2022年, 第46卷, 第3期　
刊出日期：2022-03-20

  

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  机械工程材料. 2022, 46(3): 0-0.

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综述
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  火电厂中铁素体/奥氏体钢焊接接头的蠕变断裂行为研究进展

  缪克基, 刘建峰, 尹阳阳, 王婷, 刘川槐, 袁斌霞, 潘卫国, 尹诗斌

  机械工程材料. 2022, 46(3): 1-6,12. https://doi.org/10.11973/jxgccl202203001

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  综述了火电厂中铁素体/奥氏体钢焊接接头在服役过程中的显微组织演变和Ⅳ型裂纹的形成、扩展及蠕变断裂机制，重点分析了该类焊接接头薄弱位置的蠕变断裂行为，总结了铁素体钢热影响区发生蠕变断裂的影响因素，并给出了提高焊接接头蠕变性能的相关建议，最后对未来的研究方向进行了展望。
试验研究
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  钒含量对表面离子渗氮热作模具钢组织与性能的影响

  陈蒙, 吴日铭

  机械工程材料. 2022, 46(3): 7-12. https://doi.org/10.11973/jxgccl202203002

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  参照4Cr5Mo2V热作模具钢的化学成分，制备了钒质量分数分别为0，0.55%和0.9%的试验钢，并进行了表面离子渗氮处理，研究了钒含量对渗氮后热作模具钢组织和性能的影响。结果表明：3种试验钢的基体组织均为马氏体，渗氮层主要由白亮层和扩散层组成；随着钒含量提高，试验钢基体组织明显得到细化，白亮层分布变得连续，扩散层厚度先变大后减小，当钒含量为0.55%时，基体组织最细小，扩散层最厚；添加钒后，扩散层中出现弥散分布的富含碳、氮、铬、钒元素的细小颗粒状析出相，随着钒含量提高至0.9%，析出相数量减少，尺寸增大；试验钢的表面硬度和耐磨性随钒含量提高先提高后降低，当钒含量为0.55%时，表面硬度最高，为1 287.3 HV，摩擦因数最低，为0.15，磨损机制为磨粒磨损。
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  扩链剂ADR和成核剂LAK对PLLA/PBAT共混物结晶行为和性能的影响

  明美华, 王林达, 周锋, 张勇

  机械工程材料. 2022, 46(3): 13-18,24. https://doi.org/10.11973/jxgccl202203003

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  通过熔融共混法制备了左旋聚乳酸（PLLA）/聚己二酸-对苯二甲酸丁二醇酯（PBAT）（80/20，质量份）共混物，研究了添加1质量份扩链剂ADR和1质量份成核剂LAK对PLLA/PBAT共混物结晶行为、力学性能、流变行为和热稳定性的影响。结果表明：加入扩链剂ADR后，PLLA/PBAT共混物的结晶度下降，但韧性和冲击强度提高，PLLA与PBAT之间的相容性得到改善；进一步加入成核剂LAK后，共混物的结晶度显著上升，断裂伸长率和冲击强度下降，但共混物仍具有较好的韧性；扩链剂ADR改善了共混物的成型加工性能和耐热性，进一步加入成核剂LAK后改善效果略有下降；同时加入扩链剂ADR和成核剂LAK后，PLLA/PBAT共混物同时具备高结晶度和良好的性能。
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  SiC和WS₂颗粒协同改性铜/聚酰亚胺树脂基复合材料的摩擦磨损性能

  蔡佳琨, 吴集思, 李晓阳, 杨成刚, 张强

  机械工程材料. 2022, 46(3): 19-24. https://doi.org/10.11973/jxgccl202203004

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  采用粉末冶金法制备了总质量分数为20% SiC与WS₂的铜/聚酰亚胺树脂基复合材料，WS₂和SiC质量比分别为1：3，3：5，1：1，5：3，3：1，研究了固体润滑剂WS₂与增强相SiC质量比对复合材料微观形貌和摩擦磨损性能的影响。结果表明：当WS₂与SiC质量比为3：5时，复合材料中开始形成以WS₂颗粒为核、SiC颗粒为壳的核-壳结构；随着WS₂与SiC质量比的增加，核-壳结构由扁平状变为圆形，且数量增多，面积增大，复合材料的摩擦磨损性能先提高后降低，磨损机制从磨粒磨损转变为疲劳磨损，最后转变为严重的磨粒磨损；当WS₂与SiC质量比为5：3时，复合材料的摩擦磨损性能最好。
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  氯离子杂质对304和316L奥氏体不锈钢在熔融硝酸盐中腐蚀行为的影响

