2022年, 第46卷, 第4期　
刊出日期：2022-04-20

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  机械工程材料. 2022, 46(4): 0-0.

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综述
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  铁素体/奥氏体双相不锈钢高能量密度焊接研究现状

  张志强, 徐誉桐, 张天刚, 张宇航, 王浩, 杨凡

  机械工程材料. 2022, 46(4): 1-11. https://doi.org/10.11973/jxgccl202204001

  摘要 ( 161 ) PDF全文 ( 599 )   可视化   收藏

  铁素体/奥氏体双相不锈钢独特的组织特征使其兼具塑韧性好、耐腐蚀性能好、强度高的优势，在海洋工程、石油化工等多个领域具有广阔的应用前景。高能量密度焊接技术具有热影响区窄、变形程度小、残余应力低、焊接速度快、生产效率高等显著优点，近年来引起了学者的高度关注。从焊接方法和焊接工艺2个方面介绍了双相不锈钢高能量密度焊接技术的研究进展，综述了高能量密度焊接和焊后热处理态接头的组织和性能，最后提出目前双相不锈钢高能量密度焊接研究中存在的问题并给出了未来的研究方向。
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  钨极惰性气体保护焊熔池流动特性研究方法

  李渊博, 郑文星, 叶韬, 麻帅川, 赵锡龙

  机械工程材料. 2022, 46(4): 12-20. https://doi.org/10.11973/jxgccl202204002

  摘要 ( 109 ) PDF全文 ( 371 )   可视化   收藏

  钨极惰性气体保护（TIG）焊过程中的熔池流动对焊缝最终几何形状、显微组织、残余应力等有重要影响，了解熔池流动特性对控制焊缝质量和性能有重要意义。目前，熔池流动特性的研究方法主要分为试验测试、数值模拟和量纲分析3大类，综述了近年来国内外关于TIG焊熔池流动特性研究方法的现状，对比分析了不同研究方法的特点，并对今后的研究方向进行了展望。
试验研究
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  纯钛表面FeCoNiCr_0.5Al_0.8高熵合金脉冲激光熔覆层的显微组织和性能

  尹正生, 薛鑫宇, 蒋永锋, 陆韬, 赵丽娟, 纪秀林

  机械工程材料. 2022, 46(4): 21-25,31. https://doi.org/10.11973/jxgccl202204003

  摘要 ( 107 ) PDF全文 ( 327 )   可视化   收藏

  采用脉冲激光熔覆技术在TA2工业纯钛表面制备了FeCoNiCr_0.5Al_0.8高熵合金熔覆层，研究了熔覆层的显微组织、物相组成、硬度和高温抗氧化性能。结果表明：熔覆层和基体间形成良好的冶金结合，熔覆层中不存在裂纹、气孔等缺陷，熔合界面较平直；熔覆层表面熔池边界线处为细小等轴晶，中部为树枝晶，熔覆层截面组织为层状分布的细晶；熔覆层由简单面心立方结构Ti₂Ni和AlCTi₂组成；熔覆层的平均硬度为761.23 HV，是基体硬度的4倍以上；熔覆层具备良好的高温抗氧化性能，在800℃氧化120 h后的单位面积质量增加量为17 mg·cm^-2，仅约为基体的1/3。
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  钨在不同损伤程度氦离子辐照后的力学性能变化

  陈婉琦, 李馨楠, 李恺伦, CHIU Yulung, 刘伟

  机械工程材料. 2022, 46(4): 26-31. https://doi.org/10.11973/jxgccl202204004

  摘要 ( 219 ) PDF全文 ( 227 )   可视化   收藏

  采用不同能量和束流的氦离子对再结晶钨表面进行辐照试验，对辐照损伤分别为0.2，0.5，1.0 dpa下钨的微观形貌进行观察，并采用不同半径（1，5，10 μm）球形压头对其进行纳米压痕试验，获得压痕应力-应变曲线，探究其力学性能的变化及原因。结果表明：不同损伤程度辐照后钨表面损伤层的厚度为554~558 nm；随着辐照损伤程度的加剧，钨中位错环密度明显增大；辐照后钨的压痕应力-应变曲线均未出现突跳现象，且随着辐照损伤程度的增加，屈服强度提高，压痕弹性模量基本保持不变，辐照后产生的位错环缺陷是引起钨力学性能发生变化的直接原因；钨的力学性能具有压痕尺寸效应，压头半径越小，钨的屈服强度越高，未辐照钨的压痕应力-应变曲线出现突跳现象时的压痕应力越大。
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  TiO₂掺杂对CaO-Al₂O₃-SiO₂系玻璃结构和性能的影响

