2021年, 第45卷, 第8期　
刊出日期：2021-08-20

  

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  机械工程材料. 2021, 45(8): 0-0.

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综述
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  三维编织复合材料细观几何建模及动态力学性能的研究进展

  谭焕成, 覃文源, 刘升旺, 刘文, 陈璐璐, 王祯鑫

  机械工程材料. 2021, 45(8): 1-7. https://doi.org/10.11973/jxgccl202108001

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  三维编织复合材料因内部存在由连续纤维束形成的空间网状结构，相比于传统层合复合材料具有更高的层间强度，相比于金属材料具有更高的抗冲击损伤和抗裂纹扩展能力。详细介绍了三维编织复合材料的细观几何建模方法，综述了三维编织复合材料动态拉伸、压缩性能，动态失效准则以及高速冲击性能等方面的研究进展，指出三维编织复合材料在细观几何建模和动态拉伸试验方面的未来研究方向。
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  贵金属溅射靶材的研究进展

  许彦亭, 郭俊梅, 王传军, 沈月, 管伟明, 闻明

  机械工程材料. 2021, 45(8): 8-14,102. https://doi.org/10.11973/jxgccl202108002

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  溅射靶材是磁控溅射制备薄膜的关键原材料，其质量决定着溅射薄膜的性能。贵金属溅射靶材因具有优异的物理和化学性能而广泛应用于高性能薄膜的制备。综述了贵金属溅射靶材制备方法、技术要求和应用情况的研究进展，指出高纯化、大尺寸、高利用率以及靶材生产与溅射镀膜一体化是贵金属靶材未来发展方向。
试验研究
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  扫描速度对选区激光熔化成形316L不锈钢微观形貌和性能的影响

  宗学文, 张健, 卢秉恒, 李伟东

  机械工程材料. 2021, 45(8): 15-19. https://doi.org/10.11973/jxgccl202108003

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  采用选区激光熔化技术（SLM）在不同扫描速度（700~1 200 mm·s^-1）下成形316L不锈钢试样，研究了扫描速度对微观形貌和力学性能的影响。结果表明：随着扫描速度的增加，试样的表面粗糙度增大，内部空隙增多；试样的抗拉强度、断后伸长率和硬度先呈缓慢增加趋势，当扫描速度大于1 000 mm·s^-1时呈快速降低趋势，屈服强度一直呈降低趋势。随着扫描速度增加，试样的冲击吸收能量先保持稳定后下降，冲击断口附近的孔洞和裂纹逐渐增多，冲击断裂形式由韧脆性断裂变为脆性断裂；当扫描速度在700~800 mm·s^-1时，试样的冲击韧性最优，冲击吸收能量在58.6~60.0 J。
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  基于聚α-烯烃合成润滑油的复合锂基磁流变脂流变特性

  闫敏杰, 蒙恺悦, 武志杰, 周亚东, 杨伟超

  机械工程材料. 2021, 45(8): 20-24,31. https://doi.org/10.11973/jxgccl202108004

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  采用PAO40聚α-烯烃合成润滑油，十二羟基硬脂酸、癸二酸、硼酸和氢氧化锂等稠化剂以及FeSiB软磁粉制备了铁磁颗粒质量分数分别为30%，45%，60%的复合锂基磁流变脂，研究了磁流变脂的流变特性和磁流变效应。结果表明：3种磁流变脂的剪切应力均随剪切速率的增加而增大，随电流的增加先快速增大后趋于平稳；储能模量均随剪切应变的增大先迅速降低后趋于平稳，随电流的增加先增大后趋于稳定；随电流增加，磁流变脂的损耗因子先增大后减小直至趋于稳定，阻尼特性和磁流变效应增强；铁磁颗粒含量越高，磁流变脂的剪切应力和储能模量越大，阻尼特性和磁流变效应越强。
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  Ti₃Ni合金中TiO₂和TiN夹杂物的去除

  郑俊, 游小刚, 谭毅, 赵龙海, 廖娇

  机械工程材料. 2021, 45(8): 25-31. https://doi.org/10.11973/jxgccl202108005

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  采用电子束精炼技术精炼Ti₃Ni合金，研究了合金中TiO₂和TiN夹杂物的去除机制。结果表明：在精炼条件下熔体中心处的温度最高，为2 681.2 K，远高于TiO₂的熔点，熔体表面及近表面区的TiO₂夹杂物主要以溶解的方式去除；在精炼条件下TiN夹杂物溶解的最低温度为2 671.5 K，略低于熔体中心的温度，分解的最低温度为1 869.6 K，远低于熔体中心的温度，熔体表面及近表面区的TiN夹杂物可通过溶解和分解的方式去除。
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  SiO₂-CuO复合纤维材料的抗菌性能