  尹绪中, 李恒, 唐建群, 巩建鸣

  机械工程材料. 2022, 46(3): 25-30,37. https://doi.org/10.11973/jxgccl202203005

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  采用恒温全浸腐蚀试验方法，研究了304和316L奥氏体不锈钢在565℃含不同质量分数（0，0.6%，1.0%，1.4%）氯离子杂质熔融硝酸盐（60% NaNO₃+40% KNO₃，质量分数）中的腐蚀行为。结果表明：在4种熔融硝酸盐中，304和316L不锈钢的腐蚀动力学曲线均呈抛物线型；随着氯离子含量增加，304和316L不锈钢的腐蚀速率均显著提升，腐蚀程度逐渐加重，腐蚀产物层在与基体结合处的裂纹增多，氯离子杂质通过活性氧化腐蚀作用加速了不锈钢腐蚀；与316L不锈钢相比，304不锈钢对氯离子杂质的腐蚀作用更敏感。
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  热扩散温度对电镀锌C72D2钢丝镀层结构及性能的影响

  华欣, 王威, 肖明, 姚利丽

  机械工程材料. 2022, 46(3): 31-37. https://doi.org/10.11973/jxgccl202203006

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  采用电镀工艺在C72D2钢丝表面镀锌，单位面积镀层质量为45 g·m^-2，然后在不同温度（450~550℃）下进行热扩散处理，采用湿式拉拔工艺将镀锌钢丝拉拔成单丝，研究了热扩散温度对镀层结构、单丝抗拉强度及单丝旋转弯曲疲劳性能的影响；通过与热浸镀锌钢丝和单丝的对比，优选出最佳的电镀锌热扩散工艺。结果表明：随着热扩散温度升高，电镀锌钢丝镀层中的锌铁合金相增多，且富铁相增多，富锌相减少，在520℃以上时生成Fe₃Zn₁₀脆性相，镀层出现裂纹；经480℃热扩散处理的电镀锌单丝与热浸镀锌单丝相比，抗拉强度较高，镀层损失较小，疲劳寿命相近，满足电梯曳引带钢丝绳用单丝的使用要求。
材料性能及应用
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  固溶处理对Mg-Ce合金耐腐蚀性能的影响

  陈燕飞, 张金祥, 冷翔, 徐玉友, 汪光鑫, 王玉香

  机械工程材料. 2022, 46(3): 38-44. https://doi.org/10.11973/jxgccl202203007

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  以纯镁锭和Mg-30Ce中间合金为原料熔炼制备了铈质量分数为0.1%，0.5%，1%的Mg-Ce合金，并进行了420℃×8 h固溶处理，研究了固溶处理对不同铈含量合金显微组织和耐腐蚀性能的影响。结果表明：不同铈含量铸态Mg-Ce合金晶界处和晶粒内均有大量Mg-Ce稀土中间相，且随铈含量增加，中间相增多，固溶处理后，中间相大部分溶解于镁基体内；不同铈含量铸态合金的腐蚀形式为点蚀，中间相与镁基体形成原电池，镁基体作为阴极受到保护，合金耐腐蚀性能较好；固溶处理后，铈固溶于镁基体使得腐蚀区域扩大，与铸态相比，合金的自腐蚀电流密度显著升高，耐腐蚀性能降低，腐蚀形式转变为面蚀，且铈含量越高，合金耐腐蚀性能越差。
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  焊接温度对5A06铝合金瞬时液相扩散焊接头组织与性能的影响

  李振豪, 赵丕峰, 苗鑫, 姚尚君, 陈思杰

  机械工程材料. 2022, 46(3): 45-50. https://doi.org/10.11973/jxgccl202203008

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  采用Al-Cu-Si-Ni非晶箔作为中间层，在氩气保护下对5A06铝合金进行瞬时液相扩散焊，焊接时间为10 min，焊接压力为2.5 MPa，研究了焊接温度（550~590℃）对接头组织和性能的影响。结果表明：焊接温度的升高可以促进中间层降熔元素铜、硅、镍的扩散，减少焊缝组织中脆性相的生成，从而提高接头的抗拉强度，但焊接温度为590℃时，接头抗拉强度下降；在试验条件下连接5A06铝合金的最佳焊接温度为580℃，此时中间层降熔元素与母材间扩散充分，接头连接界面模糊，接头质量较好，焊缝中心硬度最低，为76.5 HV，抗拉强度最大，达到239 MPa，断裂方式为韧性断裂。
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  晶粒形态对HR3C耐热不锈钢时效脆性的影响

