2023年, 第47卷, 第10期　
刊出日期：2023-10-20

  

• 全选
  |

综述
• Select
  含缺陷陶瓷材料强度预测的研究现状

  王安哲, 王帅, 赵欣源, 张洁, 程业红, 周鹏

  机械工程材料. 2023, 47(10): 1-8. https://doi.org/10.11973/jxgccl202310001

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  陶瓷具有轻质、高硬、耐磨等优异性能,但在结构材料领域的实际应用仍极为谨慎,根本原因在于陶瓷的缺陷敏感性及尚不完善的陶瓷失效预测理论。介绍了陶瓷制备过程中常见的缺陷,分析了陶瓷强度随机分布的物理本质,综述了缺陷作用下陶瓷强度预测的研究现状;提出未来可综合运用无损检测、原位测试和计算机模拟技术,探究缺陷致裂机制及陶瓷强度响应定量规律,同时关注在实际服役环境(疲劳、热冲击等)下缺陷对陶瓷强度的影响。
试验研究
• Select
  Q235钢在海口大气环境中自然暴露与加速条件下的初期腐蚀行为

  王欣, 秦术杰

  机械工程材料. 2023, 47(10): 9-15. https://doi.org/10.11973/jxgccl202310002

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  在海口大气环境下对Q235钢进行为期180 d的自然暴露试验和喷洒质量分数3.1%NaCl溶液的加速自然暴露试验,通过腐蚀形貌、腐蚀深度以及腐蚀后拉伸性能的对比,研究了加速条件对该钢初期腐蚀行为的影响。结果表明:试验钢朝天面比朝地面的腐蚀速率更大,喷洒NaCl溶液对腐蚀的加速效应显著;随试验时间的延长,锈层对基体的保护作用增强,试验钢的腐蚀速率减小,加速自然暴露工况下生成的锈层保护作用更强;2种工况下试验钢的拉伸性能均随腐蚀质量损失率的增大而降低,自然暴露和加速自然暴露工况下降低程度最大的分别为弹性模量和断后伸长率;自然暴露工况腐蚀对拉伸性能的削弱效果高于加速自然暴露工况下,其中对弹性模量削弱效果的差异高达14倍。
• Select
  梯度多孔Ti-15Mo合金材料的制备与压缩变形行为

  王元晶, 陈荐, 周立波, 李超颖, 廖兴宇

  机械工程材料. 2023, 47(10): 16-25. https://doi.org/10.11973/jxgccl202310003

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  使用激光选区熔化技术分别制备具有支杆晶胞(BCC、Kelvin晶胞)和三重周期最小曲面(TPMS)晶胞(Primitive、Gyroid、Diamond晶胞)的多孔Ti-15Mo合金试样,孔隙率分别为均匀分布(均匀试样),沿成形方向递增(垂直梯度试样)和垂直于成形方向递增(横向梯度试样),研究了其压缩变形行为。结果表明:多孔试样的倾斜支杆或曲面会黏结更多粉末,成形质量相对较差;垂直梯度试样的变形机制为由顶部到底部的逐层变形,横向梯度试样的变形机制为先整体均匀变形,随后局部发生显著变形,并且变形向均匀变形区扩展;TPMS晶胞试样的压缩性能和能量吸收能力整体上高于支杆晶胞试样;Diamond晶胞试样的综合性能最优,其横向梯度试样的弹性模量、屈服强度、平台应力、累积能量吸收值分别为4.088 GPa、134.5 MPa、175.4 MPa、117.92 MJ·m^-3,垂直梯度试样的分别为3.761 GPa、104.8 MPa、165.2 MPa、92.19 MJ·m^-3。
• Select
  SDYZ热作模具钢的热机械疲劳行为