  尤亚颖, 陈丰, 钱君超, 勾昊东, 陈志刚

  机械工程材料. 2021, 45(8): 32-36,44. https://doi.org/10.11973/jxgccl202108006

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  在无水乙酸铜（铜源）与正硅酸四乙酯的物质的量比为1：10，1：20，1：40条件下，以聚乙烯吡咯烷酮为模板剂，采用静电纺丝法结合高温煅烧制备SiO₂-CuO复合纤维材料，研究了该复合纤维材料的微观形貌、透气性与抗菌性能。结果表明：采用静电纺丝法结合600 ℃煅烧成功制备SiO₂-CuO复合纤维材料，CuO纳米颗粒均匀分布在SiO₂纤维中，CuO属于单斜晶系；随着无水乙酸铜含量的增加，CuO颗粒的结晶程度增大；复合纤维材料的水蒸气透过率在2 994.4~4 017.6 g·m^-2·d^-1，约为无材料覆盖条件下的60%，复合纤维材料具有较好的透气性；随着无水乙酸铜含量的增加，复合纤维材料的抗菌率增大，抗菌性能提高；当无水乙酸铜与正硅酸四乙酯物质的量比为1：10时，复合纤维材料具有良好的气体透过性能，且抗菌率高达99.9%。
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  大型环形件用2219铝合金的动态再结晶行为

  邹杰, 彭文飞, 陈镇扬

  机械工程材料. 2021, 45(8): 37-44. https://doi.org/10.11973/jxgccl202108007

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  选用Gleeble-3500型热模拟试验机在变形温度330~450 ℃、应变速率10^-2~10 s^-1、压缩变形量60%条件下对2219铝合金进行热压缩试验，研究了其在热变形过程中的动态再结晶行为；通过对试验数据进行分析拟合，建立了以Z参数表示的热变形特征参数模型，基于改进Avrami方程的动态再结晶动力学模型以及以变形温度、应变速率表示的再结晶晶粒尺寸模型。结果表明：在低应变速率和高变形温度下，2219铝合金更易于发生动态再结晶；根据动态再结晶动力学模型，最佳热加工条件为应变速率0.1 s^-1、温度360 ℃，此时2219铝合金的动态再结晶程度最高；动态再结晶晶粒尺寸模型预测精度较高，线性相关系数达0.95。
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  不同成分780 MPa级双相钢的显微组织和力学性能

  潘利波, 周文强, 谭文, 王俊霖, 左治江

  机械工程材料. 2021, 45(8): 45-48,54. https://doi.org/10.11973/jxgccl202108008

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  在相同工艺条件下生产了高碳（碳质量分数达到0.157%，高碳系）和低碳并添加铌、钼元素（Nb-Mo系）的2种成分780 MPa级双相钢，对比研究了2种钢的显微组织、拉伸性能、扩孔性能，以及软硬相的纳米压痕硬度。结果表明：2种钢的显微组织均为铁素体和马氏体；与高碳系试验钢相比，Nb-Mo系试验钢的铁素体晶粒得到细化，屈服强度和屈强比提升，并具有更高的扩孔率；高碳系试验钢中的马氏体因碳含量较高而硬度较大，且硬度分布更发散，Nb-Mo系试验钢中马氏体的硬度分布较集中；Nb-Mo系试验钢中铁素体和马氏体两相的纳米压痕硬度差更小，因此扩孔性能更优。
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  显微组织对预硬型718塑料模具钢表面抛光性能的影响

  张乐, 许镇, 李志, 陈旋, 吴晓春

  机械工程材料. 2021, 45(8): 49-54. https://doi.org/10.11973/jxgccl202108009

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  对预硬型大截面718塑料模具钢不同位置试样进行热处理，再经机械抛光和手动抛光后测试其表面粗糙度，研究了显微组织对表面抛光性能的影响。结果表明：原始组织为不均匀粒状贝氏体试样在热处理后，组织和硬度分布均匀性最差，导致抛光后的表面粗糙度最大，抛光性能最差；原始组织为均匀粒状贝氏体试样在热处理后，组织均匀性最好，硬度较大且分布均匀，抛光后的表面粗糙度最小，且经工程抛光（应用在工程上的专业手动抛光）后表面未出现橘皮纹或麻点等缺陷，表面粗糙度极限可达0.019 μm，表面质量满足高端塑料模具钢的使用要求；原始组织为回火马氏体试样热处理后的组织中均匀分布的碳化物使其表面抛光性能略优于原始组织为下贝氏体试样的。
材料性能及应用
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  高产气井用13Cr-L80钢油管的磨损性能

