2022年, 第46卷, 第6期　
刊出日期：2022-06-20

  

• 全选
  |

目录
• Select
  目录

  机械工程材料. 2022, 46(6): 0-0.

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
试验研究
• Select
  TiAl合金熔炼用La₂O₃掺杂Y₂O₃陶瓷坩埚材料的制备与性能

  李浩然, 刘岩, 袁明, 杨金晶, 刘学建, 黄政仁

  机械工程材料. 2022, 46(6): 1-6. https://doi.org/10.11973/jxgccl202206001

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  通过固相掺杂和真空烧结技术制备了掺杂不同质量分数(0~15%) La₂O₃的Y₂O₃陶瓷,研究了陶瓷的微观结构、抗弯强度,并用该陶瓷进行TiAl合金熔炼试验,分析了界面微观结构、界面反应类型以及合金熔体的氧含量。结果表明:随着La₂O₃掺杂量的增加,La₂O₃掺杂Y₂O₃陶瓷的开气孔率先减小后增大,抗弯强度先升高后降低,当La₂O₃掺杂质量分数为10%时,陶瓷的开气孔率最小,抗弯强度最高,分别为0.45%,104 MPa;用质量分数10% La₂O₃掺杂Y₂O₃陶瓷熔炼TiAl合金后,二者界面出现了平均厚度为2.10 μm的过渡层,过渡层的物相为YLaO₃,陶瓷与合金间发生物理溶蚀反应,合金熔体的氧质量分数为2 400 mg·kg^-1,仅为未掺杂La₂O₃陶瓷的70%左右。
• Select
  电子束选区熔化成形Ti-6Al-4V合金不同沉积高度上的组织与性能

  高紫豪, 杨尚磊, 彭曾, 王贞涛

  机械工程材料. 2022, 46(6): 7-10,20. https://doi.org/10.11973/jxgccl202206002

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  采用电子束选区熔化技术制备了厚度10 mm的Ti-6A1-4V合金板,研究了沿沉积方向合金的显微组织、拉伸性能和显微硬度的变化。结果表明:合金组织以α集束和α片层交织的网篮组织为主,底部由于经历多次热循环作用,α片层较顶部的略粗大,初生β晶的宽度随沉积高度增加而略有增大;合金底部、中部和顶部的屈服强度和抗拉强度呈逐渐升高趋势,但差异不大;不同沉积高度处的拉伸试样均表现为韧性断裂,断口处存在孔洞和未熔化的球形粉末;合金顶部的平均硬度(约315 HV)略高于底部(约295 HV),拉伸后由于应变硬化效应硬度略有提高。
• Select
  放电等离子烧结TiCN/W-Cu复合材料的高温摩擦磨损性能

  黄友庭, 李晓伟, 查元飞, 周晓龙, 黄歆, 花能斌, 陈文哲, 彭栋梁

  机械工程材料. 2022, 46(6): 11-20. https://doi.org/10.11973/jxgccl202206003

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  以铜粉、TiCN粉以及由化学镀法制备的铜包覆钨复合粉末为原料,采用放电等离子烧结技术制备TiCN/W-Cu复合材料,研究了复合材料的组织、硬度和高温摩擦磨损性能。结果表明:复合材料组织致密,细小的TiCN颗粒弥散分布在钨和铜相界处;复合材料的相对密度为97.9%,硬度为282.7 HV,分别比W-Cu合金提高了0.6%和22.2%,常温与高温下的磨损率均低于W-Cu合金,25℃下复合材料的磨损机理以磨粒磨损为主,随着温度的升高,转变为疲劳磨损、黏着磨损与氧化磨损。
• Select
  (Sm_0.5Nd_0.5)₃Ce₇Ta₂O_23.5和(Yb_0.5Dy_0.5)₃Ce₇Ta₂O_23.5氧化物的热物理性能

