2023年, 第47卷, 第1期 
刊出日期:2023-01-20

  • 全选
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    综述
  • 潘信诚, 林政淇, 杨柳, 邓丽萍
    机械工程材料. 2023, 47(1): 1-10. https://doi.org/10.11973/jxgccl202301001
    摘要 ( 350 ) PDF全文 ( 1510 )   可视化   收藏
    作为常用的金属材料,铜因强度较低而应用范围受限,石墨烯具有优异的综合性能,作为极具潜力的增强体而受到广泛关注。石墨烯增强铜基复合材料兼具了铜和石墨烯的优良性能而成为了重要的研究对象。介绍了石墨烯增强铜基复合材料的制备工艺与综合性能,重点讨论了各种制备工艺的特点、强化机制、构型设计,总结了针对复合界面结合弱与石墨烯分散困难这2类主要技术难点的解决途径,最后对石墨烯增强铜基复合材料的制备工艺进行了展望。
  • 孙辉, 武会宾, 徐耀文
    机械工程材料. 2023, 47(1): 11-18. https://doi.org/10.11973/jxgccl202301002
    摘要 ( 148 ) PDF全文 ( 232 )   可视化   收藏
    高熵合金具有高强度、高硬度、耐腐蚀等优点,在工业上具有巨大的发展潜力。典型的高熵合金相包括面心立方(FCC)相、体心立方(BCC)相、密排六方(HCP)相等固溶体相以及非晶相,独特的相结构对高熵合金的力学行为产生重要的影响。综述了不同相结构高熵合金的力学行为,总结了典型高熵合金相结构预测方法,包括经验法则、CALPHAD方法、第一性原理计算、机器学习方法等的研究进展,并给出了高熵合金相结构预测的未来发展方向。
  • 试验研究
  • 周敏, 袁江宏, 康国政
    机械工程材料. 2023, 47(1): 19-25,33. https://doi.org/10.11973/jxgccl202301003
    摘要 ( 105 ) PDF全文 ( 294 )   可视化   收藏
    在室温下对聚醚醚酮(PEEK)进行一系列非对称应力控制的单轴循环棘轮变形试验,研究了应力水平、加载历史、应力速率和峰值应力保持时间对PEEK棘轮行为的影响规律。结果表明:PEEK在非对称应力循环加载下产生了明显的棘轮行为,棘轮应变包含可恢复的黏弹性应变和不可恢复的黏塑性应变;棘轮应变和棘轮应变速率均随着应力水平的增加而增大;PEEK的棘轮行为具有明显的加载历史效应,高平均应力的加载历史会抑制后续低平均应力循环过程中棘轮变形的发生,低平均应力的加载历史对后续高平均应力循环过程中的棘轮变形影响不大;PEEK的棘轮行为具有明显的时间相关特性,应力速率越低、峰值应力保持时间越长,棘轮应变越大。
  • 翟传田, 孙有平, 李旺珍, 何江美, 万斯雨
    机械工程材料. 2023, 47(1): 26-33. https://doi.org/10.11973/jxgccl202301004
    摘要 ( 127 ) PDF全文 ( 101 )   可视化   收藏
    对铸态Mg-4Zn-4Y合金进行了不同温度(440,460,480℃)和不同保温时间(4~24 h)下的均匀化退火,研究了均匀化退火对合金组织及性能的影响。结果表明:铸态合金中存在α-Mg相、W相Mg3Zn3Y2、LPSO相Mg12ZnY和富钇相;随着退火温度的升高,大部分LPSO相逐渐溶入基体;随着退火保温时间的延长及退火温度的升高,富钇相含量减少,枝晶偏析得到改善;与铸态合金相比,440,460℃均匀化退火后合金的抗拉强度略微降低,断后伸长率变化较小,480℃均匀化退火后抗拉强度和断后伸长率较高,但出现烧损现象。该合金的最佳均匀化退火制度为440℃×12 h。