  陈超, 朱钦塨, 王焕平, 徐时清, 曹永盛, 裴魏魏

  机械工程材料. 2022, 46(4): 32-36. https://doi.org/10.11973/jxgccl202204005

  摘要 ( 181 ) PDF全文 ( 96 )   可视化   收藏

  采用传统熔体冷却法制备TiO₂掺杂量（物质的量分数）为0~5.0%的CaO-Al₂O₃-SiO₂（CAS）系玻璃，研究了TiO₂掺杂量对该玻璃微观结构、热稳定性、弯曲强度的影响规律。结果表明：TiO₂在CAS系玻璃网络中主要以[TiO₅]单元的形式存在，随着TiO₂掺杂量的增加，玻璃中的[TiO₅]单元和Ti-O-Si键数量先增加后降低，玻璃网络中的桥氧数量先增多后减少，玻璃的光学带隙先增大后减小，且均在TiO₂掺杂量为4.0%时达到最大值；随着TiO₂掺杂量的增加，CAS系玻璃的热稳定性和弯曲强度均先提高后降低，当TiO₂掺杂量为4%时综合性能最好，此时玻璃化转变温度、弯曲强度和光学带隙分别为798.24℃，95.58 MPa，3.75 eV。
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  温度对汽轮机转子用2CrMo合金钢高周疲劳性能的影响

  高倩倩, 胡本润, 左强

  机械工程材料. 2022, 46(4): 37-41. https://doi.org/10.11973/jxgccl202204006

  摘要 ( 81 ) PDF全文 ( 80 )   可视化   收藏

  在室温和高温（450，500，566℃）下对某进口汽轮机转子用2CrMo合金钢进行了拉伸试验和轴向力控制的高周疲劳试验，基于试验数据得到该钢的高周疲劳应力-寿命曲线，并通过广义中值曲面模型得到了中值寿命曲面，研究了温度对高周疲劳性能的影响。结果表明：试验钢的屈服强度、抗拉强度和弹性模量随温度的升高而下降；相同应力水平下，高周疲劳寿命随温度的升高而下降，高应力比（0.5，0.8）下，高周疲劳寿命受应力水平影响较大。低应力比（-1，-0.3）下高周疲劳断口为典型的轴向承载高周疲劳断口，在高温时疲劳源呈多源特点，室温时为单一裂纹源；高应力比（0.5，0.8）下高周疲劳断口呈现拉伸断口特征，室温下断口存在明显的放射区、纤维区和剪切唇区，高温下只有纤维区和剪切唇区。
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  不同沉积路径冷金属过渡电弧增材制造H13钢成形件的显微组织和硬度

  李旭锋, 林健, 夏志东, 韩文涛, 雷永平, 王招阳

  机械工程材料. 2022, 46(4): 42-47,55. https://doi.org/10.11973/jxgccl202204007

  摘要 ( 132 ) PDF全文 ( 269 )   可视化   收藏

  在不同沉积路径下采用冷金属过渡电弧增材制造技术制备了H13钢成形件，基于热-弹塑性有限元法对成形件的热历程进行了分析，并通过试验研究了成形件的显微组织和硬度。结果表明：同向和双向路径沉积得到5层单道和单层5道成形件的热历程基本一致，双向沉积5层单道成形件第3层中间点的峰值温度远高于双向沉积单层5道成形件第3道中间点，5层单道成形件的热累积效应更明显；5层单道成形件的板条状马氏体组织比单层5道成形件的粗大；同向沉积5层单道成形件在同一高度上的硬度略高于双向沉积成形件，同向沉积和双向沉积单层5道成形件在水平方向的硬度分布基本相同，5层单道成形件的平均硬度略低于单层5道成形件。
材料性能及应用
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  钼含量对4Cr5MoV热作模具钢冷热疲劳性能的影响

