2022年, 第46卷, 第1期　
刊出日期：2022-01-20

  

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  机械工程材料. 2022, 46(1): 0-0.

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综述
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  泡沫钛制备工艺及应用的研究进展

  张振, 马颖涵, 胡正飞, 涂昊昀, 白嘉旭, 端宇航

  机械工程材料. 2022, 46(1): 1-6,13. https://doi.org/10.11973/jxgccl202201001

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  泡沫钛具有较小的密度、优异的力学性能以及独特的功能特性，广泛应用在航空航天、国防、海洋工程、汽车、生物医学等领域。介绍了泡沫钛的主要制备方法，包括烧结法、添加造孔剂法、浸渍法、凝胶浇铸法、3D打印法，对泡沫钛的压缩性能、吸能性能、生物相容性、电磁屏蔽性能、吸声性能、微动磨损性能等进行了讨论，并阐述了泡沫钛在生物医用、电池电极、航空航天等领域的应用前景。
试验研究
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  原料粒径对Ni/Al含能结构材料压缩性能及能量释放特性的影响

  丁青云, 马丹, 赵洪宝, 马超群, 骆心怡

  机械工程材料. 2022, 46(1): 7-13. https://doi.org/10.11973/jxgccl202201002

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  分别将粒径5 μm镍粉与45~75 μm铝粉（1^#）、0.2 μm镍粉与45~75 μm铝粉（2^#）、0.2 μm镍粉与0.5 μm铝粉（3^#）按物质的量比为1：1混合，通过真空热压制备Ni/Al含能结构材料试样，研究了粉末粒径对试样压缩性能和能量释放特性的影响。结果表明：3种试样在镍/铝界面处均生成了一层Al₃Ni扩散层；1^#试样中镍颗粒均匀分布在连续的铝基体中，压缩性能较好；2^#试样中镍颗粒发生团聚，相对密度最小，抗压强度最低；3^#试样中镍相为连续基体，致密性最好，抗压强度最高，但生成的Al₃Ni最多；随着粉末粒径减小，3种试样放热反应能量密度均提高，最高达1 147.8 J·g^-1，反应活化能降低，能量释放效率提高，3^#试样的能量释放特性最佳。
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  添加铌和钽对TiMoZr合金变形机制和拉伸性能的影响

  王敏, LU Liming, 王长浩, 李乾利, 尤静林

  机械工程材料. 2022, 46(1): 14-18. https://doi.org/10.11973/jxgccl202201003

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  通过冷坩埚悬浮感应熔炼、轧制和固溶热处理制备Ti-8Mo-2Zr、Ti-8Mo-4Nb-2Zr和Ti-8Mo-4Nb-2Zr-2Ta（原子分数/%）钛合金，研究了铌和钽元素的添加对合金显微组织、拉伸性能和变形机制的影响。结果表明：3种合金的组成相均为单一β相，β相晶粒尺寸随着铌、铌+钽元素的添加逐步减小；Ti-8Mo-2Zr合金的变形机制以应力诱发α″马氏体相变和{332}孪生为主，而Ti-8Mo-4Nb-2Zr和Ti-8Mo-4Nb-2Zr-2Ta合金的变形机制以位错滑移为主；变形机制的转变导致合金强度的提高和塑性的降低，铌和钽元素添加产生的细晶强化和固溶强化效应进一步提高了合金的强度，Ti-8Mo-4Nb-2Zr-2Ta合金的抗拉强度高达970 MPa。
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  微量锆元素对激光选区熔化成形AlSi10Mg合金组织及性能的影响

  鞠成伟, 胡振光, 张修海, 韦景泉, 张宇杰, 李伟洲

  机械工程材料. 2022, 46(1): 19-25. https://doi.org/10.11973/jxgccl202201004

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  采用激光选区熔化技术制备添加不同质量分数（0~0.5%）锆元素的AlSi10Mg合金，并进行了固溶时效处理，研究了锆元素对合金组织及性能的影响。结果表明：热处理前合金均主要由α-Al相和共晶硅相组成，添加锆后合金中生成ZrAlSi相，随着锆添加量的增加，α-Al相和共晶硅相先细化后粗化，在锆质量分数为0.3%时细化效果最佳，ZrAlSi相尺寸则持续变大；热处理后，组织进一步细化，锆质量分数大于0.3%时出现块状ZrAlSi相；合金的硬度和抗压强度随锆添加量增加而先增大后减小，在锆质量分数为0.3%时达到峰值，热处理进一步提高了合金的力学性能。
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  低温球磨结合等离子活化烧结TiC颗粒增强钛基复合材料的组织与性能

