2022年, 第46卷, 第2期　
刊出日期：2022-02-20

  

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综述
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  海洋环境中运动副材料摩擦学性能的研究进展

  徐宛星, 詹胜鹏, 贾丹, 杨田, 凃杰松, 李银华, 段海涛

  机械工程材料. 2022, 46(2): 1-9,62. https://doi.org/10.11973/jxgccl202202001

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  随着海洋中丰富资源的深入开发,涉海机械装备运动副的摩擦磨损问题越来越受到研究人员的重视。综述了海洋环境下金属、陶瓷、聚合物等运动副中主要材料的研究现状,系统分析了海洋工况下运动副材料摩擦学性能的影响因素,讨论了深海摩擦学测试设备的研究进展,为涉海机械装备运动副的选材和应用提供支撑。
试验研究
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  不同粒径软磁颗粒掺杂磁敏弹性体的磁致电导特性

  居本祥,庄秋慧

  机械工程材料. 2022, 46(2): 10-14. https://doi.org/10.11973/jxgccl202202002

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  以磁化硅橡胶为基体,在有磁场和无磁场条件下制备了多种组分微米级(粒径5~8μm)和亚微米级(粒径200 nm)软磁颗粒掺杂的磁敏弹性体(MSE)试样,通过电导试验装置和磁致电导测试系统研究了不同MSE试样的磁致电导特性,探究磁致电导机理。结果表明:在有磁场条件下制备微米级颗粒填充的MSE的磁致电导特性随着颗粒含量的增加而显著增强;随着亚微米级颗粒掺杂量的增加,在有磁场条件下制备微米级和亚微米级颗粒掺杂的MSE中微米与亚微米颗粒间产生吸附效应,零场电导与磁致电导增加值均大幅度衰减,磁致电导特性较弱;在无磁场条件下制备不同粒径颗粒掺杂的MSE中无法形成有效导电通道,磁致电导特性明显低于在有磁场条件下制备相同含量颗粒掺杂MSE。
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  不锈钢超薄板脉冲微束等离子弧焊熔池尺寸和焊缝成形质量

  徐磊, 何建萍, 潘雪航

  机械工程材料. 2022, 46(2): 15-19. https://doi.org/10.11973/jxgccl202202003

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  利用基于背光光源的熔池视觉传感检测系统采集超薄板脉冲微束等离子弧焊焊接过程中熔池轮廓的变化,在平均电流为1.8 A条件下研究基值电流与峰值电流之比(0.29~0.71)、占空比(30%~70%)、脉冲频率(25~100 Hz)对304不锈钢超薄板焊接熔池尺寸和焊缝成形质量的影响。结果表明:在试验条件下采集到的熔池宽度均小于2.5 mm,熔池面积均小于3.5 mm²;在平均电流为1.8 A时,随着基值电流与峰值电流之比、占空比、脉冲频率的增加,熔池的最大宽度和面积均逐渐减小;在不同工艺参数下获得了间断焊缝、连续不等宽焊缝、连续等宽焊缝等3种类型的焊缝,占空比为50%、基值电流与峰值电流之比为0.50,脉冲频率为25,100,500 Hz时所获得的焊缝成形质量最好,为连续等宽焊缝。
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  S460G1钢特厚板在调质过程中的组织演变与强韧化机制

  宋欣, 李伟, 邴纯, 于涛, 毕建伟

  机械工程材料. 2022, 46(2): 20-30. https://doi.org/10.11973/jxgccl202202004

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  通过严格控制轧制参数对S460G1钢进行热轧,得到厚度150 mm的特厚板,然后进行870~960 ℃淬火和550~660 ℃回火处理,研究了钢板的组织演变和强钢化机制。结果表明:热轧钢板由表面向心部的组织依次为针状铁素体→粒状贝氏体→铁素体+珠光体;淬火后,表面组织主要为板条马氏体,1/4板厚处以粒状贝氏体为主,1/2板厚处为铁素体和珠光体;其中900,930 ℃淬火后1/4板厚处原奥氏体晶粒细小均匀,晶粒尺寸分布集中,范围分别为4.12~31.88,5.02~32.69μm;热轧钢板经930 ℃淬火与600~630 ℃回火后,其表面组织为回火索氏体,1/4板厚处及1/2板厚处的组织与淬火态类似,但板条铁素体等轴化及铁素体粗化趋势增加,此时钢板的综合力学性能优良,屈强比不高于0.85;马氏体/奥氏体(M/A)岛的分解、析出物的大量析出、位错消失及板条铁素体等轴化等是其具备良好强韧性的主要原因。
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  喷丸工艺对1Cr11Ni2W2MoV钢螺母表面性能和显微组织的影响