  邓俊杰, 周健, 刘建雄, 迟宏宵, 林鹏

  机械工程材料. 2022, 46(4): 48-55. https://doi.org/10.11973/jxgccl202204008

  摘要 ( 187 ) PDF全文 ( 76 )   可视化   收藏

  采用室温至600℃的自约束冷热疲劳试验方法对含不同质量分数（1.8%，3.1%）钼的4Cr5MoV热作模具钢进行了试验，分析了表面与截面裂纹形貌、显微组织以及硬度变化，研究了钼含量对该热作模具钢冷热疲劳性能的影响。结果表明：经1 000次冷热疲劳循环后，含质量分数3.1%钼的试验钢表面产生细小稀疏裂纹，并且裂纹数量明显少于含质量分数1.8%钼的试验钢，含质量分数3.1%钼的试验钢具有更高的抗回火软化性，高的表面硬度可以延缓模具钢中冷热疲劳裂纹的萌生；经2 000次冷热疲劳循环后，含质量分数3.1%钼的试验钢截面裂纹扩展深度大于含质量分数1.8%钼的试验钢，其裂纹扩展速率较大，这与含质量分数3.1%钼的试验钢具有较低的室温冲击韧性和大量碳化物的粗化有关
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  不同条件下SA533 Gr.B合金钢与石墨摩擦副的摩擦磨损性能

  田洪志, 王文东, 王飞

  机械工程材料. 2022, 46(4): 56-62. https://doi.org/10.11973/jxgccl202204009

  摘要 ( 80 ) PDF全文 ( 225 )   可视化   收藏

  分别将石墨化度和抗压强度不同的2种石墨与SA533 Gr.B合金钢组成摩擦副，用环块摩擦试验机测试不同润滑方式下的摩擦磨损性能，对磨损形貌进行观察。结果表明：在干摩擦稳定阶段，合金钢与石墨化度高且抗压强度低的石墨配副时摩擦副的摩擦因数大于与石墨化度低且抗压强度高的石墨配副，同时石墨化度低且抗压强度高的石墨的磨损率较低；在硼酸溶液中湿摩擦条件下，合金钢与不同石墨配副时摩擦副的摩擦因数差异不大，呈波动变化趋势，石墨的磨损率均高于干摩擦条件下；在剪切应力下，石墨化度低且抗压强度高的石墨在合金钢表面形成的转移膜较薄，且与钢基体结合紧密；石墨在干摩擦和硼酸溶液中湿摩擦条件下的磨损机制均以磨粒磨损为主。
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  L360N管线钢在页岩气田采出水中硫酸盐还原菌作用下的腐蚀行为

  刘芯月, 张兰, 岳明, 何莎, 赵琪月

  机械工程材料. 2022, 46(4): 63-68,74. https://doi.org/10.11973/jxgccl202204010

  摘要 ( 93 ) PDF全文 ( 125 )   可视化   收藏

  以1 mL水样分别含有10³，10⁵，10个硫酸盐还原菌（SRB）的某页岩气田集输管线的分离器采出水（记作1^#，2^#，3^#水样）为试验介质，研究L360N管线钢在不同水样中浸泡14 d的腐蚀行为。结果表明：水样中的SRB数量越多，管线钢的腐蚀速率越大，腐蚀程度越严重；浸泡14 d后，在1^#水样中管线钢表面含有FeS，高浓度HCO₃^-有助于腐蚀产物膜的生成，在2^#水样中，管线钢表面的FeS含量最高，腐蚀产物呈团簇状不均匀分布，高浓度Cl^-和低浓度HCO₃^-共同加速了膜层的破损，在3^#水样中，管线钢表面较平整，腐蚀产物很少，腐蚀程度最轻。
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  电站中超期服役10CrMo910钢的高温蠕变行为