  • 畅旭兵, 王勇, 林琳, 纪冬梅
    机械工程材料. 2023, 47(1): 34-41,47. https://doi.org/10.11973/jxgccl202301005
    摘要 ( 98 ) PDF全文 ( 556 )   可视化   收藏
    在620℃下对X12CrMoWVNbN10-1-1钢进行不同应力比(0.2~0.4)和保载时间(0.3~1.5 h)下的载荷控制的高位保载蠕变-疲劳试验,对其蠕变-疲劳交互作用及断裂机理进行了分析。结果表明:试验钢的蠕变-疲劳寿命与保载时间呈指数关系,保载时间越长,应力比对蠕变-疲劳寿命的影响越小;从应变角度定义的蠕变-疲劳交互作用因子能够很好地反映稳定阶段的真应力-真应变迟滞回线与蠕变-疲劳寿命的相互作用;试验钢的蠕变-疲劳断裂模式为韧性断裂;当保载时间较短(0.3,0.5 h)时,疲劳损伤抑制蠕变损伤,损伤主要受循环中的疲劳载荷控制,断口中韧窝由疲劳主导作用下的晶界滑移变形引起;当保载时间较长(1.0,1.5 h)时,疲劳损伤促进蠕变损伤,损伤主要受与时间有关的蠕变载荷控制,断口中韧窝由夹杂物或第二相颗粒脱落所致。
  • 熊金业, 徐望辉, 余陈, 秦彬皓, 肖逸锋, 杨清福
    机械工程材料. 2023, 47(1): 42-47. https://doi.org/10.11973/jxgccl202301006
    摘要 ( 119 ) PDF全文 ( 162 )   可视化   收藏
    采用双丝冷金属过渡(CMT)熔钎焊工艺对5083铝合金和304不锈钢进行对接焊试验,在保证焊缝成形良好的条件下,研究了焊接热输入对接头金属间化合物(IMC)层厚度和拉伸性能的影响,并与单丝CMT熔钎焊接头进行对比。结果表明:双丝和单丝CMT熔钎焊接头焊缝获得良好成形质量的热输入范围分别为213.8~486.0,379.6~590.6 J·mm-1;双丝CMT和单丝CMT熔钎焊接头界面处的IMC均为FeAl3相;随着热输入的增加,单丝或双丝CMT熔钎焊接头IMC层厚度增加,抗拉强度降低;单丝CMT熔钎焊接头IMC层的最小厚度为9.59 μm,此时接头的抗拉强度最大,为76 MPa,而双丝CMT熔钎焊接头IMC层的最小厚度为3.36 μm,此时接头的抗拉强度最大,为109 MPa。
  • 李聪, 丁智力, 黄灿, 周立波, 陈维, 陈荐
    机械工程材料. 2023, 47(1): 48-55,64. https://doi.org/10.11973/jxgccl202301007
    摘要 ( 150 ) PDF全文 ( 118 )   可视化   收藏
    将SP-700钛合金在β相区1 000℃固溶15 min后,降温至(α+β)相区进行不同时间(3~10 min)和温度(650~900℃)下的固溶处理以及不同温度(370~650℃)和时间(15,90 min)的单级时效处理和280℃低温预时效+第二级时效的双级时效处理,研究了不同工艺下合金的组织和性能。结果表明:在850℃下固溶后合金中α相的体积分数随固溶时间的延长而增加,当固溶时间为5 min时,合金具有较好的强塑性匹配;在5 min固溶时间下,α相体积分数随固溶温度的升高而减小,当固溶温度为650℃时,合金具有较好的强塑性匹配。β相区固溶+单级/双级时效后,合金基本由β晶粒、α相以及针状马氏体组成;在时效温度650℃和时间90 min下单级时效或时效温度650℃和时间15 min下双级时效后,合金均具有较好的强塑性匹配。