  董晨辉, 吴博雅, 吴晓春

  机械工程材料. 2023, 47(10): 26-30,54. https://doi.org/10.11973/jxgccl202310004

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  通过拉-压对称的应变控制模式,在相同温度循环和不同应变幅(0.7%~1.1%)下对SDYZ热作模具钢进行热机械疲劳试验,研究了不同应变幅下的应力-应变滞后回线、循环应力响应曲线以及显微组织变化。结果表明:应变幅越大,试验钢的热机械疲劳应力-应变滞后回线包围的面积越大,试验钢的损伤越严重,疲劳寿命越短;热机械疲劳循环软化过程可分为初始不稳定、连续软化和失效3个阶段。热机械疲劳试验后,试验钢显微组织中的马氏体和碳化物粗化,且随着应变幅的增加,马氏体和碳化物粗化程度降低;随着应变幅的增加,疲劳裂纹的长度和宽度变大。
• Select
  高速铣削参数对GH4169镍基高温合金加工表面变质层厚度的影响

  张家瑁, 杜劲, 李银玲, 石海川, 苏国胜, 张培荣

  机械工程材料. 2023, 47(10): 31-36,96. https://doi.org/10.11973/jxgccl202310005

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  在不同铣削速度(500~1 000 m·min^-1)和径向铣削深度(0.1~0.3 mm)下对GH4169镍基高温合金进行高速铣削加工,研究了铣削参数对切削力、切削温度、变质层和白层厚度以及表层硬度的影响。结果表明:随着铣削速度的增大,切削力降低,切削温度升高,铣削深度的增加会导致切削力和切削温度升高;在相同铣削深度下,当铣削速度由500 m·min^-1增大至1 000 m·min^-1时,变质层厚度增大约30 μm,白层厚度增大约5 μm,表层显微硬度增大约200 HV,硬化层深度增大约100 μm;在相同铣削速度下,铣削深度每增大0.1 mm,变质层厚度增大约30 μm,白层厚度增大约3 μm,表层硬度增大20 HV,硬化层深度增大约20 μm。
• Select
  钒含量对Fe-Cr-V-B-C系堆焊合金显微组织和耐磨性能的影响

  龚建勋, 董海龙, 黄洪江, 肖志强

  机械工程材料. 2023, 47(10): 37-42. https://doi.org/10.11973/jxgccl202310006

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  采用复合粉体颗粒+H08A实心焊丝的自保护明弧焊法在Q235A钢表面制备了Fe-Cr-V-B-C系高硼堆焊合金,研究了钒质量分数(0~7.5%)对合金显微组织及耐磨性能的影响。结果表明:当钒质量分数为0时,堆焊合金由α-Fe、M₂B和M₃C等相组成;当钒质量分数为1.5%,块状M₂B相的含量和尺寸增大,其晶间析出点状、十字花状VC相;当钒质量分数增至3.0%和4.5%时,初生M₂B晶粒细化;当钒质量分数增至6.0%时,M₂B相晶间和晶内析出针状和条状V₃B₂相;当钒质量分数增至7.5%时,V₃B₂相明显增多,M₂B相减少。随着钒含量的增加,堆焊合金的硬度先升后降,磨损质量损失先降后升,当钒质量分数3.0%时,硬度最高,为61.6 HRC,磨损质量损失最小,为0.019 4 g,堆焊合金耐磨性能最佳。
• Select
  不同焊丝TIG焊SUS316L/15CrMo异种钢接头的显微组织与力学性能