  冉书明, 郭怡

  机械工程材料. 2022, 46(6): 21-25,30. https://doi.org/10.11973/jxgccl202206004

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  以高纯度Sm₂O₃、NdO₃、Dy₂O₃、Yb₂O₃、CeO₂和Ta₂O₅为原材料,采用多步高温固相烧结法制备了(Sm_0.5Nd_0.5)₃Ce₇Ta₂O_23.5和(Yb_0.5Dy_0.5)₃Ce₇Ta₂O_23.5氧化物,研究了其晶体结构、微观形貌、热物理性能等。结果表明:制备的氧化物均具有单一的萤石结构,其结构致密,晶界清晰,元素种类和原子比与化学式基本一致;这2种氧化物的热导率明显低于7YSZ,且(Yb_0.5Dy_0.5)₃Ce₇Ta₂O_23.5的热导率低于(Sm_0.5Nd_0.5)₃Ce₇Ta₂O_23.5的;(Yb_0.5Dy_0.5)₃Ce₇Ta₂O_23.5在900℃以上高温热膨胀系数略高于(Sm_0.5Nd_0.5)₃Ce₇Ta₂O_23.5,二者在1 200℃时的热膨胀系数分别是12.2×10^-6,12.5×10^-6 K^-1,均大于7YSZ的9×10^-6 K^-1;2种氧化物的热导率和热膨胀系数均满足热障涂层的要求。
• Select
  脉冲电流对GH4169合金高温压缩变形及动态再结晶行为的影响

  刘超, 孙旋, 王傲冰, 赵利颇, 田明

  机械工程材料. 2022, 46(6): 26-30. https://doi.org/10.11973/jxgccl202206005

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  通过950℃高温压缩试验模拟实际GH4169合金锻造加工过程,研究施加不同密度(0~4.5 kA·mm^-2)脉冲电流条件下合金的高温压缩变形及动态再结晶行为,并对脉冲电流的影响机制进行讨论。结果表明:在脉冲电流作用下,压缩时合金更易屈服变形,压缩变形抗力降低,且随着脉冲电流密度增大,压缩变形抗力降低程度更大,这与脉冲电流产生的电子风力促进位错运动有直接关系;随着脉冲电流密度的增大,合金发生一次再结晶后发生二次再结晶,这是因为脉冲电流可促进原子扩散,导致亚晶界迁移难度降低,从而对动态再结晶具有促进作用。
材料性能及应用
• Select
  应变幅对一种新型镍基单晶高温合金高温低周疲劳性能的影响

  水丽

  机械工程材料. 2022, 46(6): 31-35,43. https://doi.org/10.11973/jxgccl202206006

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  对一种新型镍基单晶高温合金在不同应变幅(0.7%～1.2%)下进行760℃高温低周疲劳试验,探讨了应变幅对合金低周疲劳行为的影响,分析了其疲劳塑性变形特点和疲劳断裂机制。结果表明:随着应变幅的增加,合金的低周疲劳寿命缩短,循环软化程度显著降低;当应变幅为0.7%,0.8%时,位错在与应力轴垂直的基体通道中的平面滑移及位错滑移带的形成是疲劳变形的主要方式,疲劳裂纹起源于合金内部缩孔处,断口形貌的主要特征是疲劳解理台阶和撕裂棱,断裂机制为解理断裂;当应变幅为1.0%,1.2%时,位错剪切γ'相粒子及层错的出现是合金变形的主要特征,裂纹起源于合金表面应力集中的滑移带或显微疏松位置,裂纹在{111}滑移面上沿〈110〉方向扩展,断口形貌的主要特征是锯齿台阶和河流花样,断裂机制为解理断裂。
• Select
  不同扩散焊工艺下以钽+铜为复合中间层的钛合金/不锈钢接头性能