  方军, 詹玉婷, 靳凯

  机械工程材料. 2022, 46(2): 31-34,42. https://doi.org/10.11973/jxgccl202202005

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  采用3种不同喷丸强化工艺(干喷丸、先干喷丸后湿喷丸以及湿喷丸)对1Cr11Ni2W2MoV钢螺母表面进行强化处理,比较了喷丸工艺对螺母表面残余应力、粗糙度、显微组织的影响。结果表明:湿喷丸后螺母表面残余压应力最大,且最大残余压应力出现在大圆弧截面处,达到550 MPa,同时表面粗糙度R_a最小,分布在0.75~0.85 μm范围;干喷丸后螺母的表面残余压应力最小,表面粗糙度R_a最大,分布在2.5~3.2 μm范围。喷丸后螺母外层晶粒破碎而得到明显细化,而中心层的晶粒未发生明显变化;湿喷丸工艺和先干喷丸后湿喷丸工艺分别在螺母表面形成0.15,0.25 mm深度的残余应力层,适合采用先干喷丸后湿喷丸方式对1Cr11Ni2W2MoV钢螺母表面进行强化处理。
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  铁素体不锈钢/16Mn钢厚板异种钢电子束焊接接头的组织与冲击韧性

  王超冉, 李东

  机械工程材料. 2022, 46(2): 35-42. https://doi.org/10.11973/jxgccl202202006

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  采用电子束偏向16Mn钢侧的方法对40 mm厚铁素体不锈钢板与16Mn钢板进行电子束焊接,研究了焊接接头不同区域的显微组织和冲击韧性。结果表明:焊缝的显微组织主要为板条马氏体,随着距焊缝上表面距离的增大,焊缝的冲击韧性降低,断口呈现准解理和解理断裂特征。16Mn钢侧热影响区的的组织主要由针状铁素体和羽毛状上贝氏体组成,最大冲击吸收功为113 J,冲击韧性最好,断裂类型为韧性和脆性混合断裂;铁素体不锈钢侧热影响区组织均主要由铁素体、马氏体和颗粒状碳化物组成,冲击吸收功在6~10 J之间,冲击韧性最差,断裂类型为脆性断裂,这与粗化的铁素体晶粒和脆性碳化物有关。
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  电子束选区熔化成形TC4合金的显微组织及硬度

  童邵辉, 李东, 梁孟强, 丁婷, 冷星环

  机械工程材料. 2022, 46(2): 43-47. https://doi.org/10.11973/jxgccl202202007

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  采用电子束选区熔化成形技术制备不同尺寸(?8 mm×25 mm,?25 mm×8 mm)TC4合金试样,研究了2种试样在粉末堆积方向的显微组织及硬度变化。结果表明:尺寸?8 mm×25 mm试样的显微组织主要由原始β柱状晶界处的针状α集束组织和晶内针状α相互相交错形成的网篮状魏氏组织组成,原始β柱状晶主轴平行于堆积方向并且贯穿各熔合层,残余β相弥散分布在α相基体中;尺寸?25 mm×8 mm试样顶部组织由针状α'相组成,中部组织中α'相受热分解为α相和β相,α相宽度较大,底部组织中条状α相贯穿原始β晶粒形成集束,残余β相在α相基体中呈连续网状分布。具有较大长宽比针状α相或α'相部位的显微硬度比具有较小长宽比条状和片状α相或α'相的硬度高。
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  G115钢的高温持久性能和抗蒸汽氧化性能