  宋爱玲, 曹铁山, 程从前, 赵杰

  机械工程材料. 2022, 46(3): 51-56. https://doi.org/10.11973/jxgccl202203009

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  通过热锻+固溶处理制备了具有3种晶粒形态（细小、粗大和伸长）的HR3C钢，研究了其在700℃时效500~2 000 h后的显微组织、析出相形貌、硬度和冲击韧性，探讨了晶粒形态对其时效脆性的影响。结果表明：具有粗大晶粒的HR3C钢晶粒尺寸分布均匀，M₂₃C₆碳化物沿晶界连续析出，硬度及冲击韧度低，时效后呈脆性断裂；具有细小晶粒的HR3C钢晶粒尺寸分布均匀，M₂₃C₆碳化物在晶界呈链状分布，硬度和冲击韧度较高，时效后呈脆性和韧性混合断裂；具有伸长晶粒的HR3C钢晶粒尺寸分布不均匀，M₂₃C₆碳化物在晶界分布较不连续，硬度和冲击韧度高，时效后呈韧性断裂。
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  碳陶复合材料的摩擦磨损性能

  周蕊, 韩文静, 施伟伟, 李国胜, 刘帅

  机械工程材料. 2022, 46(3): 57-62. https://doi.org/10.11973/jxgccl202203010

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  在碳碳坯体的基础上，通过液相渗硅法制备了密度为2.0~2.2 g·cm^-3、用于飞机刹车片的碳陶复合材料，研究了该材料的物相组成、微观结构、力学性能，通过模拟飞机不同制动条件，利用大样试验台架对1.4 MJ能载下该材料摩擦副的干、湿态摩擦磨损性能进行了研究。结果表明：该材料由碳相、β-SiC相及硅相组成，SiC相主要分布在碳纤维束之间及短切碳纤维构成的网胎层中；该材料的垂直和平行弯曲强度分别为132.7，135.5 MPa，层间剪切强度可达12.2 MPa。在0.2~0.5 MPa制动压力、5~27 m·s^-1制动速度下，随制动速度的增加，该材料的干态动摩擦因数在0.30~0.65区间先升高后降低，并与制动压力负相关；在0.5 MPa制动压力下，当制动速度由25 m·s^-1升高至27 m·s^-1时，湿态动摩擦因数的衰减率小于10%。在制动压力0.55 MPa，制动速度25 m·s^-1下，不同磨损状态下的每次每面平均线磨损率为0.001 2~0.001 3 mm，磨损率整体较低且较稳定。
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  淬火温度对45钢淬火开裂的影响

  张坤, 骆文锋, 郭小童, 黄凯, 朱刚

  机械工程材料. 2022, 46(3): 63-67. https://doi.org/10.11973/jxgccl202203011

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  对直径为8 mm的密封螺塞用锻造正火态45钢棒进行（750~880）℃×15 min淬火和550℃×30 min高温回火处理，研究了不同淬火温度下试样的显微组织、断口形貌和硬度，分析淬火温度对开裂的影响，并对热处理工艺进行优化。结果表明：当淬火温度为750，780℃时，淬火后试样均未发生开裂，而当淬火温度为800～880℃时均发生了开裂；随着淬火温度的升高，组织中铁素体减少，晶粒尺寸增大，硬度先升高后降低；在800~830℃淬火时，淬火开裂的原因为过冷奥氏体在马氏体转变相区冷却速率过大，组织应力在试样外层集中，裂纹以沿晶和穿晶混合方式扩展；在850~880℃淬火时，淬火温度较高，晶界弱化，在组织应力与热应力的共同作用下裂纹沿晶界扩展。在830℃淬火前增加3~5 s室温缓冷工序再回火后45钢既可获得最佳的回火索氏体组织与较高的硬度，又可避免淬火开裂。
物理模拟与数值模拟
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  α+β两相区压缩变形后TC21合金的显微组织模拟