  陈一帆, 张占领, 邱然锋

  机械工程材料. 2022, 46(6): 36-43. https://doi.org/10.11973/jxgccl202206007

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  分别在常规工艺(20℃·s^-1速率升温至1 000℃,保温1 200 s,压力6.7 MPa,空冷)和阶梯工艺(20℃·s^-1速率升温至1 050℃,停留2 s后以10℃·s^-1速率降温至950℃,此阶段压力2.8 MPa,然后在6.7 MPa压力下保温1 200 s,空冷)下,以加钽+铜为复合中间层对TC4钛合金与15-5PH不锈钢进行真空扩散焊,研究了接头的组织和性能。结果表明:复合中间层可阻碍钛合金与不锈钢间元素互扩散;阶梯工艺下接头的抗拉强度为550 MPa,高于常规工艺(390 MPa),这与柯肯达尔扩散空洞小且浅、焊后复合中间层厚度较小以及铜/钽界面连接质量较高有关。
• Select
  热压烧结工艺以及碳纤维含量对C/SiC复合材料性能的影响

  黄竑翔, 王峰, 贺智勇

  机械工程材料. 2022, 46(6): 44-48. https://doi.org/10.11973/jxgccl202206008

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  以SiC粉、碳纤维为原料,采用热压烧结工艺制备了C/SiC复合材料,结合正交试验和单因素试验研究了烧结压力、烧结温度和碳纤维含量对复合材料体积密度与抗弯强度的影响。结果表明:碳纤维含量对C/SiC复合材料体积密度的影响最大,烧结温度次之,烧结压力最小;烧结温度对抗弯强度的影响最大,碳纤维含量次之,烧结压力最小;当烧结压力为25 MPa、碳纤维体积分数为30%、烧结温度为2 100℃时,复合材料的综合性能最优,其体积密度为2.30 g·cm^-3,抗弯强度为80.50 MPa。烧结工艺与碳纤维含量的变化通过影响SiC的烧结程度及碳纤维与SiC基体的界面结合强度来影响复合材料的性能。
物理模拟与数值模拟
• Select
  奥氏体不锈钢的热压缩本构方程及动态再结晶行为

  孙文伟, 张楚函, 赵亚军, 王均亚, 赵秀明, 毛向阳

  机械工程材料. 2022, 46(6): 49-56,63. https://doi.org/10.11973/jxgccl202206009

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  利用Gleeble热力模拟试验机研究了304奥氏体不锈钢在变形温度950~1 150℃、应变速率0.05~1 s^-1条件下的热压缩行为,根据真应力-真应变曲线,基于Arrhenius模型构建其在高温下的本构方程,并建立热加工图;基于试验数据建立动态再结晶模型,采用Deform软件对该钢的再结晶行为进行模拟,并进行试验验证。结果表明:随着应变速率的增大或变形温度的降低,不锈钢的流变应力增大;在变形温度1 080~1 120℃、应变速率0.05~0.2 s^-1和变形温度1 120~1 150℃、应变速率0.5~1 s^-1下,该钢具有良好的热加工性能;模拟得到在变形温度1 000℃、应变速率0.05 s^-1和变形温度1 100℃、应变速率0.05 s^-1下,试样心部再结晶晶粒体积分数和尺寸与试验结果间的相对误差小于7.62％,验证动态再结晶模型的准确性。
• Select
  力学-电化学交互作用下E690钢的腐蚀疲劳裂纹扩展速率理论模型

  马剑军, 刘肖, 王恒

  机械工程材料. 2022, 46(6): 57-63. https://doi.org/10.11973/jxgccl202206010

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  基于腐蚀疲劳中力学-电化学交互作用过程的能量转换,利用能量守恒、电化学热力学及腐蚀电化学原理,研究在腐蚀疲劳体系中动能、势能以及阳极溶解电化学能的变化,建立E690高强钢的腐蚀疲劳裂纹扩展速率理论模型,并通过腐蚀疲劳裂纹扩展试验验证该理论模型的准确性。结果表明:质量分数3.5% NaCl溶液会加速E690高强钢疲劳裂纹初期的扩展,降低疲劳寿命,应力比的提高会明显加速腐蚀疲劳裂纹扩展,同时降低裂纹扩展门槛值;理论模型计算得到疲劳裂纹扩展速率与试验结果基本吻合,相对误差小于10%,说明该模型可以很好地描述E690高强钢的腐蚀疲劳裂纹扩展行为。
失效分析
• Select
  V150高强度钻杆刺穿的原因

