2023年, 第47卷, 第2期　
刊出日期：2023-02-20

  

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综述
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  选区激光熔化成形316L不锈钢零件中的缺陷及形成机理研究进展

  丛佳琦, 计云萍, 王磊, 康学良, 李一鸣, 任慧平

  机械工程材料. 2023, 47(2): 1-6. https://doi.org/10.11973/jxgccl202302001

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  选区激光熔化（SLM）是目前应用最广泛的金属增材制造技术之一。SLM成形零件中不可避免会产生许多缺陷，包括孔隙、表层粉末球化、裂纹等；缺陷的形成不仅会影响成形过程的顺利进行，也会破坏零件内部完整性，降低零件的服役性能。对SLM成形316L不锈钢零件中孔隙、表层粉末球化、裂纹3种缺陷的主要特征进行了综述，对这3种缺陷的形成机理和影响因素进行了总结，提出了控制缺陷的主要措施，最后给出了今后的研究方向。
试验研究
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  Ti-46Al-8Nb合金定向凝固显微组织及选晶器角度对合金片层取向的影响

  张学贤, 段保华, 杨宇辰, 毛露, 陈光耀, 侯新梅, 李重河

  机械工程材料. 2023, 47(2): 7-13,72. https://doi.org/10.11973/jxgccl202302002

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  采用Bridgman炉结合BaZrO₃/Al₂O₃复合模壳对Ti-46Al-8Nb （原子分数/%）合金进行定向凝固，研究了合金的界面侵蚀层形貌、显微组织和物相组成，以及选晶器角度对选晶效果及合金片层取向的影响。结果表明：定向凝固合金底部存在厚10 μm左右的侵蚀层，且随着高度增大，合金的氧含量和侵蚀层厚度增加；合金的凝固组织为由γ（TiAl）和α₂（Ti₃Al）相组成的全片层结构且无夹杂物存在；在30°~60°区间内，选晶器角度越小，选晶效率越高，但选晶器角度对合金片层取向与生长方向的夹角没有影响。
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  CoCrFeNiW_x高熵合金黏结剂对WC硬质合金显微组织和力学性能的影响

  虞一凡, 田君, 刘涛, 蔡晓康, 刘超, 戴品强

  机械工程材料. 2023, 47(2): 14-20,25. https://doi.org/10.11973/jxgccl202302003

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  采用机械合金化方法制备CoCrFeNiW_x（x取0.2，0.5，物质的量分数/%）高熵合金粉末，作为黏结剂（添加质量分数分别为6%，10%，14%）与WC粉混合，经放电等离子烧结得到WC硬质合金，研究了高熵合金黏结剂对硬质合金显微组织和力学性能的影响。结果表明：CoCrFeNiW_x高熵合金黏结剂具有面心立方和体心立方双相结构，可细化WC硬质合金晶粒；随着高熵合金黏结剂含量的增加，WC硬质合金的维氏硬度降低，断裂韧度和抗弯强度总体呈上升趋势。添加质量分数10% CoCrFeNiW_0.2高熵合金黏结剂制备的WC硬质合金综合性能最佳，维氏硬度为1 785 HV，断裂韧度为10.6 MPa·m^1/2，抗弯强度为1 373 MPa。
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  IN718镍基高温合金粉末的铺粉均匀性

  张玮, 姜胜强, 段春艳, 肖湘武, 谭援强

  机械工程材料. 2023, 47(2): 21-25. https://doi.org/10.11973/jxgccl202302004

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  在不同刮板移动速度（28.23，63.55，91.11，125.25 mm·s^-1）下对IN718镍基高温合金粉末进行铺粉，粉层厚度分别为0.3，0.5，0.7，0.9 mm。采用自制铺粉均匀性测试装置收集粉层不同位置相同体积的粉末并称取其质量，通过计算质量标准差研究了刮板移动速度和粉层厚度对铺粉均匀性的影响。结果表明：粉层的质量标准差随刮板移动速度或粉层厚度的增加而增大，说明铺粉均匀性变差，刮板移动速度对铺粉均匀性的影响更大；获得最佳铺粉均匀性的工艺参数组合为刮板移动速度28.23 mm·s^-1、粉层厚度0.3 mm。
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  铌含量对HR3C钢在高温时效过程中显微组织演变的影响