  耿祥威, 李立, 孙一, 张建

  机械工程材料. 2022, 46(1): 26-34. https://doi.org/10.11973/jxgccl202201005

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  通过低温球磨结合等离子活化烧结制备TiC颗粒增强钛基复合材料（TMC1），研究了TMC1试样的物相组成、显微组织、力学性能及强化机理，并与普通高能球磨结合等离子活化烧结制备复合材料（TMC2）进行对比。结果表明：TMC1试样基体由均匀细小的等轴α晶粒和β转变相组成，TiC颗粒在基体中分布均匀，TMC1试样的晶粒尺寸远小于TMC2试样；900~1 200 ℃烧结的TMC1试样均实现致密化，抗压强度和硬度随烧结温度升高而降低；TMC1试样相比TMC2试样具有更高的相对密度、硬度和强度；TMC1试样的强化机理为颗粒强化和细晶强化。
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  放电等离子烧结温度对Fe-Si/MnZn(Fe₂O₄)₂软磁复合材料组织与磁性能的影响

  魏天翔, 颜亮

  机械工程材料. 2022, 46(1): 35-40,46. https://doi.org/10.11973/jxgccl202201006

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  采用球磨法制备了Fe-Si/MnZn（Fe₂O₄）₂核壳结构粉末，并采用放电等离子烧结制备Fe-Si/MnZn（Fe₂O₄）₂软磁复合材料，研究了烧结温度（600~1 000 ℃）对该复合材料显微组织与磁性能的影响。结果表明：不同温度烧结Fe-Si/MnZn（Fe₂O₄）₂复合材料均由Fe-Si合金颗粒和颗粒间MnZn（Fe₂O₄）₂相组成；在600～700 ℃烧结时复合材料通过机械结合实现致密化，属于欠烧，800～900 ℃烧结可实现良好冶金结合，属于完全烧结，1 000 ℃烧结时颗粒间MnZn（Fe₂O₄）₂铁氧体层遭到破坏，属于过烧；复合材料磁性能随烧结温度升高而先提高后下降，在900 ℃烧结时磁性能最好，饱和磁化强度最高，为1 476 kA·m^-1，矫顽力最低，为548.3 A·m^-1，磁芯损耗较低，振幅磁导率稳定。
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  激光冲击强化TC4双相钛合金过程中β相的细化机理

  纪飞飞

  机械工程材料. 2022, 46(1): 41-46. https://doi.org/10.11973/jxgccl202201007

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  采用激光冲击强化（LSP）技术对TC4双相钛合金进行表面强化处理（冲击0~3次），研究了β相晶粒细化机理以及强化前后残余应力、表面硬度及疲劳强度的变化。结果表明：激光冲击强化过程中，β相晶粒内的位错首先通过滑移形成位错线，随着塑性变形加剧，位错不断堆积形成位错壁和位错胞，位错进一步运动后形成亚晶界，并通过动态再结晶实现晶粒细化；3次冲击强化后，合金的晶粒尺寸由原始板材的21.33 μm降至4.68 μm；随着激光冲击强化次数增加，合金表面的残余压应力、显微硬度及疲劳强度均增大。
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  工艺参数对激光选区熔化成形TA32钛合金成形质量及硬度的影响

  冉江涛, 姜风春, 陈卓, 赵鸿

  机械工程材料. 2022, 46(1): 47-55,60. https://doi.org/10.11973/jxgccl202201008

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  采用激光选区熔化（SLM）技术制备TA32钛合金试样，研究了激光功率（200~400 W）、扫描速度（800~1 200 mm·s^-1）和扫描间距（90~130 μm）对成形质量及硬度的影响。结果表明：随着扫描速度增加，SLM成形TA32钛合金的表面粗糙度先减小后增大，相对密度和维氏硬度均逐渐降低；随着扫描间距增大，钛合金的表面粗糙度先减小后增大，相对密度和维氏硬度均先降低后升高；随着激光功率增加，钛合金的表面粗糙度先减小后增大，相对密度和维氏硬度均先升高后降低；适用于TA32钛合金SLM成形的激光能量密度范围为45~75 J·mm^-3。
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  固溶时效处理过程中Mg-Ce合金中稀土相的分布变化规律