  李亚杰, 刘涛, 洪磊, 洪亮, 黄爱颐

  机械工程材料. 2023, 47(10): 43-49. https://doi.org/10.11973/jxgccl202310007

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  分别采用ERNiCrMo-3镍基合金焊丝和ER309不锈钢焊丝,通过钨极惰性气体保护(TIG)焊工艺对SUS316L不锈钢和15CrMo低合金钢进行异种钢焊接,对比研究了2种焊接接头的显微组织和力学性能。结果表明:采用ERNiCrMo-3与ER309焊丝所得焊缝的凝固模式分别为奥氏体与奥氏体-铁素体凝固模式,凝固组织分别为完全奥氏体组织与奥氏体-铁素体混合组织;相较于ER309焊丝,使用ERNiCrMo-3焊丝可以抑制15CrMo钢侧焊接过程中的碳元素扩散,获得具有更高抗拉强度和断后伸长率的焊接接头;2种焊接接头的峰值硬度均出现在15CrMo钢侧的粗晶热影响区,采用ERNiCrMo-3焊丝所得焊缝因存在Laves相,硬度比采用ER309焊丝时高出30 HV左右。
• Select
  驱动气体温度对冷喷涂6061铝合金涂层组织和性能的影响

  李海峰, 仲原, 刘建武, 汪义伟, 方冰冰, 王群

  机械工程材料. 2023, 47(10): 50-54. https://doi.org/10.11973/jxgccl202310008

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  选用4种驱动气体温度(350,400,450,500 ℃)在ZM6镁合金基体上冷喷涂6061铝合金涂层,研究了驱动气体温度对铝合金涂层显微组织、硬度和耐腐蚀性能的影响。结果表明:随驱动气体温度升高,6061铝合金粉末的沉积率显著增加,涂层的硬度略有降低,而孔隙率则明显降低,耐腐蚀性能显著提高;当驱动气体温度为500 ℃时,铝合金涂层的综合性能最优,此时孔隙率为0.23%,硬度为89.8 HV,耐腐蚀性能显著优于ZM6镁合金。
新材料 新工艺
• Select
  不同工艺热处理后汽车用中锰钢的显微组织与力学性能

  张丽凤, 王社则, 田博彤

  机械工程材料. 2023, 47(10): 55-61. https://doi.org/10.11973/jxgccl202310009

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  对汽车用中锰钢先分别进行不同温度(150,550,600,750 ℃)预热、750 ℃淬火、-75 ℃深冷处理,再进行逆相变退火处理,研究了不同工艺热处理后的显微组织与力学性能。结果表明:预热处理后中锰钢中的残余奥氏体含量均较铸态高,当预热温度为600 ℃时残余奥氏体体积分数达到最大值42.2%,此时组织为块状/板条状马氏体+残余奥氏体;随着预热温度升高,逆相变退火后中锰钢的抗拉强度增大,断后伸长率和强塑积先增大后减小,当预热温度为600 ℃时,强塑积达到最大值51.99 GPa·%;相较于淬火+逆相变退火,深冷+逆相变退火处理后中锰钢的抗拉强度和屈服强度较小,断后伸长率、强塑积和-40 ℃冲击功较高。
• Select
  激光熔覆FeCrB/NiCrB合金涂层的摩擦磨损与抗冲击性能

  谭小波, 周嘉利, 李云, 章龙管, 李开富, 黄斌, 谢树昌, 程延海

  机械工程材料. 2023, 47(10): 62-67. https://doi.org/10.11973/jxgccl202310010

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  采用激光熔覆技术在H13钢基体上制备FeCrB/NiCrB合金涂层,研究了涂层的显微组织、硬度、摩擦磨损性能和抗冲击性能。结果表明:FeCrB/NiCrB合金涂层中未见明显裂纹缺陷,成形质量较好;NiCrB合金黏结层主要由等轴晶和树枝晶组成,与FeCrB合金涂层结合紧密;FeCrB合金涂层、NiCrB合金黏结层和基体的平均硬度分别为840,403,285 HV;在300,600,900 N载荷下,涂层的摩擦因数分别为0.35,0.44,0.42,对应的磨损量分别为5.29,248,300 mg;涂层的平均冲击吸收功为12 J,高于基体(3 J),断裂机理为韧性断裂。
材料性能及应用
• Select
  基于扫描电化学显微镜研究316L不锈钢的局部腐蚀行为

