机械工程材料杂志

机械工程材料杂志2024年第10期

• 等离子熔覆FeCoCrNiAl0.5Ti0.5高熵合金涂层的组织及耐磨性能

  蒋成成, 宋庆雷, 张平, 柳学强, 沈承金

  采用机械合金化法制备FeCoCrNiAl0.5Ti0.5高熵合金粉末,再经等离子熔覆制备高熵合金涂层,研究了机械合金化后高熵合金粉末的微观结构,分析了高熵合金涂层的显微组织、硬度和耐磨性能。结果表明：机械合金化后形成了具有体心立方和面心立方结构双相固溶体的FeCoCrNiAl0.5Ti0.5高熵合金粉末,粒径在2~4?μm。熔覆制备的高熵合金涂层仍保持双相固溶体结构,无明显孔隙、裂纹等缺陷,由熔覆界面处至涂层表面依次形成了胞状晶→树枝晶→等轴晶的典型熔覆组织；高熵合金涂层的平均显微硬度达616.6?HV,为NM400钢的1.46倍,同等磨损条件下的磨损质量损失为NM400钢的48%,磨损机制以磨粒磨损为主,表现出较优的耐磨性能。

• IN718高温合金的新型热控凝固工艺优化

  介子奇, 张军, 刘鼎元, 郭敏

  针对高温合金复杂薄壁铸件易出现欠铸、晶粒粗大和疏松等问题,开发了一种以“低温浇注、高温充型、顺序凝固”为特征的新型热控凝固工艺,研究了在1?380?℃浇注温度下模壳温度（1?260~1?350?℃）和抽拉速度（6~48?mm·min?1）等工艺参数对IN718高温合金圆柱试样组织的影响,并在优化工艺下进行了复杂薄壁特征结构件的成形试验。结果表明：随着模壳温度升高,试样的晶粒尺寸从2.33?mm增加到7.46?mm,且组织均匀性变差,断面等轴晶比例由98%降低到41%,疏松数量减少,尺寸减小。随着抽拉速度增大,晶粒尺寸从3.66?mm减小到2.69?mm,疏松数量增加,尺寸增大；当抽拉速度不小于24?mm·min?1时,组织均匀性较好。最优工艺为模壳温度1?290?℃、抽拉速度24?mm·min?1,采用该工艺可制备得到晶粒尺寸为0.81?mm、疏松面积分数仅为0.2%、最小壁厚为1.8?mm的IN718高温合金大面积薄壁特征结构件。

• 预时效-温成形工艺参数对7075铝合金组织与性能的影响

  张晓蕾, 彭则, 彭玉青, 梁肖, 王子健

  对7075-T6铝合金进行了不同预时效温度（85,100,120?℃）、预时效时间（0~32?h）、成形温度（150,200,250,300?℃）的预时效-温成形处理,研究了工艺参数对合金组织和性能的影响,确定了最佳工艺参数。结果表明：随着预时效时间延长,7075铝合金晶粒尺寸无明显变化,析出相数量增加,硬度和强度均先增大后减小；相比预时效温度为100,120?℃时,预时效温度为85?℃时析出相的数量较少,尺寸较小,硬度和强度较大,断后伸长率较小；随着温成形温度升高,硬度和强度均减小；最佳预时效-温成形工艺参数为预时效温度85?℃、预时效时间24?h、温成形温度150?℃,此时合金综合性能最佳,抗拉强度和断后伸长率分别为T6态的95%和163%；成形后经180?℃×30?min烘烤处理可提升其强度、降低塑性。

• 退火温度对淬火配分后热轧高强钢显微组织和力学性能的影响

  于永梅, 李治国, 娄国栋, 王源, 郭家鹏, 颜欣然

  将热轧高强钢升温至不同温度（780,810,840,870?℃）保温退火600?s后进行200?℃×60?s淬火+410?℃×300?s配分处理,研究了退火温度对其显微组织和力学性能的影响。结果表明：随着退火温度升高,淬火配分后试验钢中铁素体和马奥岛含量减少,回火马氏体、残余奥氏体和贝氏体含量增加；随着退火温度升高,抗拉强度先减小后增大,屈服强度、断后伸长率、屈强比和冲击吸收功均先增大后减小；840?℃退火温度下淬火配分后试验钢的强度、塑性和韧性匹配优异,抗拉强度（830?MPa）较大,屈服强度（585?MPa）、断后伸长率（39.6%）、屈强比（0.70）和冲击吸收功（?20,?40?℃环境下分别为28.35,27.69?kJ）最大。