  陈燕飞, 黄绍军, 王玉香, 张金祥

  机械工程材料. 2022, 46(1): 56-60. https://doi.org/10.11973/jxgccl202201009

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  以纯镁和Mg-30Ce中间合金为原料铸造铈质量分数为1%的Mg-Ce合金，并进行420 ℃×8 h固溶和200 ℃×20 h时效处理，研究了不同状态时合金中稀土相分布的变化规律。结果表明：铸态、固溶态和时效态合金中的稀土相均为Mg₁₂Ce；铸态合金中的稀土析出相分布不均匀，以晶界处析出为主，晶粒内析出为辅，且析出相尺寸、形貌差异较大；固溶处理后，稀土相大多溶解于镁基体，但晶界处和部分晶粒内仍有一定量残余；时效处理后稀土相在晶粒内重新均匀、弥散析出，晶界处析出量较少，与铸态合金相比，析出相尺寸更加细小、分布更加均匀。
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  X80钢输气管道带缺陷环焊缝的力学性能及两类裂纹形成原因

  李亮, 黄磊, 许彦, 聂向晖, 刘迎来, 丰振军, 王耀光

  机械工程材料. 2022, 46(1): 61-67. https://doi.org/10.11973/jxgccl202201010

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  对10处存在缺陷的X80钢输气管道环焊缝进行了力学性能检测和两类裂纹成因分析。结果表明：10处环焊缝抗拉强度不合格率为10%，焊缝中心冲击功不合格率为21.7%，热影响区冲击功全部合格；环焊缝、母材和热影响区的维氏硬度全部合格，但热影响区存在软化。环焊缝中的缺陷以未熔合和裂纹为主，二者占比为75%。裂纹主要为冷裂纹和结晶裂纹，冷裂纹起源于焊根附近未熔合缺陷处，在拘束应力作用下发生扩展导致开裂；结晶裂纹产生原因为硫元素在打底焊焊缝中心晶界上偏析并形成低熔点共晶相，在凝固收缩拉应力作用下晶界发生开裂。
新材料 新工艺
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  热轧超高强钢M1200HS的显微组织与磨粒磨损性能

  彭欢, 胡学文, 王海波, 王承剑, 石东亚

  机械工程材料. 2022, 46(1): 68-72,84. https://doi.org/10.11973/jxgccl202201011

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  采用热轧和在线直接淬火工艺制备热轧超高强钢M1200HS，研究了其显微组织、力学性能及在石英砂与水的混合物中的磨粒磨损性能，并与传统低合金耐磨钢NM400和NM450作对比。结果表明：M1200HS钢的显微组织为马氏体和极少量铁素体，其马氏体板条尺寸较大，大角度晶界占比较小；M1200HS钢的抗拉强度和硬度分别为1 387 MPa和403 HB，均符合GB/T 24186-2009标准，且与NM400钢近乎相当，但低于NM450钢；3种试验钢的磨损机制均为微观切削机制，M1200HS钢与NM400钢的耐磨粒磨损性能相当，但低于NM450钢。
材料性能及应用
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  退火处理对紫铜棘轮行为的影响

  郑婉婷, 王子仪, 阚前华, 康国政

  机械工程材料. 2022, 46(1): 73-78. https://doi.org/10.11973/jxgccl202201012

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  对未退火硬态紫铜和退火处理得到的软态紫铜进行室温应变控制对称循环和应力控制非对称循环变形试验，研究了退火处理对紫铜显微组织和棘轮行为的影响。结果表明：退火处理会增大紫铜的晶粒尺寸，影响紫铜的循环软/硬化特性；两种状态紫铜均表现出明显的棘轮行为，且其棘轮行为依赖于外加应力水平；应力幅的增大会显著影响硬态紫铜棘轮演化第Ⅲ阶段的棘轮应变速率，对软态紫铜第Ⅱ阶段的棘轮应变速率影响较小；平均应力越大，硬态紫铜的棘轮演化从第Ⅱ阶段进入第Ⅲ阶段的速度越快，但平均应力对软态紫铜第Ⅱ阶段棘轮应变速率的影响不显著。
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  AZ31B镁合金板热成形温度优化及合理温度下成形件的组织与性能

  呼啸, 魏瑞刚, 阳代军, 徐宋娟, 孙宏波

  机械工程材料. 2022, 46(1): 79-84. https://doi.org/10.11973/jxgccl202201013

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  研究了温度对AZ31B镁合金板显微组织与拉伸性能的影响，分析了不同温度热成形件的成形质量，确定了合理的热成形温度并研究了该温度下热成形件的显微组织与拉伸性能。结果表明：200 ℃热处理后AZ31B镁合金板能较好地保持细小等轴晶组织，随温度升高，晶粒明显粗化；随温度升高，合金的强度下降而塑性提高，200 ℃时即可具有良好的塑性和成形性能；热成形温度越高，成形件的成形质量越好，200 ℃时热成形件具有较高的表面质量和较小的回弹变形量；200 ℃为AZ31B镁合金板较为理想的热成形温度，该温度下成形件晶粒发生细化，屈服强度和断后伸长率提高。
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  摩擦条件对磁轨制动器极靴材料与钢轨材料间摩擦因数的影响