  欧阳志英, 陈猛, 谢孝文

  机械工程材料. 2022, 46(6): 64-70. https://doi.org/10.11973/jxgccl202206011

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  V150高强度钻杆在某直井服役过程中于其加厚过渡带消失处出现刺穿现象,采用宏观形貌观察、磁粉探伤、微观形貌观察、化学成分分析、力学性能测试、有限元分析等方法对钻杆进行了失效分析。结果表明:该钻杆刺穿的原因为腐蚀疲劳。钻井液存在溶解氧和一定含量Cl^-,且pH较低,钻杆加厚过渡带区域因应力集中而产生严重氧腐蚀,并形成周向分布的密集点蚀坑;服役时钻杆跳钻严重,周期性的振动导致钻杆加厚过渡带消失处点蚀坑底部的较大应力集中效应产生周期性变化,并使得钻杆发生共振现象,从而加剧了点蚀坑底部疲劳裂纹的萌生及扩展,并最终导致钻杆刺穿。
专题报道（金属材料表面处理）
• Select
  基于声发射技术的锆合金微弧氧化涂层拉伸失效监测

  周腾, 陈寰, 李正阳, 岳雅楠, 张瑞谦, 蔡振兵

  机械工程材料. 2022, 46(6): 71-77,83. https://doi.org/10.11973/jxgccl202206012

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  通过恒压微弧氧化设备在锆合金基体表面制备了微弧氧化涂层,运用声发射技术对涂层试样的拉伸过程进行实时监测,通过声发射特征参数的分析与拉伸断口形貌的观察,研究了涂层试样的拉伸失效过程,并运用快速傅里叶变换识别了涂层拉伸失效的频率特征。结果表明:微弧氧化涂层对锆合金拉伸性能的影响主要表现在拉伸过程中的塑性阶段;在拉伸过程中,涂层中的微裂纹随机向各个方向扩展,导致涂层在塑性阶段(132~222 s)发生集中性剥离脱落现象,且试样断裂前涂层已基本从基体上脱落,仅在断口的局部区域零星分布一些不规则形状的涂层;涂层拉伸失效的频率特征是在0.023,0.039,0.055 MHz处出现了3个强烈的信号,并在大于0.8 MHz的频段中出现微弱的稳定信号。
• Select
  制动盘过度磨损表面激光再制造钴基合金熔覆层的摩擦磨损性能

  赵火平, 李士伟, 沈明学, 肖叶龙, 季德惠

  机械工程材料. 2022, 46(6): 78-83. https://doi.org/10.11973/jxgccl202206013

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  以Co06钴基合金粉末为熔覆材料,利用激光再制造技术在高铁列车30CrSiMoVA钢制动盘过度磨损表面制备熔覆层,研究了熔覆层的显微组织、硬度和摩擦磨损性能,并探讨了其磨损机制。结果表明:在制动盘过度磨损表面制备的熔覆层与基体结合良好,钴元素在熔覆层与基体界面处发生了扩散;熔覆层的平均显微硬度为548 HV,为基体硬度的2.3倍;激光再制造后制动盘的平均摩擦因数为0.485,小于原始制动盘,二者的磨损机制均为疲劳磨损和磨粒磨损,但激光再制造后制动盘的磨损程度较轻微;激光再制造后制动盘的磨损体积为7.709 mm³,小于原始制动盘(10.011 mm³),耐磨性能得到提高。
• Select
  纳秒激光制备超疏水TC4钛合金表面的抗结霜性能