• 超声滚压工艺参数对45钢表面完整性与冲击性能的影响

  贾琦, 杜东兴, 孔金星, 刘思来, 彭照波, 杨全威

  设计了以静压力（400,800,1?200?N）、振幅（3,5,7?μm）、滚压道次（1,2,3）等超声滚压工艺参数为变量,表面粗糙度、残余应力、显微硬度和冲击吸收功为响应的的正交试验,研究了超声滚压参数对45钢表面完整性与冲击性能的影响。结果表明：随着静压力和振幅增加,试样的表面粗糙度增大,滚压道次影响较小；随静压力、振幅、滚压道次增加,试样的表面残余压应力略有增大；随着静压力与振幅增加,硬化层深度增大,随着滚压道次增加,硬化层深度先减小后增大；随着静压力和振幅增加,冲击吸收功先减小后增大,随滚压道次增加,冲击吸收功增大；对表面粗糙度、表面残余应力、硬化层深度和冲击吸收功影响最大的因素分别为振幅、静压力、静压力和滚压道次；最佳超声滚压工艺参数为静压力400?N、振幅7?μm、滚压3次,此时试样灰色关联度最大,表面完整性和冲击性能较好。

• 工艺参数对氩弧熔覆TiC+Al2O3/Ni复合涂层稀释率及显微硬度的影响

  李思捷, 孟君晟, 陈志辉, 郝晨帆, 李钦东

  采用氩弧熔覆工艺制备了TiC+Al2O3/Ni复合涂层,通过四因素四水平正交试验,研究了熔覆电流（100,110,120,130?A）、熔覆速度（1,2,3,4?mm·s?1）、电弧长度（1,2,3,4?mm）和氩气流量（8,10,12,14?L·min?1）对涂层稀释率和显微硬度的影响,获取最佳工艺参数,并对比分析了不同工艺参数下涂层的物相组成和显微组织。结果表明：稀释率和显微硬度的最主要影响因素分别为熔覆速度和熔覆电流；随着熔覆速度增大,稀释率减小,显微硬度先增大后减小；随着熔覆电流增加,稀释率增大,显微硬度先增大后减小；随着电弧长度增加,稀释率减小,显微硬度先减小后增大；氩气流量对稀释率和显微硬度的影响较小；最佳熔覆工艺参数为熔覆电流120?A,熔覆速度2?mm·s?1,电弧长度2?mm,氩气流量12?L·min?1,此条件下制备的涂层组织细小且均匀,显微硬度最大,为680.9?HV。

• 淬火配分对工程机械用22MnB5钢组织与性能的影响

  晁晓杰, 高展, 郭晓光, 卢志安

  将工程机械用22MnB5钢奥氏体化后,分别进行直接淬火,淬火至不同配分温度（305,330?℃）保温不同时间（10,20,30,60,80,100,120?s）后淬火（一步法淬火配分）,淬火至330 ℃再升温至405?℃保温20?s后淬火（两步法淬火配分）处理,对比研究了淬火配分工艺对试验钢组织和性能的影响。结果表明：一步法淬火配分试样主要由马氏体和碳化物组成,配分时间为60?s时碳化物数量较多、尺寸较小；两步法淬火配分试样主要由板条马氏体、碳化物和少量块状马氏体组成,且残余奥氏体分解更完全、碳化物尺寸更大；直接淬火试样由淬火板条马氏体和少量碳化物组成；一步法淬火配分试样的抗拉强度随着配分时间延长逐渐减小,断后伸长率先增大后减小,强塑积先减小后增加再减小,在配分时间为60?s时断后伸长率和强塑积达到最大；直接淬火试样、两步法淬火配分试样、一步法淬火配分试样的强塑积依次增加。

• 预回火工艺对H13钢组织和性能的影响

  王稳, 程晓农, 苗现华, 倪聪, 贾海涛, 刘超杰, 蒋沁洋, 丁恒楠, 罗锐

  对淬火后H13钢进行620,640,660,680?℃下保温10,20,40?min的预回火与600?℃保温120?min回火处理,并以常规回火（二次600?℃保温120?min回火）为对照,研究了预回火工艺对H13钢组织和性能的影响。结果表明：随着预回火温度提高或保温时间延长,H13钢中马氏体分解程度增加,残余奥氏体数量减少,析出碳化物尺寸增大,位错密度降低,H13钢的硬度降低,冲击吸收功增大；与常规回火相比,620,640?℃下预回火10~20?min+600?℃回火后H13钢的位错密度更高,660,680?℃下预回火10~40?min+600?℃回火后H13钢的的位错密度更低,660?℃下预回火10~40?min+600?℃回火处理可以同时提高硬度和冲击韧性,其原因是较低位错密度和较小尺寸回火析出相的共同作用。