  杨聪辉, 曹铁山, 陈献刚, 程从前, 赵杰

  机械工程材料. 2023, 47(2): 26-32,66. https://doi.org/10.11973/jxgccl202302005

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  在HR3C钢化学成分的基础上调整铌元素的质量分数分别为0.5%，0.8%和1.1%，熔炼得到3种成分钢锭，再进行热轧、1 200℃均匀化退火和固溶处理、750℃不同时间（0~2 000 h）时效处理，研究了铌含量对试验钢显微组织、晶粒尺寸和硬度的影响。结果表明：增加铌含量将提高固溶态试验钢中未溶MX相的含量，减小晶粒尺寸；在750℃时效过程中，增加铌含量会促进σ相在晶界和晶内的析出和粗化，提高硬度；在时效2 000 h时铌含量对晶界析出相的尺寸和分布影响不大，但对晶内析出相的尺寸和形态有所影响，铌质量分数1.1%试验钢中晶内析出相的数量相对较少且呈条状。
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  焊接温度对钛/钢复合管瞬时液相扩散焊接头组织与性能的影响

  姚尚君, 苗鑫, 陈思杰, 郝丽丽, 李振豪

  机械工程材料. 2023, 47(2): 33-38. https://doi.org/10.11973/jxgccl202302006

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  以内衬为TA2工业纯钛、外套为20钢的复合管为研究对象，采用BNi₂非晶合金箔为中间层，在氩气保护下，在1 130~1 200℃焊接温度下对钛/钢复合管进行瞬时液相扩散焊接，研究了焊接温度对钛/钢复合管接头组织和性能的影响。结果表明：不同焊接温度下的接头均成形良好，无孔洞、裂纹等宏观缺陷。随着焊接温度的升高，钛侧焊缝等轴晶组织长大，发生α→α'+β相变，焊缝边界逐渐模糊；钢侧焊缝针状铁素体和珠光体变粗大，黑色脆性相逐渐消失，中间层元素和母材元素的扩散距离增加。不同焊接温度下接头在拉伸时均先在钛侧焊缝处断裂，随着焊接温度的升高，接头抗拉强度先升高后降低，在1 180℃时接头抗拉强度最高，为460 MPa，断裂方式为脆韧混合断裂。
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  奥氏体化温度对C-Si-Mn钢淬火-配分后显微组织与拉伸性能的影响

  阎骏, 周博文, 樊雷

  机械工程材料. 2023, 47(2): 39-43,49. https://doi.org/10.11973/jxgccl202302007

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  将初始组织为马氏体的0.2C-1.6Si-1.8Mn钢在不同温度（840，870，910℃）奥氏体化后进行淬火-配分（Q&P）处理，研究了奥氏体化温度对该钢显微组织与拉伸性能的影响。结果表明：当奥氏体化温度在两相区时，Q&P处理后试验钢中的铁素体主要呈带状，残余奥氏体呈块状和薄带状；随着奥氏体化温度升高，铁素体和残余奥氏体含量减少，马氏体含量增加，对应的屈服强度和抗拉强度增大，断后伸长率和强塑积下降；840℃奥氏体化+Q&P处理后试验钢更高的断后伸长率与其更高含量的残余奥氏体且残余奥氏体呈块状和薄带状2种形态有关，这能有效扩展相变诱导塑性效应区间。
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  晶粒尺寸对304L不锈钢不同温度拉伸性能的影响

  桑文雅, 马莉冰, 季明月

  机械工程材料. 2023, 47(2): 44-49. https://doi.org/10.11973/jxgccl202302008

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  通过冷轧+900，700℃退火制备2种不同晶粒尺寸的304L不锈钢，研究了晶粒尺寸对其室温及高温拉伸性能的影响。结果表明：退火处理使冷轧后的拉长晶粒发生再结晶，形成等轴晶，退火温度为900，700℃时，平均晶粒尺寸分别为63，3 μm；在25，200℃下拉伸时，晶粒较细小试验钢的屈服强度高于晶粒较粗大试验钢，但断后伸长率低于晶粒较粗大试验钢；当拉伸试验温度升高至800℃时，2种晶粒尺寸试验钢的拉伸断口呈穿晶与沿晶的混合断裂模式，表明晶界未起到明显的强化作用，所以2种晶粒尺寸试验钢在800℃拉伸时的强度和断后伸长率基本相同。
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  再结晶区变形量对X80管线钢显微组织和织构的影响

  周磊磊, 熊雪刚, 陈述, 周晓婷, 黄洁, 胡晓

  机械工程材料. 2023, 47(2): 50-53,60. https://doi.org/10.11973/jxgccl202302009

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  采用热模拟试验机对X80管线钢在再结晶区（1 000℃）进行一道次轧制变形，变形量分别为25%，30%，35%，40%，研究了变形量对显微组织、晶粒取向差、晶粒尺寸和织构的影响。结果表明：不同变形量下试验钢的显微组织主要为马氏体组织，变形量增至35%及以上时出现贝氏体；随着变形量增加，晶粒取向差分布无明显变化，晶粒尺寸变得更加细小、均匀；变形量的增加导致再结晶织构{110}〈110〉强度减弱，同时出现{112}〈110〉等变形织构。
材料性能及应用
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  高耐蚀Fe-Cr-Ni系中熵合金在H₂SO₄溶液中的腐蚀行为

