合金的热变形行为及热加工图

  何维维, 陈军洲, 郝敏, 戴圣龙

  机械工程材料. 2021, 45(7): 69-74. https://doi.org/10.11973/jxgccl202107013

  摘要 ( 268 ) PDF全文 ( 194 )   可视化   收藏

  在变形温度300~500℃、应变速率0.000 5~0.5 s^-1下，采用Gleeble 3800型数控式热-力物理模拟试验机对WE43镁合金进行热压缩试验，研究了该合金的热变形行为，建立了真应变为0.6时的热加工图，并结合显微组织演变确定WE43镁合金的最佳热加工工艺参数范围。结果表明：WE43镁合金的真应力随变形温度的降低或应变速率的增大而增大，峰值应力对应的真应变随应变速率的降低或变形温度的升高而减小；WE43镁合金最佳的热塑性加工区间为应变速率0.005~0.05 s^-1、变形温度410~500℃，此时合金的热变形软化机制主要为动态再结晶，晶粒尺寸较均匀，平均晶粒尺寸小于100 μm。
失效分析
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  钛合金挠性轴出现异常磨损的原因

  张洪霖, 王宇鹏, 米凯夫, 郭添鸣, 张赢今

  机械工程材料. 2021, 45(7): 75-81,87. https://doi.org/10.11973/jxgccl202107014

  摘要 ( 240 ) PDF全文 ( 488 )   可视化   收藏

  某钻井用钛合金挠性轴在钻进一段时间完钻起钻后，其变径靠近插接端处出现光亮带，通过受力分析、宏观与微观形貌观察、化学成分分析、力学性能测试、有限元模拟等方法对光亮带出现的原因进行了分析，提出了延长钛合金挠性轴寿命的方法。结果表明：挠性轴变径处发生微动磨损，剪切应力以及挠性轴主体部分与插接部件间的相对位移是导致微动磨损的主要原因；微动磨损导致裂纹在挠性轴变径处萌生，在交变载荷及扭矩的作用下，裂纹扩展并造成了微动疲劳；裂纹起源为周边均匀起源，扩展方式为穿晶扩展。采用超音速火焰喷涂技术制备涂覆层后，钛合金的表面硬度和耐磨性能提高，这对于由微动磨损引起的周边起源性裂纹具有抑制作用，从而延长了挠性轴的寿命。
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  热镀锌机组校正辊的断裂原因

  张英, 王琼琦, 黄继波, 李元军, 李朝雄, 谭兴海, 王卫泽, 涂善东

  机械工程材料. 2021, 45(7): 82-87. https://doi.org/10.11973/jxgccl202107015

  摘要 ( 179 ) PDF全文 ( 371 )   可视化   收藏

  某热镀锌生产线校正辊运行时，在其轴头过渡圆角处发生断裂，采用化学成分分析、力学性能测试、显微组织观察、微区成分分析、无损检测和应力分析等方法对其断裂原因进行分析。结果表明：校正辊的失效形式是由弯曲和扭转等复杂载荷引起的多源疲劳失效；校正辊轴头圆角过渡区外表面的凹坑及该处的应力集中促使表面多处疲劳裂纹的萌生，在较高载荷下疲劳裂纹扩展，最终导致校正辊断裂。为避免此类失效再次发生，建议采用较大半径的过渡圆角来降低过渡圆角处的应力集中程度，提高表面质量，加强运行前的无损检测。
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  混烃球罐的开裂原因

  李智慧, 李志峰

  机械工程材料. 2021, 45(7): 88-93,103. https://doi.org/10.11973/jxgccl202107016

  摘要 ( 160 ) PDF全文 ( 200 )   可视化   收藏

  在停车检验期间某混烃球罐下极带环焊缝处存在大量表面裂纹，采用X射线应力测定仪对裂纹集中部位的残余应力进行测试，并通过化学成分分析、力学性能测试、断口微观形貌观察等方法对球罐开裂的原因进行了分析。结果表明：球罐下极带环焊缝熔合线和热影响区处发生了硫化物应力腐蚀开裂；在腐蚀介质及较大的残余拉应力作用下，裂纹在残余拉应力最大的下极带环焊缝热影响区萌生，随后以穿晶和沿晶形式扩展至熔合线。焊接前应合理选材，选择适合的焊接和热处理工艺，提高球罐安装后去应力热处理的质量，以降低残余拉应力；焊接后通过隔绝腐蚀介质、除去介质中硫化氢或水的方法降低开裂敏感性。
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  GH738高温合金涡轮机匣开裂原因

  李艳明, 孟令琪, 佟文伟, 刘欢

  机械工程材料. 2021, 45(7): 94-99,110. https://doi.org/10.11973/jxgccl202107017

  摘要 ( 246 ) PDF全文 ( 208 )   可视化   收藏

  采用形貌观察、成分分析、组织观察、性能测试、热模拟试验等方法对某型航空发动机GH738高温合金涡轮机匣开裂的原因进行了分析，探讨了裂纹的性质及产生机理。结果表明：失效机匣中裂纹的性质为疲劳裂纹，裂纹源位于机匣前安装边挂钩外表面。机匣前安装边挂钩处的局部区域温度达到850~900℃，超过了GH738合金的允许使用温度（810℃），导致组织中γ'相体积分数降低，合金的力学性能和抗疲劳性能降低，从而促使了机匣过早疲劳开裂。
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  某核电站汽轮机旁排阀紊流罩开裂原因

  雷欣, 方力, 焦少阳, 陈俊, 陈超, 邰江

  机械工程材料. 2021, 45(7): 100-103. https://doi.org/10.11973/jxgccl202107018

  摘要 ( 175 ) PDF全文 ( 117 )   可视化   收藏

  采用断口形貌观察、化学成分测试、显微组织分析及力学性能测试等方法对某核电站汽轮机旁排阀紊流罩的开裂原因进行了分析。结果表明：该紊流罩的开裂形式为疲劳脆性开裂；材料化学成分不符合标准使其强度降低，安装时紊流罩上端面的定位孔没有对中，工作时气流通过产生的磨损及震动使得该处应力集中较大，导致裂纹在紊流罩的外侧凸缘表面萌生；在长期循环热应力作用下，裂纹沿最小承载力的截面扩展，最终紊流罩开裂。建议采取材料复验措施，减少不合格材料的流入，对安装过程严格要求，避免定位不中，减小磨损及震动引起的应力集中。
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  1 000 MW超超临界机组电动闸阀阀杆的断裂原因

  彭波, 王建国, 裴广会, 辛林祥, 王智春

  机械工程材料. 2021, 45(7): 104-110. https://doi.org/10.11973/jxgccl202107019

  摘要 ( 149 ) PDF全文 ( 16 )   可视化   收藏

  某1 000 MW超超临界机组给水泵出口电动闸阀阀杆在阀门开启过程中发生断裂，采用宏观形貌观察、化学成分分析、力学性能测试和显微组织观察等方法分析了阀杆断裂的原因。结果表明：阀杆的显微组织不均匀，心部存在局部疏松，组织中存在较多条状或块状铁素体，导致阀杆的塑韧性不足，综合力学性能不均匀；同时在阀门打开过程中，出口侧阀瓣与滑轨之间发生严重卡涩，且阀杆环形平台的加工质量较差，阀杆底部环形平台变截面根部过渡圆弧角较小。在阀门开启时，裂纹在环形平台变截面根部的应力集中区域萌生并快速扩展，最终导致阀杆发生脆性断裂。