  • 方婧婷, 彭金方, 唐攀, 江君垚, 申长慧, 李坤, 朱旻昊
    机械工程材料. 2023, 47(1): 56-64. https://doi.org/10.11973/jxgccl202301008
    摘要 ( 156 ) PDF全文 ( 80 )   可视化   收藏
    采用高温微动磨损试验机对Zr-4合金管进行切向微动磨损试验,通过改变法向载荷研究了试验温度(25,100,200,325℃)对不同运行工况(完全滑移区和部分滑移区)下微动磨损行为的影响。结果表明:在相同试验温度下完全滑移区的摩擦因数高于部分滑移区,不同运行工况下200,325℃时的摩擦因数更早达到稳定状态。在完全滑移区,合金的磨损机制包括磨粒磨损、氧化磨损和剥层,温度的升高对合金微动磨损程度的影响较大,325℃时的微动磨损程度最大;而在部分滑移区,磨损机制包括剥层、黏着磨损和氧化磨损,试验温度的升高对微动磨损程度的影响很小。在相同试验温度下,部分滑移区的微动磨损量远低于完全滑移区;试验温度的升高对完全滑移区微动磨损量的影响较明显,而对部分滑移区的影响不大。
  • 张恩宁, 金石磊, 马峰岭, 段家真, 李小慧
    机械工程材料. 2023, 47(1): 65-69. https://doi.org/10.11973/jxgccl202301009
    摘要 ( 93 ) PDF全文 ( 311 )   可视化   收藏
    以聚丁二烯为树脂基体,玻纤布为增强材料,SiO2为填料,采用浸渍及真空热压技术制备SiO2填充碳氢树脂覆铜板,研究了SiO2颗粒形貌(球形、角形)及粒径(2~20 μm)对覆铜板介电性能、弯曲强度、剥离强度和吸水率的影响。结果表明:在相同粒径下,与角形SiO2填充碳氢树脂覆铜板相比,球形SiO2填充碳氢树脂覆铜板的介电常数、介电损耗和吸水率较低,弯曲强度和剥离强度较高,综合性能更优异;随着SiO2粒径的增大,球形和角形SiO2填充碳氢树脂覆铜板的介电常数、介电损耗、弯曲强度和吸水率均降低,剥离强度升高。
  • 新材料 新工艺
  • 张进, 黄云涛, 岳新艳, 张翠萍, 茹红强
    机械工程材料. 2023, 47(1): 70-75. https://doi.org/10.11973/jxgccl202301010
    摘要 ( 135 ) PDF全文 ( 237 )   可视化   收藏
    以Al2O3、TiC粉体为原料,采用无压烧结技术制备了TiC-Al2O3导电陶瓷复合材料,研究了TiC体积分数(30%~45%)对陶瓷复合材料微观结构和性能的影响。结果表明:TiC-Al2O3导电陶瓷复合材料主要由Al2O3和TiC两相组成;随着TiC含量的增加,陶瓷复合材料的相对密度降低,开口气孔率增大,当TiC体积分数为30%时,相对密度最大,开口气孔率最低,分别为95.5%和3.0%;陶瓷复合材料中导电相TiC均连接为网状结构,随着TiC含量的增加,TiC所形成的网状结构越发完整,陶瓷复合材料的硬度先升高后降低,电阻率和断裂韧度均呈降低趋势,抗弯强度增大;当TiC体积分数为45%时,陶瓷复合材料的抗弯强度最高,电阻率最低,分别为361 MPa和6.95×10-6 Ω·m。
  • 魏亚洲, 刘一凡, 李翔龙
    机械工程材料. 2023, 47(1): 76-80. https://doi.org/10.11973/jxgccl202301011
    摘要 ( 102 ) PDF全文 ( 190 )   可视化   收藏