  丁骁, 杜晓洁, 马新元, 徐震霖, 张威, 何宜柱

  机械工程材料. 2023, 47(2): 54-60. https://doi.org/10.11973/jxgccl202302010

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  开发了一种低成本Fe-Cr-Ni系中熵合金，通过与316L不锈钢进行对比研究了该中熵合金在0.1 mol·L^-1 H₂SO₄溶液中的耐腐蚀性能，分析了其表面钝化膜的保护能力。结果表明：与316L不锈钢相比，试验合金的自腐蚀电位更高，自腐蚀电流密度更小，说明其腐蚀抗力更强，腐蚀速率更慢，耐腐蚀性能更好；试验合金表面钝化膜中的铬、镍元素含量更高，铁、锰元素含量更低，电荷转移电阻为316L不锈钢的8.1倍，说明合金表面形成了更具保护力的钝化膜；试验合金具有稳定的单相面心立方固溶体组织，元素偏析程度较低，使得合金钝化能力提高、腐蚀敏感性降低，从而保证了钝化膜的稳定性和保护能力。
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  渗铌温度与时间对GCr15钢表面渗铌层组织和性能的影响

  孟令耀, 商剑, 张孟九, 谢爱军, 张越

  机械工程材料. 2023, 47(2): 61-66. https://doi.org/10.11973/jxgccl202302011

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  采用固体粉末包埋法，在不同温度（910，930，950，970℃）和不同保温时间（1，2，4，5，6 h）下在销轴用GCr15钢表面制备渗铌层，研究了渗铌温度与时间对渗铌层的微观形貌、物相组成、显微硬度、耐磨性能和耐腐蚀性能的影响。结果表明：在不同条件下制备的渗铌层与基体结合紧密，主要由NbC和α-Fe组成；随着渗铌温度的升高或渗铌时间延长，NbC相增多，α-Fe相逐渐消失，渗铌层厚度和显微硬度增大；当渗铌温度为950℃、渗铌时间为2 h时，渗铌层的自腐蚀电位最大，自腐蚀电流密度最小，耐腐蚀性能最好。综合考虑厚度、耐腐蚀性能和耐磨性能，较佳的渗铌工艺为渗铌温度950℃、渗铌时间5 h，在该条件下制备的渗铌层耐腐蚀性能较好，摩擦因数波动小，平均摩擦因数仅为0.22。
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  局部堆焊修复U75V钢轨的滚动接触磨损特性

  容彬, 汪永强, 赵火平, 刘少鹏, 沈明学

  机械工程材料. 2023, 47(2): 67-72. https://doi.org/10.11973/jxgccl202302012

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  对未堆焊和局部堆焊U75V钢轨试样进行干态+湿态两阶段连续滚动接触磨损试验，对比分析了2种钢轨试样的滚动接触特性及磨损行为。结果表明：2种钢轨试样的黏着系数在干态磨损阶段都在0.60左右，进入湿态磨损阶段急剧下降至0.25左右；干态磨损阶段局部堆焊钢轨试样的黏着系数略高于未堆焊钢轨试样，湿态磨损阶段则相反。局部堆焊钢轨试样的堆焊层主要由马氏体组成，硬度最高，磨损表面损伤轻微，未发现明显裂纹与塑性变形；热影响区由铁素体、珠光体与马氏体等组织组成，硬度居中，磨损后表面粗糙度最大，塑性变形较大且出现较多大角度扩展的裂纹；无堆焊区主要由珠光体组成，硬度最小，磨损后表面平坦，塑性变形较明显，出现少量裂纹。
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  改性AlN/BN导热填料对玻璃纤维增强丁苯树脂复合材料性能的影响

  马峰岭, 许巧云, 金石磊

  机械工程材料. 2023, 47(2): 73-78. https://doi.org/10.11973/jxgccl202302013

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  采用KH570硅烷偶联剂在无水条件下对AlN和BN进行改性处理，并作为导热填料填充至玻璃纤维增强丁苯树脂复合材料中，研究了不同导热填料对复合材料吸水率、导热性能、介电性能和力学性能的影响。结果表明：2种导热填料的填充均会提高复合材料的吸水率，但相比于未改性填料，改性填料的填充对复合材料吸水率的提升幅度很小；随着改性AlN填充量的增加，复合材料的介电常数和介电损耗明显增加，介电性能下降，弯曲强度先增加后降低；随着改性BN填充量的增加，复合材料的介电常数增加，介电损耗降低，弯曲强度增大；2种改性导热填料均能提高复合材料的导热性能，与单组分填充相比，改性AlN和改性BN混杂填充对复合材料导热系数的提升作用更强。
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  不同状态2A12铝合金与17-4PH不锈钢间的摩擦磨损性能