  饶思贤, 郭祥钦, 华晓春, 张鹏, 王孝义

  机械工程材料. 2023, 47(10): 68-73. https://doi.org/10.11973/jxgccl202310011

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  通过电化学试验获得316L不锈钢在NaCl溶液中的动电位极化曲线,确定了特征电位;采用扫描电化学显微镜研究了不锈钢在NaCl溶液中不同特征电位下的局部腐蚀行为。结果表明:在开路电位(-0.1 V)下极化后,面扫描图像中未见明显的电化学活性点,基底背景电流变化较小,钝化膜具有较好的稳定性;在自腐蚀电位(-51.2 mV)下极化后,面扫描图像中存在一个电化学活性点,但峰值电流降低,基底背景电流稳中有降,不锈钢发生自钝化;在典型钝化电位(100 mV)下极化后,表面发生亚稳态点蚀的不断萌生与钝化,基底背景电流先降低后保持稳定,表面自钝化程度更高;在点蚀电位(568 mV)下极化后,表面出现稳态点蚀坑,极化停止后点蚀坑被钝化,基底背景电流较极化前下降,表明未发生点蚀处钝化膜的稳定性增强。
• Select
  碳含量对等离子转移弧焊制备C_xCrFeMnNi高熵合金熔覆层组织和性能的影响

  卢威, 魏仕勇, 王超敏, 谌昀, 罗儒凯, 刘文政

  机械工程材料. 2023, 47(10): 74-78. https://doi.org/10.11973/jxgccl202310012

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  采用等离子转移弧焊制备了C_xCrFeMnNi(x=0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,物质的量比)高熵合金熔覆层,研究了碳含量对熔覆层的宏观形貌、物相组成、显微组织和性能的影响。结果表明:当x为0.4,0.8,1.0 时,熔覆层成形质量较好,无明显的气孔、凹坑、黏粉等缺陷;C_xCrFeMnNi高熵合金熔覆层组织均包含FCC树枝晶和(Cr,Fe)C碳化物,当x为0.6~1.0时,还析出了Cr₇C₃碳化物;随着碳含量增加,碳化物含量增加,熔覆层的平均显微硬度升高,摩擦因数和磨损量均减小;当x为1.0时,熔覆层的平均硬度最高,为368 HV,摩擦因数和磨损量最小,分别为0.541和1.38 mg。
• Select
  激光选区熔化GH3536合金表面状态对力学性能的影响

  李颖, 侯慧鹏, 张婷, 柴象海

  机械工程材料. 2023, 47(10): 79-84. https://doi.org/10.11973/jxgccl202310013

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  采用激光选区熔化技术制备GH3536合金纵向和横向试样,经热处理和热等静压处理后,将一部分试样机加工成光滑表面试样,与打印表面试样进行对比,研究了表面状态对拉伸性能和疲劳性能的影响。结果表明:光滑表面试样和打印表面试样纵向室温拉伸性能差异很小,表面状态对拉伸性能没有显著影响;与光滑表面试样相比,打印表面试样的应变疲劳寿命略低,而应力疲劳寿命显著降低,为光滑表面试样的2%~8%;光滑表面试样裂纹源区裂纹呈放射状,扩展区呈脉状,瞬断区有大量韧窝;打印表面试样没有明显的放射状裂纹,为多源开裂,断口为解理断裂。
• Select
  正火冷却方式对9%Cr铁素体耐热钢组织与力学性能的影响

  马廷威, 王玉红, 郝宪朝, 王平, 张宇博

  机械工程材料. 2023, 47(10): 85-90. https://doi.org/10.11973/jxgccl202310014

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  采取油冷和水冷2种冷却方式对9%Cr铁素体耐热钢进行正火处理,再进行回火,研究了正火冷却方式对该钢组织和力学性能的影响。结果表明:与水冷相比,油冷处理后试验钢的马氏体板条宽度较大,位错密度较小,晶界上析出的M₂₃C₆碳化物尺寸较小;与水冷相比,油冷处理后试验钢的屈服强度、抗拉强度、断后伸长率以及上平台冲击吸收功分别提高了9.3%,4.7%,6.1%,5.4%,韧脆转变温度降低了17.7 ℃,拉伸性能和冲击性能提高。
• Select
  AlN和BN纳米颗粒含量对IR3环氧树脂黏度及复合材料力学性能的影响