    以铜、镍金属为正负电极,采用超声辅助电火花放电(EDM)法合成Cu-Ni合金粉体,研究了超声功率(0,500,1 000,1 500 W)对合金粉体晶体结构、微观形貌和粒径分布的影响。结果表明:不同功率超声辅助EDM合成的Cu-Ni合金粉体的物相均主要由Cu0.81Ni0.19、Ni、CuO、NiO和Fe2O3组成,主晶相Cu0.81Ni0.19为面心立方结构;随着超声功率的增加,Cu0.81Ni0.19相的衍射峰强度增大,半高宽变窄,粉体结晶性变好。引入超声辅助合成的Cu-Ni合金粉体中出现较大尺寸不规则颗粒,但球形颗粒的尺寸减小,粉体粒径分布范围变宽;随着超声功率的增大,平均粒径D50减小。
  • 材料性能及应用
  • 李喜成, 唐习之, 薛继彪, 詹宁, 张鹏翔
    机械工程材料. 2023, 47(1): 81-85. https://doi.org/10.11973/jxgccl202301012
    摘要 ( 95 ) PDF全文 ( 97 )   可视化   收藏
    在不同氯离子浓度(0,0.34,0.68,1.02 mol·L-1)的水基钻井液中对N80石油套管钢盘试样与G105钻杆钢销试样进行销-盘摩擦磨损试验,研究了氯离子浓度对N80钢摩擦磨损性能的影响。结果表明:随着氯离子浓度的增加,N80钢的磨损率和销-盘摩擦副的摩擦因数均先增加后减小,且都在氯离子浓度为0.68 mol·L-1时最高,分别为2.2×10-6 mm3·N-1·m-1和0.85;在不含氯离子的钻井液中摩擦磨损时,N80钢主要发生磨粒磨损,含有氯离子时则发生腐蚀-磨粒磨损;氯离子会破坏N80钢表面氧化膜,增大表面粗糙度,从而提高磨损率,但当氯离子浓度高至1.02 mol·L-1时,氧化膜被完全破坏,表面粗糙度下降,磨损率又降低。
  • 吴浩, 夏延秋, 吴礼宁, 林飞虎
    机械工程材料. 2023, 47(1): 86-92. https://doi.org/10.11973/jxgccl202301013
    摘要 ( 88 ) PDF全文 ( 219 )   可视化   收藏
    通过多弧离子镀技术在铜基体上制备了TiN及其掺杂原子分数10%和12%铜的涂层,用1-辛基-3-甲基咪唑双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐(OMImNTf2)和1-十二烷基-3-甲基咪唑双(三氟甲烷磺酰)亚胺盐(C12MImNTf2)2种离子液作为润滑剂,研究了涂层与离子液组成的复合润滑体系对不同电压(0.5,1 V)下铜/铜摩擦副的载流摩擦学性能的影响。结果表明:在电压相同条件下,TiN涂层与OMImNTf2复合润滑体系具有较好的协同润滑效果,TiN涂层与C12MImNTf2复合润滑体系具有较好的导电性能;在掺铜TiN涂层和2种离子液复合润滑体系下摩擦副的摩擦因数和接触电阻差别很小。当电压由0.5 V增大到1 V时,在TiN涂层、掺杂原子分数10%铜的TiN涂层与C12MImNTf2组成的复合润滑体系下摩擦副的摩擦学性能更稳定。掺杂原子分数12%铜的TiN涂层的摩擦副具有最小的摩擦因数和接触电阻。
  • 任育博, 彭金方, 曹超, 唐攀, 申长慧, 方婧婷, 朱旻昊
    机械工程材料. 2023, 47(1): 93-99,110. https://doi.org/10.11973/jxgccl202301014
    摘要 ( 75 ) PDF全文 ( 302 )   可视化   收藏