  余新平, 潘光永, 黄庆华, 潘巧玉

  机械工程材料. 2022, 46(3): 68-74,82. https://doi.org/10.11973/jxgccl202203012

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  使用Gleeble-3500型热模拟试验机对轧制态TC21合金在α+β两相区进行压缩变形试验，研究了合金在不同热变形温度（870~960℃）、不同应变速率（0.001~1 s^-1）条件下的组织和流变应力曲线，建立了流变应力本构方程和动态再结晶位错密度模型，并进行了显微组织模拟及验证。结果表明：合金的流变应力曲线呈现的软化机制以动态再结晶为主；应变速率一定时，变形后组织中α相含量随变形温度升高不断减少，α相尺寸先增大后减小；变形温度为870，900℃时，α相尺寸随应变速率增大而先减小后增大，变形温度升至930℃靠近相变点时，α相含量急剧减少，随应变速率增大，β相晶粒发生动态再结晶，晶粒细化；建立的应力计算模型用于峰值应力的预测，其结果较为准确，平均相对误差为6.274%；基于流变应力本构方程和位错密度模型进行的动态再结晶组织演变模拟结果与试验得到的显微组织基本相符，计算模型较为准确。
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  Al-8.8Zn-1.4Mg-0.5Cu-0.1Sc-0.1Er-0.1Zr合金的热变形行为及热加工图

  邢清源, 何维维, 王海龙, 杨守杰

  机械工程材料. 2022, 46(3): 75-82. https://doi.org/10.11973/jxgccl202203013

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  采用Gleeble-3800型热模拟试验机对Al-8.8Zn-1.4Mg-0.5Cu-0.1Sc-0.1Er-0.1Zr合金在变形温度380~440℃，应变速率0.01~10 s^-1，变形量45%，60%条件下进行等温压缩试验，研究了该合金的热变形行为，构建了变形本构方程和基于动态材料模型的热加工图，确定了最佳热加工工艺参数区间，并对特征区的组织进行了分析。结果表明：试验合金的等温压缩过程具有等温流变特征、正应变速率和负温度敏感性；在试验范围内最佳的热加工工艺参数为变形温度425~440℃、应变速率0.01~0.02 s^-1；合金的失稳区主要发生在大变形量、低变形温度、高应变速率条件，组织中位错塞积和绝热剪切带的出现是试验合金发生失稳的主要原因。
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  焊接顺序对X80钢管道B型套筒熔化极活性气体保护电弧焊接残余应力的影响

  李琴, 唐崇尧, 常维纯, 郭旭, 李德杰, 徐兆东

  机械工程材料. 2022, 46(3): 83-88,94. https://doi.org/10.11973/jxgccl202203014

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  基于X80钢大尺寸管道与B型套筒间熔化极活性气体保护电弧焊环焊缝的热源与本构方程，建立焊接接头的有限元模型，模拟了左右两端同时焊接、左右两端交替焊接以及左右两端先后焊接3种焊接顺序下焊接接头的残余应力分布，并通过盲孔法验证模拟结果的准确性，讨论了焊接顺序对焊接残余应力的影响规律。结果表明：焊接接头的最大残余应力均位于外壁面距盖面焊道1.8~3 mm内，不同焊接顺序下管道和套筒左右两端残余应力分布规律相近；左右两端同时焊接顺序下管道和套筒的峰值残余应力最大，均位于外壁起焊点附近；有限元模拟结果与试验结果的相对误差小于9.15%，模拟结果较准确；左右两端先后焊接顺序对最大焊接残余应力的影响程度最小。
失效分析
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  某火电机组三连杆恒力弹簧支吊架弹簧拉杆断裂原因

  刘明, 白佳, 王鲁, 房璐璐, 丁乔峰

  机械工程材料. 2022, 46(3): 89-94. https://doi.org/10.11973/jxgccl202203015

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  某火电机组三连杆恒力弹簧支吊架弹簧拉杆发生断裂，通过宏/微观形貌观察、化学成分分析、显微组织观察、力学性能测试及受力仿真计算等方法分析了弹簧拉杆断裂原因。结果表明：断裂弹簧拉杆材料为疲劳性能较差的非调质态45钢；弹簧拉杆螺纹加工长度不足及表面加工缺陷使其在第一个螺纹牙根部产生应力集中，形成裂纹源；三连杆恒力弹簧支吊架在运行过程中，其内部弹簧拉杆发生偏斜，承受附加弯矩，在轴向拉力、弯曲载荷及管道振动产生的附加交变应力的共同作用下，弹簧拉杆发生低应力高周疲劳断裂。