  郭晓强, 柳军, 黄亮, 方达科, 魏安超, 王国荣

  机械工程材料. 2021, 45(8): 55-60. https://doi.org/10.11973/jxgccl202108010

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  采用往复式摩擦磨损试验机对13Cr-L80钢油管和套管进行往复磨损试验，研究了接触载荷（50，100，150，200，250 N）、往复行程（2，4，6，8，10 mm）、往复频率（0.6，0.9，1.2，1.5，1.8 Hz）以及完井液密度（1.0，1.1，1.2，1.3，1.4 g·cm^-3）对油管磨损性能的影响。结果表明：随着接触载荷、往复频率和往复行程的增加，油管的磨损量增大，摩擦因数和磨损率变化不大；随着完井液密度的增加，磨损量和磨损率均降低，摩擦因数先降低，当完井液密度增大到1.2 g·cm^-3时趋于稳定；在试验条件下，随接触载荷、往复频率及完井液密度的增加，油管的磨损方式均由磨粒磨损转变为黏着磨损，不同往复行程下油管的磨损方式均为黏着磨损。
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  行进速度对搅拌摩擦加工高熵合金增强铝基复合材料组织与性能的影响

  高吉成, 顾淦, 仲尚, 董嘉辰, 张孙艺

  机械工程材料. 2021, 45(8): 61-65,71. https://doi.org/10.11973/jxgccl202108011

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  采用搅拌摩擦加工技术制备了FeCoNiCrAl高熵合金颗粒增强AA5083铝基复合材料，研究了行进速度（45，60，75 mm·min^-1）对复合材料中高熵合金颗粒分布、显微硬度和耐磨性能的影响。结果表明：制备的复合材料中没有新相生成，复合材料的显微硬度高于铝合金基体的；随着行进速度的增加，高熵合金颗粒的分布均匀性变差，复合材料的显微硬度略微降低；复合材料的平均摩擦因数和磨损率均较铝合金基体的低；随着行进速度的增加，复合材料摩擦因数和磨损率均增大，耐磨性能下降；复合材料和铝合金的磨损机制分别为磨粒磨损和黏着磨损。
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  Q345B低碳钢/20Mn23Al无磁钢异种钢焊接接头的组织及性能

  张敏, 杜明科, 张云龙, 王刚, 朱子越

  机械工程材料. 2021, 45(8): 66-71. https://doi.org/10.11973/jxgccl202108012

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  采用E316LT0-1不锈钢焊丝对Q345B低碳钢和20Mn23Al无磁钢进行熔化极气体保护焊，研究了焊接接头的显微组织和力学性能。结果表明：接头填充焊层组织主要为骨骼状δ-铁素体和奥氏体，打底焊层组织主要为树枝状铁素体和奥氏体；Q345B钢侧过热粗晶区组织为贝氏体和魏氏体，相变重结晶区组织为珠光体和铁素体，20Mn23Al钢侧热影响区组织为孪晶奥氏体和少量铁素体；母材和焊缝中的合金元素发生互扩散，Q345B钢和20Mn23Al钢侧扩散层厚度分别约为15，25 μm；接头拉伸性能优于Q345B钢但略差于20Mn23Al钢，接头焊缝区硬度最大，热影响区次之。
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  高压热处理对TC9钛合金显微组织和力学性能的影响

  张大磊, 李媛媛

  机械工程材料. 2021, 45(8): 72-76. https://doi.org/10.11973/jxgccl202108013

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  在温度920~980 ℃、压力1~6 GPa下对TC9钛合金进行高压热处理，研究了高压热处理后的显微组织、硬度、抗压强度和抗塑性变形能力，并与950 ℃常压退火后的进行了对比。结果表明：高压热处理后TC9钛合金组织中的α相较950 ℃常压退火后的明显细化，且在温度950 ℃、压力3 GPa下α相最细小；在温度950 ℃、压力3 GPa下热处理后，钛合金中形成了细小块状α相和细针状α'马氏体，合金的硬度、室温抗压强度和500 ℃下抗压强度分别较950 ℃常压退火处理后的提高了12.95%，7.33%，8.89%，抗塑性变形能力提高。
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  焊后热处理对SIMP钢瞬时液相扩散连接接头组织与力学性能的影响