  吴垄峰, 梁忠伟, 方志春, 邹涛, 张宇鹏, 信纪军, 王维, 李来风

  机械工程材料. 2023, 47(10): 91-96. https://doi.org/10.11973/jxgccl202310015

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  利用溶液共混法制备不同质量分数(0,3.2%,11.2%)BN、AlN纳米颗粒改性IR3环氧树脂(EN/EP,AlN/EP)复合材料,研究了纳米颗粒含量对树脂黏度和复合材料力学性能的影响。结果表明:添加BN和AlN纳米颗粒使树脂黏度增加了5%~10%;BN/EP和AlN/EP复合材料的拉伸强度较纯环氧树脂提高了10%~25%,随BN、AlN含量的增加而增大;AlN/EP复合材料的剪切强度提高了40%~60%,随AlN含量的增加而增大,但BN/EP复合材料的剪切强度随BN含量增加几乎不变;当纳米颗粒质量分数为11.2%时,环氧树脂黏度适中,复合材料的力学性能最好。
物理模拟与数值模拟
• Select
  20Cr2Ni4A钢的高温热变形行为及热加工图

  周少荣, 吴晓东, 黄寅舜, 张肖佩佩, 王忠英

  机械工程材料. 2023, 47(10): 97-103. https://doi.org/10.11973/jxgccl202310016

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  利用热模拟试验机,在变形温度800~1 050 ℃、应变速率0.01~5 s^-1条件下对20Cr2Ni4A钢进行单道次热压缩试验,对获得的真应力-真应变曲线进行摩擦修正,根据摩擦修正后的曲线,分析了其高温热变形行为,构建了热变形本构模型,绘制了热加工图。结果表明:通过摩擦修正计算得到的流变应力小于实测应力,二者差距随应变增加而增大;当变形温度为850~1 050 ℃,应变速率为0.01~0.1 s^-1时,试验钢在热压缩过程中的动态再结晶较明显;构建的热变形本构模型能够很好地预测试验钢在高温变形时的峰值应力,预测值与实测值的平均相对误差在3.44%;由建立的热加工图结合显微组织,得出试验钢适宜的热变形工艺参数为变形温度875~925 ℃、应变速率0.01~0.02 s^-1和变形温度925~1 050 ℃、应变速率0.01~1 s^-1。
• Select
  基于第一性原理分析铈对Al-Ti-B-Ce中间合金中TiB₂界面行为的影响

  李龙泽, 傅高升, 陈鸿玲, 宋莉莉, 王火生

  机械工程材料. 2023, 47(10): 104-110. https://doi.org/10.11973/jxgccl202310017

  摘要 ( ) PDF全文 ( )   可视化   收藏

  采用基于密度泛函理论的第一性原理,通过筛选建立了以8种最主要的高对称性原子堆垛方式形成的TiB₂(0001)//TiB₂(0001)界面模型,计算了Al-Ti-B中间合金中掺杂稀土铈前后该界面的黏附功以及铈在界面处的偏聚焓和在(0001)面的吸附能,分析了铈对TiB₂界面行为的影响。结果表明:细化剂中掺杂铈后由2个以钛原子为终端的表面通过心位方式堆垛形成的界面和由以钛原子为终端的表面与以硼原子为终端的表面通过心位堆垛形成的界面的黏附功降低,有助于TiB₂弥散分布;铈在该界面处的偏聚焓为正值,无法自发偏聚到界面处,铈在TiB₂(0001)表面上具有较高的吸附能,可抑制TiB₂在此面的堆垛生长。