  王贝, 陈旭立, 胡荣芳, 陈延伟

  机械工程材料. 2023, 47(2): 79-83,89. https://doi.org/10.11973/jxgccl202302014

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  为给某锁筒机构导向基座和导向杆摩擦副配对选材，研究了轧制态、固溶态、固溶+时效态2A12铝合金与时效态17-4PH不锈钢组成的摩擦副在干摩擦和抹润滑脂润滑条件下的摩擦磨损性能。结果表明：轧制态2A12铝合金的抗拉强度和显微硬度高于固溶态和固溶+时效态，远低于时效态17-4PH不锈钢；在抹润滑脂润滑条件下，轧制态2A12铝合金与17-4PH不锈钢配副的平均摩擦因数以及轧制态铝合金的平均体积磨损率明显低于干摩擦条件下，并且低于相同润滑条件下固溶态和固溶+时效态2A12铝合金；2种润滑条件下3种状态铝合金的磨损机制均以磨粒磨损为主、黏着磨损为辅，不锈钢的磨损机制为轻微磨粒磨损。锁筒机构可以选择轧制态2A12铝合金与时效态17-4PH不锈钢进行配对，通过涂抹润滑脂来减少摩擦磨损卡滞现象。
物理模拟与数值模拟
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  残余应力对装甲钢板抗弹性能影响的有限元模拟

  黄锋, 郭逊, 梁思诚, 李德发, 官计生

  机械工程材料. 2023, 47(2): 84-89. https://doi.org/10.11973/jxgccl202302015

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  建立了普通钢芯子弹射击4.6 mm厚装甲钢靶板有限元模型，将试验测得的沿板厚方向分布的残余应力赋值于有限元模型，研究了靶板初始残余应力对其抗弹性能的影响，并用试验结果对模拟结果进行了验证。结果表明：有初始残余应力靶板背凸高度和弹坑深度的模拟结果与试验结果相符，相对误差分别仅为2.0%和4.8%，证明模型准确；与无初始残余应力靶板相比，施加初始残余压应力后靶板的背凸高度和弹坑深度均减小，说明其抗弹性能提高；随着施加残余压应力的增大，靶板抗弹性能呈现出略微提升的趋势，但提升幅度很小。
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  Fe-0.2C-7Mn中锰钢的单道次热压缩变形行为及热加工图

  汪杨, 岑琼瑛, 王魏军, 张梅

  机械工程材料. 2023, 47(2): 90-95,102. https://doi.org/10.11973/jxgccl202302016

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  采用Gleeble-3500型热模拟试验机对Fe-0.2C-7Mn中锰钢进行单道次等温压缩试验，研究了该钢在不同变形温度（950~1 150℃）和应变速率（0.001~1 s^-1）下的热变形行为，通过计算应变速率敏感指数、功率耗散效率以及失稳参数建立该钢的热加工图，并获得最佳的热加工工艺窗口。结果表明：随着应变速率的增加和变形温度的降低，该钢的流变应力增大；高变形温度和低应变速率有利于动态再结晶的发生，动态再结晶程度的差异会对应变速率敏感指数产生很大的影响；不同真应变下的失稳区均出现在高温高应变速率区域，并且基本与功率耗散图中的低功率耗散效率区域重合。试验钢的最佳热加工工艺窗口为变形温度975~1 100℃、应变速率0.006~1 s^-1。
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  改性碳/碳复合材料疲劳试验后的断裂行为及剩余强度预测

  陆文韬, 张宏宇, 林位麒, 赵华

  机械工程材料. 2023, 47(2): 96-102. https://doi.org/10.11973/jxgccl202302017

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  对改性碳/碳复合材料多层板试样在应力比0.1，-1下进行一定循环周次的疲劳试验后，再进行单向拉伸试验，测得复合材料的平均剩余强度；选择疲劳后具有规整穿透型裂纹的试样，基于其裂纹形貌在Abaqus软件中建立有限元计算模型，计算得到该试样的临界应力强度因子，并以此作为断裂判据对其余试样的剩余强度进行预测，并与各试样的实测剩余强度进行对比。结果表明：试样断口上的疲劳裂纹均呈I型断裂模式，在应力比0.1，-1下的剩余强度均值分别为252.3，258.8 MPa；疲劳后具有规整穿透型裂纹的试样的临界应力强度因子为630 MPa·mm^1/2，以此作为断裂判据得到其余试样的预测剩余强度与实测值的相对误差均小于5.5%，说明该方法预测精度较高。