  高悦敏, 杜好阳, 叶丰, 崔伦

  机械工程材料. 2022, 46(4): 69-74. https://doi.org/10.11973/jxgccl202204011

  摘要 ( 143 ) PDF全文 ( 339 )   可视化   收藏

  对某热电厂机组中运行2×10⁵ h以上的主蒸汽管道用10CrMo910钢进行不同温度（535，560，580℃）的高温蠕变试验，研究该钢的高温蠕变行为及组织演变过程。结果表明：不同温度高温蠕变后，超期服役10CrMo910钢的晶粒发生了明显变形，贝氏体和铁素体基体中都发生了再结晶，析出相粗化，蠕变孔洞变大变深，蠕变损伤加重；随着蠕变温度的升高，蠕变断裂时间从4 633 h降低到2 314 h，高温蠕变断裂强度从87.7 MPa降低到58.3 MPa，10CrMo910钢的高温蠕变性能降低；蠕变断口为韧窝状，无明显的剪切撕裂区，可见明显的二次裂纹和析出相，断裂方式均为准解理断裂。
物理模拟与数值模拟
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  真空感应气体雾化技术中紧耦合环缝喷嘴雾化过程的仿真

  孙迎建, 周利杰, 宫翔, 张鹏程, 郝瑞林

  机械工程材料. 2022, 46(4): 75-81. https://doi.org/10.11973/jxgccl202204012

  摘要 ( 117 ) PDF全文 ( 528 )   可视化   收藏

  采用流体体积方法耦合雷诺应力模型与离散相模型结合泰勒类比不稳定性破碎模型，利用计算流体力学软件Fluent19.2，对紧耦合环缝喷嘴初次雾化与二次雾化进行全流程仿真，并进行了试验验证。结果表明：初次雾化过程使导流管底部形成环形液膜结构，液膜前端的初次雾化主要是气体射流自由边界湍流剪切的结果，并且初次雾化形成的液滴直径满足正态分布；随着分散的液滴群外侧接触气体射流，从液滴群的外侧开始向心部发生二次雾化过程，但是未接触气体射流的液滴仍保持较高的过热度。仿真得到紧耦合环缝喷嘴二次雾化后粉末的直径与试验结果吻合较好，相对误差小于5%，验证了仿真的准确性。
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  颗粒增强金属基复合材料细观有限元建模方法的对比

  刘骏华, 张娟, 张晨, 黄兴民

  机械工程材料. 2022, 46(4): 82-88,94. https://doi.org/10.11973/jxgccl202204013

  摘要 ( 107 ) PDF全文 ( 214 )   可视化   收藏

  以原位生成法制备的TiB₂颗粒增强铁基复合材料为研究对象，通过纳米压痕试验及有限元反演分析确定基体的幂硬化模型参数，建立二维细观真实结构模型和颗粒随机分布的体胞模型，然后模拟单轴拉伸试验，用等效宏观方法计算真应力-真应变曲线，对2种模型的模拟结果进行对比，并探讨边界条件对模拟结果的影响。结果表明：边界条件对模拟单轴拉伸时的真应力-真应变曲线影响较小；2种模型模拟得到单轴拉伸的真应力-真应变曲线差异较小，且与试验结果吻合，相对误差小于5%；真实结构模型模拟得到的弹性模量与屈服强度的误差小于体胞模型；不同模型模拟得到基体与颗粒的局部微观等效应力场及应变场有明显差异。
失效分析
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  航空发动机火焰筒整流罩断裂原因

  刘欢, 高建辉, 迟庆新, 门玉宾, 佟文伟, 李艳明

  机械工程材料. 2022, 46(4): 89-94. https://doi.org/10.11973/jxgccl202204014

  摘要 ( 143 ) PDF全文 ( 246 )   可视化   收藏

  某航空发动机火焰筒整流罩在工作过程中发生断裂，通过宏/微观形貌观察、表面质量检查、金相检验、疲劳试验和动应力测试等方法分析了断裂原因。结果表明：整流罩断裂性质为高周疲劳断裂，疲劳裂纹源位于整流罩转角应力集中处；整流罩原始锻件晶粒尺寸粗大，使得疲劳强度较低，这是整流罩发生疲劳断裂的一个主要原因；在最大振动应力作用下，整流罩转角应力集中处载荷过大，明显高于其动强度储备，这是整流罩发生疲劳断裂的另一主要原因；整流罩转角应力集中处的异常轴向划痕进一步提高了此处的应力集中系数，促进了疲劳裂纹的萌生。