  于庆华, 于世胜, 王帅, 申云磊, 陈列, 刘顿

  机械工程材料. 2022, 46(6): 84-90,97. https://doi.org/10.11973/jxgccl202206014

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  采用纳秒激光对TC4钛合金表面进行刻蚀,然后放入电热干燥箱内烘烤,研究了钛合金表面的浸润特性、微观结构及抗结霜性能。结果表明:在100 W激光功率下纳秒激光刻蚀和烘烤处理后钛合金表面接触角超过160°,而滚动角小于5°,具有非常好的超疏水性能,钛合金表面呈纳米级的凹坑、凸起和规则球状结构;激光刻蚀钛合金表面经烘烤后同时满足了粗糙微观结构与低表面能的条件,表面的浸润特性从超亲水状态转变为超疏水状态;在-15℃下激光刻蚀和烘烤后的超疏水钛合金表面9 μL水滴完全结冰所需时间为360 s,比未激光刻蚀钛合金延长了2倍以上,且水滴完全结冰后仍能保持大于130°的接触角;在-15℃恒湿条件下持续冷冻10 min后超疏水钛合金表面只出现了零散的小颗粒霜晶,而未激光刻蚀钛合金表面密集分布着大量小颗粒霜晶。
• Select
  热处理温度对电镀Ni-Sn-Cu合金镀层组织及性能的影响

  罗雪芳, 姚助, 刘定富

  机械工程材料. 2022, 46(6): 91-97. https://doi.org/10.11973/jxgccl202206015

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  采用电镀工艺在镀锌铁片上制备Ni-Sn-Cu合金镀层,然后在氮气保护下对镀层进行300～500℃保温1 h的热处理,研究不同温度热处理后镀层的微观形貌、物相组成、与基体的结合状态、硬度、耐腐蚀性能等。结果表明:随着热处理温度的升高,镀层从非晶态结构逐渐转变为晶态结构,并析出Ni、Cu₃Sn和Ni₃Sn₂相;随着热处理温度由300℃升高到400℃,镀层与基体间的结合良好,当温度高于400℃后镀层与基体的结合变差;随着热处理温度的升高,镀层的显微硬度先升高后下降,自腐蚀电流密度先减小后增大,自腐蚀电位先升后降,交流阻抗容抗弧半径先增大后减小,电荷转移电阻先增大后减小;400℃热处理后镀层的综合性能最优,表面质量最佳,与基体的结合良好,显微硬度最高,为328.7 HV,自腐蚀电流密度最小,为10.9 μA·cm^-2,自腐蚀电位最高,为-0.689 V,交流阻抗容抗弧半径最大,电荷转移电阻最大,为1.031 kΩ·cm²。
• Select
  补焊修复12Cr12Mo钢叶片表层复合喷丸后的残余应力

  朱文龙, 姜传海

  机械工程材料. 2022, 46(6): 98-102. https://doi.org/10.11973/jxgccl202206016

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  对补焊修复的12Cr12Mo马氏体耐热钢燃气轮机叶片表面进行陶瓷丸+玻璃丸的复合喷丸处理,研究了复合喷丸对叶片表层不同位置处残余应力、显微组织以及硬度的影响。结果表明:复合喷丸后叶片表面各区域均引入较高水平的残余压应力场,其中补焊区残余应力的变化最明显,引入的残余压应力最大,由复合喷丸前的35～224 MPa范围拉应力变为-937～-884 MPa范围压应力;复合喷丸后,叶片表层的X射线衍射半高宽随距表面距离的增加而减小,补焊区表层的X射线衍射半高宽均高于热影响区和基体,说明随距表面距离的增加,组织变形程度减小,且补焊区组织形变最大,组织最细小;叶片表层的硬度随距表面距离的增加而降低,补焊区的表面硬度为621 HV,高于热影响区的482 HV和基体的431 HV。