  马云海, 王延峰, 赵双群, 王苗苗

  机械工程材料. 2022, 46(2): 48-57. https://doi.org/10.11973/jxgccl202202008

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  在625~700 ℃和不同应力下对G115钢进行高温持久试验,研究其高温持久性能,并采用Larson-Miller(L-M)参数法外推获得该钢的1×10⁵ h长时持久强度,另在650 ℃/27 MPa蒸汽参数下对G115钢进行2 000 h的氧化试验,研究氧化膜的表面及横截面形貌、物相组成及微区成分,并与T92钢进行了对比。结果表明:在富铜相的强化作用下,G115钢在650 ℃下的长时持久强度为82 MPa,明显高于T92钢的53 MPa; G115钢的抗蒸汽氧化性能优于T92钢,G115钢表面氧化膜的厚度约为102μm,小于T92钢表面氧化膜的厚度(约110μm);二者的氧化膜结构类似,外氧化层为粗大的柱状Fe₃O₄,内氧化层为Fe-Cr尖晶石和少量的Fe₃O₄,且外氧化层含有较多孔洞,剥落倾向较大。
材料性能及应用
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  不同工艺参数下0Cr18Ni9钢薄壁管脉冲钨极氩弧焊接头的组织与拉伸性能

  李宁, 刘少龙, 丁雪松, 徐雨红, 范文磊, 苏焕朝, 王博玉

  机械工程材料. 2022, 46(2): 58-62. https://doi.org/10.11973/jxgccl202202009

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  采用脉冲钨极氩弧焊(P-TIG)对规格为?14 mm×2 mm的0Cr18Ni9钢管进行焊接,研究50%脉宽比以及不同基值电流(20~30 A)、峰值电流(40~60 A)、脉冲频率(0.3,0.5 Hz)下接头的组织及拉伸性能。结果表明:不同工艺参数下接头焊缝区组织均为奥氏体+δ铁素体,但δ铁素体形态及含量有明显差异,热影响区奥氏体晶粒发生明显粗化。当脉冲基值电流为20 A,峰值电流为40 A,脉冲频率为0.3 Hz时,接头焊缝区δ铁素体呈蠕虫状,含量较多,热影响区奥氏体晶粒尺寸较小,接头拉伸性能最优,屈服强度为401.38 MPa,抗拉强度为701.51 MPa,屈强比为0.57,断口由形状均匀且尺寸较小的等轴韧窝组成。
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  高功率激光淬火对35CrMo钢表层组织与耐磨性能的影响

  杨俊龙, 黄敏, 胡柳益, 刘永超, 万磊磊, 王宇

  机械工程材料. 2022, 46(2): 63-67. https://doi.org/10.11973/jxgccl202202010

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  采用高功率激光器对调质态35CrMo钢进行表面淬火处理,研究了不同激光功率(1.6,2.4,3.2,4.0 kW)下表层的显微组织、硬度及耐磨性能。结果表明:当激光功率为1.6,2.4 kW时,35CrMo钢表层组织中存在未溶铁素体,硬度比基体低,与GCr15钢对磨后的磨损质量变化率与基体几乎相同,耐磨性较差;当激光功率为3.2,4.0 kW时,表层组织全部为回火马氏体,平均硬度可以达到640 HV,比常规水冷淬火后的硬度提高约20%;当激光功率为3.2 kW时,磨损质量变化率最小,表面未发现明显的磨损痕迹,与基体相比耐磨性得到显著提高,而当激光功率提高到4.0 kW时较高的马氏体自回火程度导致硬度与耐磨性比激光功率为3.2 kW时略有降低。
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  短期高温处理后水性无机锌车间底漆的防护性能