    采用销-盘摩擦磨损试验机对制动闸片用碳陶复合材料开展了雨水环境下的载流摩擦磨损试验,研究了不同摩擦条件下碳陶复合材料的摩擦磨损性能。结果表明:在无载流的雨水环境中,随着雨水流量由0增大到1 mL·min-1,碳陶复合材料的表面粗糙度显著下降,摩擦因数和磨损率小幅度降低,磨损机理主要为剥落和轻微的氧化磨损;在无雨水的载流条件下,随着电流强度由0增加到100 A,表面粗糙度和摩擦因数均显著下降,磨损率明显升高,主要磨损机理为剥落、磨粒磨损、黏着磨损和电弧烧蚀;相对于单因素作用,在载流和雨水的共同作用下,表面粗糙度和摩擦因数明显降低,但磨损率随着雨水流量或电流强度增加的规律不明显,磨损机理为剥落、氧化磨损、磨粒磨损和黏着磨损。
  • 王秋雨, 夏明生, 刘淑影, 张赛娟, 徐宽, 李立铭
    机械工程材料. 2023, 47(1): 100-105,118. https://doi.org/10.11973/jxgccl202301015
    摘要 ( 73 ) PDF全文 ( 293 )   可视化   收藏
    以CP980钢、DP980钢、QP980钢为研究对象,采用单轴拉伸试验并结合数字图像相关技术,研究了组织特征对980 MPa级先进超高强钢单轴拉伸行为以及全局、局部成形性的影响。结果表明:QP980钢由马氏体、铁素体、残余奥氏体组织组成,在均匀变形阶段奥氏体相变产生的相变诱导塑性效应使该钢具有最优的全局成形性,但是新生马氏体相与其他相的硬度差较大,导致其局部成形性最差并形成准解理断裂;DP980钢由铁素体和马氏体组织组成,其强化机制以马氏体硬相强化和铁素体位错强化为主,全局成形性居中,同时因铁素体和马氏体之间具有一定的协调变形能力,其局部成形性较好,断裂形式主要为韧性断裂;CP980钢为铁素体、贝氏体、马氏体的多相组织,各相硬度差小,协调变形能力较强,局部成形性最好,断裂形式为韧性断裂。
  • 物理模拟与数值模拟
  • 代星辰, 黄奕昶, 关凯书
    机械工程材料. 2023, 47(1): 106-110. https://doi.org/10.11973/jxgccl202301016
    摘要 ( 56 ) PDF全文 ( 929 )   可视化   收藏
    在85℃下对聚乙烯试样进行不同时间(0,168,312,408 h)的热氧加速老化试验,通过压痕测试技术得到不同老化时间下聚乙烯试样的最大载荷,通过有限元数值模拟建立屈服强度与最大载荷的线性关系,计算老化后的屈服强度,并与拉伸试验结果进行对比。结果表明:随着老化时间的延长,拉伸试验得到聚乙烯试样的屈服强度逐渐增加,压痕试验得到最大载荷也逐渐增加;通过有限元方法建立的聚乙烯试样压痕试验最大载荷和屈服强度的线性相关系数为0.995,基于压痕试验获取的最大载荷计算得到的不同老化时间聚乙烯试样屈服强度与拉伸试验结果之间的相对误差小于1.5%,说明压痕测试技术能够较准确地获取老化后聚乙烯的屈服强度。
  • 庄辛鹏, 谭毅, 赵龙海, 崔传勇, 崔弘阳, 游小刚, 李鹏廷
    机械工程材料. 2023, 47(1): 111-118. https://doi.org/10.11973/jxgccl202301017
    摘要 ( 89 ) PDF全文 ( 414 )   可视化   收藏
    利用光学显微镜和扫描电镜观察新型Ni-Co基高温合金的铸态组织,采用JMatPro软件在平衡和非平衡凝固条件下对该合金进行热力学计算,研究了合金的相析出特点。结果表明:试验合金呈现枝晶形貌,偏析严重,主要组织为γ'相、η相、γ/γ'共晶组织以及MC碳化物。平衡凝固条件下,试验合金的主要析出相为γ'、η、μ、σ、碳化物以及硼化物;钛和铝含量增加导致γ'相析出量增加,析出温度升高;η相析出温度和析出量随钛含量增加呈线性增加。在非平衡凝固过程中,钛、钼元素富集在液相中,而铝、铬、钴和钨元素在液相中贫乏。