  王明星, 焦记楠, 杨磊, 夏志远, 李坤, 彭金方

  机械工程材料. 2022, 46(1): 85-90. https://doi.org/10.11973/jxgccl202201014

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  将磁轨制动器极靴用铸造Q235B钢和油淬硬化45钢组成销-盘摩擦副进行摩擦试验，研究了滑动速度（10~100 km·h^-1）、法向载荷（10~80 N）和润滑条件（干摩擦、水润滑）对摩擦因数和磨损机制的影响。结果表明：随着滑动速度的增大，摩擦副的摩擦因数均在3 s内达到稳定；稳定摩擦因数随滑动速度的增大先增大后减小，但变化范围较小，集中在0.40~0.55区间；法向载荷对摩擦因数的影响较小；随着滑动速度的增大，Q235B钢销试样的磨损机制由磨粒磨损向黏着磨损转变，法向载荷的增大会导致更为严重的黏着磨损；在摩擦时进行水润滑可以降低摩擦因数，减轻磨损程度。
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  碳纤维增强树脂基复合材料加工表面粗糙度对疲劳性能的影响

  范文涛, 陈燕, 陈逸佳, 谢松峰

  机械工程材料. 2022, 46(1): 91-96. https://doi.org/10.11973/jxgccl202201015

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  采用磨削和铣削（顺铣、逆铣）加工工艺获得不同表面粗糙度S_a的碳纤维增强树脂基（CFRP）复合材料试样并进行拉-拉疲劳试验，基于刚度退化模型分析了加工表面粗糙度对疲劳性能的影响。结果表明：磨削、顺铣和逆铣试样的S_a分别为1.2，3.2，5.9 μm；磨削试样0°纤维铺层表面纤维缺失，存在空隙，铣削试样在45°纤维铺层表面存在较多凹坑，其中顺铣试样凹坑更多且更深；磨削试样的疲劳寿命最高，逆铣试样次之，顺铣试样最低；随着S_a的增大，CFRP复合材料试样表面裂纹迅速萌生扩展，刚度退化初始阶段的退化速率升高，刚度退化I阶段更快结束，试样的疲劳寿命降低。
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  基于功热转换机理修正SUS301L-MT不锈钢J-C本构模型

  丁浩谞, 朱涛, 肖守讷, 王小瑞, 阳光武, 杨冰

  机械工程材料. 2022, 46(1): 97-103,110. https://doi.org/10.11973/jxgccl202201016

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  在常温下对SUS301L-MT不锈钢进行了应变速率为0.000 5 s^-1的准静态和0.1~500 s^-1的动态拉伸试验，基于经典J-C模型拟合得到其应力-应变曲线，通过最大拟合优度和匹配优度确定应变速率敏感系数，对经典J-C本构模型的模拟准确性进行分析；引入动态放大模量确定马氏体相变强化和绝热温升软化的临界应变，对J-C模型进行修正，并对修正模型的拟合结果进行了验证。结果表明：经典J-C本构模型无法准确描述试验钢在高应变速率塑性变形时的马氏体相变强化效应和绝热温升软化效应；修正后的J-C本构模型可准确描述应变速率在0.000 5～500 s^-1时试验钢的力学行为，其匹配优度高达0.985，表明该模型合理有效。
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  三维数字图像相关法在碳钢拉伸试验中的应用

  陈志新, 彭小龙, 王梧旭, 黄程

  机械工程材料. 2022, 46(1): 104-110. https://doi.org/10.11973/jxgccl202201017

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  对Q235B钢、45钢、T8钢进行室温准静态拉伸试验，基于三维数字图像相关（3D-DIC）法测定拉伸过程中颈缩处的应变和半径以及应变分布，并与力-位移传感器测试结果和ABAQUS有限元模拟结果进行对比。结果表明：3D-DIC法测试得到拉伸过程中3种碳钢的应变和颈缩处半径均呈先慢后快的变化趋势，与碳钢的拉伸变形行为相符，并且应变的变化规律与有限元模拟结果一致，平均相对误差小于2.35%；3D-DIC法与力-位移传感器测试得到的应变的平均相对误差为0.003%，说明3D-DIC法较准确。3D-DIC法测试得到的应变在x轴和y轴方向的分布与有限元模拟结果较吻合，但有限元模拟结果更精细，对于xy平面上的应变分布，这两种方法所得结果差异较大。