  刘毅辉, 李报, 陈思杰, 丁光柱, 李世会

  机械工程材料. 2021, 45(8): 77-80,86. https://doi.org/10.11973/jxgccl202108014

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  在不同等温凝固工艺参数下对SIMP钢管进行瞬时液相扩散连接，并进行1 060 ℃×4 min原位正火+（780±3）℃×120 min回火处理，对比研究了热处理前后接头的显微组织和力学性能。结果表明：接头热影响区组织由粗大马氏体和残余奥氏体组成，焊后热处理后马氏体转变为细小均匀的回火马氏体；焊后热处理后焊缝界面由直线状变成曲线状，界面结合面积增加；焊后热处理后，接头的抗拉强度和显微硬度均略有降低，但抗拉强度仍在700 MPa以上，冲击吸收能量由不高于9.4 J提高到40 J以上，拉伸断裂形式由脆性断裂向韧性断裂转变，综合力学性能较好。
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  Sn-3.0Ag-0.5Cu/ENEPIG焊点界面反应及剪切性能的尺寸效应

  于凤云, 刘浩, 杜彦凤

  机械工程材料. 2021, 45(8): 81-86. https://doi.org/10.11973/jxgccl202108015

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  将直径分别为200，300，400 μm的Sn-3.0Ag-0.5Cu焊球在化学镍/钯/金（ENEPIG）焊盘上进行多次（1，3，5，7次）钎焊回流形成Sn-3.0Ag-0.5Cu/ENEPIG焊点，并对回流3次的焊点进行不同温度（75，100，125 ℃）的时效处理，研究了焊球尺寸对钎焊回流及时效处理后焊点界面组织及剪切强度的影响。结果表明：钎焊回流和时效处理后，焊点界面金属间化合物层的厚度及焊点的剪切强度均随焊球直径的增大而降低，二者表现出明显的尺寸效应；在焊球尺寸相同的条件下，回流次数的增加和时效温度的升高均会导致界面金属间化合物层厚度的增加，以及焊点剪切强度的降低。
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  快速球化退火对SKS51工模具钢组织和硬度的影响

  封举宁, 谭峰亮, 李鸿娟, 曾斌, 汪力, 叶勤政

  机械工程材料. 2021, 45(8): 87-90,97. https://doi.org/10.11973/jxgccl202108016

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  基于离异共析原理对SKS51钢进行快速球化退火处理（包括奥氏体化和等温球化两个阶段），研究了奥氏体化温度（750，780 ℃）、奥氏体化保温时间（10，20 min）和等温球化温度（650，680，700 ℃）对显微组织和硬度的影响。结果表明：在试验条件下，升高奥氏体化温度或延长奥氏体化保温时间均会导致钢中片状碳化物增多，球化效果变差，硬度增高；经750 ℃×10 min奥氏体化后，随等温球化温度升高，SKS51钢中的球状碳化物含量增加，尺寸增大，硬度降低；经750 ℃×10 min+700 ℃×2 h快速球化退火后，SKS51钢中的球状碳化物最多，硬度最低。
物理模拟与数值模拟
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  石墨/Ti (C,N)基金属陶瓷梯度自润滑复合材料残余应力的有限元模拟

  周黎明, 吴明霞, 廖富强, 熊计, 李延博, 张智银

  机械工程材料. 2021, 45(8): 91-97. https://doi.org/10.11973/jxgccl202108017

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  利用有限元方法研究了组成分布指数和梯度自润滑层厚度（层厚）对石墨/Ti（C，N）基金属陶瓷梯度自润滑复合材料残余应力的影响；采用层铺-烧结法制备该梯度自润滑复合材料，利用X射线衍射法测试其表面残余应力，并与模拟结果进行了对比。结果表明：径向压应力主要分布在梯度自润滑层的表层，在金属陶瓷基体与梯度自润滑层界面边缘处存在严重的应力集中；随着组成分布指数的增大，表面径向压应力增大，界面处应力减小；增大层厚可以改善界面处的应力分布，但表面径向压应力也随之降低；最佳组成分布指数为1.0~2.0，层厚为1.0~1.5 mm；试验测得的表面残余压应力随层厚的变化与模拟结果基本一致。
失效分析
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  内涵喷管裂纹产生原因

  高芸, 熊勇, 陈昌达, 曾候祥

  机械工程材料. 2021, 45(8): 98-102. https://doi.org/10.11973/jxgccl202108018

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  某型机GH536合金制内涵喷管在工作22 h后，表面定位焊点和滚焊焊点热影响区产生裂纹，采用断口形貌、显微组织观察和化学成分测试等方法分析了裂纹的产生原因。结果表明：该内涵喷管上的裂纹为萌生时应力较大、扩展时应力较小的疲劳裂纹；内涵喷管未按工艺规定的位置进行氩弧焊定位，并且未去除定位焊点，在疲劳加载过程中，定位焊点和后续滚焊焊点热影响区存在应力集中，导致疲劳裂纹萌生。