  刘军成, 黄蕾, 方志强, 杨宇, 汪国庆

  机械工程材料. 2022, 46(2): 68-74,80. https://doi.org/10.11973/jxgccl202202011

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  将D1510H型与D1610型两种组成不同的水性无机锌车间底漆喷涂在低碳钢板或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜上,并进行不同温度(400,600,700,800 ℃)下的短期(3 min)高温处理,通过热重-示差扫描量热分析、户外暴晒试验、中性盐雾试验等方法研究了两种车间底漆的防护性能。结果表明:经短期高温处理的两种车间底漆均有金属锌残存,仍具有一定的防护性能;D1510H型车间底漆无机物含量高,经800 ℃高温处理后表面结构致密,仍具有较好的户外防护性能,适用于加工周期短,后续只采用局部表面处理措施的大型钢铁结构的保护;D1610型车间底漆中有机物含量和金属锌含量较高,经700,800 ℃高温处理后表面疏松,可经受600 ℃高温处理,适用于加工周期长,后续会全面二次除锈基材的保护。
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  焊前和焊后热处理对2195铝锂合金双面搅拌摩擦焊接头组织与性能的影响

  张骥俊, 曹菊勇, 邢彦锋, 张成聪

  机械工程材料. 2022, 46(2): 75-80. https://doi.org/10.11973/jxgccl202202012

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  采用双面搅拌摩擦焊方法对6 mm厚2195铝锂合金板进行焊接,对比研究了焊前与焊后热处理(410 ℃×1 h退火+510 ℃×1 h固溶+155℃×1 h人工时效)对接头显微组织及力学性能的影响。结果表明:焊前热处理的接头焊核区晶粒呈细小等轴状,平均晶粒尺寸约为9.2μm,而焊后热处理的焊核区晶粒发生了异常长大现象,平均晶粒尺寸达到0.3 mm。焊前热处理接头的抗拉强度比焊后热处理条件下的接头高约4.7%,断后伸长率也得到明显提高,且焊前热处理接头的拉伸断裂方式为韧性断裂,焊后热处理接头的拉伸断裂方式为脆性断裂。焊前热处理接头的最大弯曲角度大于焊后热处理接头,具有良好的塑性变形能力。
物理模拟与数值模拟
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  单轴拉伸下中锰钢组织演变和力学行为的数值模拟

  孙宇阳, 张梅, 顾裕卿, 张洁

  机械工程材料. 2022, 46(2): 81-87. https://doi.org/10.11973/jxgccl202202013

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  基于试验得到的显微组织建立了7Mn钢的代表性体积单元(RVE)模型,采用ABAQUS软件对温轧和不同温度(600~630 ℃)退火后7Mn钢在单轴拉伸过程中的组织演变和应力、应变分布进行模拟,并与试验结果进行对比。结果表明:当残余奥氏体沿着拉伸方向分布时,更容易发生协同变形,从而缓解铁素体中的应变集中,使体系处于较高的应力状态;在600 ℃退火后残余奥氏体稳定性较高,均匀塑性变形结束时仅有部分残余奥氏体转变为马氏体,而630 ℃退火后拉伸时残余奥氏体大部分转变为马氏体,模拟得到残余奥氏体含量与试验结果相吻合,相对误差小于5%,验证了基于RVE模型模拟组织演变的准确性;在615,630 ℃退火后,模拟得到应力-应变曲线与试验结果吻合较好,相对误差小于5%,验证了基于RVE模型模拟单轴拉伸行为的准确性,但在600 ℃退火后,由于各相本构模型未考虑到细晶强化和固溶强化作用,导致模拟结果与试验结果存在较大偏差。
材料检测与仪器设备
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  微米尺度压痕测试设备的研发及其可靠性

  伍杰, 孙坤, 马增胜

  机械工程材料. 2022, 46(2): 88-94. https://doi.org/10.11973/jxgccl202202014

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  基于Oliver-Pharr方法和断裂韧度测试方法成功研制了一台微米尺度压痕测试设备,使用有限元方法对其机械可靠性进行验证,并利用该设备测试了高纯铝和氧化锆陶瓷的力学性能参数,验证设备的测试性能。结果表明:所研制的微米尺度压痕测试设备结构稳定,设计合理,闭环控制稳定性好,噪声水平较低,满足测试要求。采用该设备在不同压入载荷下测得高纯铝及氧化锆陶瓷的硬度、弹性模量以及断裂韧度与使用标准压痕设备测试得到的结果一致,相对误差小于7%,证明了该设备测试结果的准确性。