• 国产P91钢焊接接头热影响区各亚区域的热处理模拟

  方利鹏, 要玉宏, 金耀华, 冯琳杰, 张巍, 刘福广

  采用不同温度（800,850,950,1?300?℃）×25?min的正火+755?℃×60?min回火处理分别模拟P91钢接头热影响区不同亚区域,采用650?℃×200?h高温加速时效热处理工艺模拟服役50?000?h工况,通过对比热模拟和实际接头试样研究了服役50?000?h后P91钢焊接接头热影响区不同亚区域的组织及性能。结果表明：粗晶区、细晶区服役态热模拟试样的马氏体板条形态以及MX相、M23C6碳化物和Laves相的数量、分布、颗粒尺寸与实际接头相应亚区域均十分接近；除粗晶区外,热影响区各亚区域服役态热模拟试样和实际服役接头相应区域的平均晶粒尺寸十分接近,相对误差不超过12.5%,显微硬度和微型杯突力学性能相近,强度、韧度和断裂挠度率相对误差均在5%以内,断口呈典型微孔聚集型韧性断裂特征；热影响区部分相变区显微硬度最小,为191?HV,在细晶区和粗晶区硬度大幅上升,在熔合线处达到最大,为314?HV；热影响区粗晶区的微型杯突强度最大,塑性最差,部分相变区的强度最低,塑性最好；相比粗晶区,部分相变区的颈缩程度更高,韧窝更大更深。

• 热轧变形量对Fe-18Mn合金显微组织和阻尼性能的影响

  涂田刚, 杨蔚涛, 杨旗

  对退火态Fe-18Mn合金进行不同变形量（5%~22%）的热轧,通过X射线衍射、扫描电镜、透射电镜以及动态热机械分析仪表征物相组成、显微组织和阻尼性能,研究了热轧变形量对合金组织与阻尼性能的影响。结果表明：热轧前后试验合金均主要由ε马氏体、α?马氏体和奥氏体组成,但热轧后更多奥氏体向ε马氏体转变,使ε马氏体含量增加,奥氏体含量减小；热轧后三相含量随变形量增加无明显变化,但阻尼因子降低。变形量5%热轧后,ε马氏体层错、奥氏体层错和ε马氏体/γ奥氏体界面的贡献降低是阻尼性能相比于热轧前降低的主要原因；当热轧变形量从5%增加至22%后,ε马氏体中层错的贡献降低是阻尼性能进一步降低的原因之一。

• 稀土混合纳米颗粒改性对酚醛树脂基摩擦材料力学性能和摩擦学性能的影响

  谷杨浪, 赵运才, 孙嘉晨, 邹耀平, 万邵晨

  制备了不同质量分数稀土CeO2（1.0%,1.5%,2.0%）、Y2O3（1.0%,1.5%,2.0%）混合纳米SiO2（2.0%,3.0%,4.0%）改性酚醛树脂基摩擦材料,通过正交试验进行配方设计,结合极差分析研究了改性材料对力学性能和摩擦磨损性能的影响,得出最佳添加量,分析了改性摩擦材料的磨损机理。结果表明：稀土CeO2、Y2O3混合纳米SiO2改性摩擦材料的洛氏硬度在62~78 HRL范围内,剪切强度在31.4~34.5?MPa范围内；CeO2、Y2O3和纳米SiO2最佳质量分数分别为2.0%,2.0%,3.0%,此时试样在中温阶段（200~250?℃）的磨损率较小、较稳定,摩擦因数较大,硬度较大,剪切强度最大；最佳添加量下,试样中填料组织分布均匀、尺寸细小、与树脂基体黏结牢固,石墨形成连续摩擦平台,剪切断面呈撕裂不规则状,磨损面中平整区域多,无明显划痕和沟槽；改性摩擦材料在中温阶段的磨损机理主要为热疲劳磨损和磨粒磨损。

• 两种典型初始取向Mg-11Gd-3Y-0.5Nd-Zr合金的动态再结晶行为

  丁乔峰, 唐昌平, 刘琛

  对锻态Mg-11Gd-3Y-0.5Nd-Zr合金进行520?℃×18?h的退火,再分别沿平行于和垂直于锻造方向取样（0°,90°试样）并沿试样轴向进行高温压缩,研究了不同变形量（25%,50%,70%）高温压缩过程中的动态再结晶行为,分析了塑性变形机制及其对动态再结晶的影响。结果表明：随着变形量增加,0°试样和90°试样的动态再结晶面积分数均逐渐增大；90°试样的动态再结晶面积分数相比0°试样更小,尤其在变形量50%下二者相差最大；0°试样和90°试样的塑性变形机制均为棱柱面滑移；90°试样的无滑移系启动晶粒数量相比0°试样更少,棱柱面滑移施密特因子更接近0.5,小角度晶界密度更大,接近1的晶间变形协调因子占比更大,说明其滑移更容易启动,晶间变形协调能力也更强,变形更分散,更难激活动态再结晶。

• 焊接速度对铝合金/铜激光熔钎焊接头组织及性能的影响

  周海波, 蒋翔, 周宇浩

  采用激光熔钎焊在不同焊接速度（4,5,6,7,8?mm·s?1）下对5052铝合金和T2铜进行对接焊,研究了焊接速度对接头宏观形貌、显微组织、显微硬度、抗拉强度及拉伸断裂机理的影响。结果表明：随着焊接速度增加,激光熔钎焊接头的焊缝成形先变优后变差,当焊接速度为6?mm·s?1时焊缝成形最佳；随着焊接速度增加,接头中树枝状Al-Cu共晶组织变少,Zn-Al共晶组织变多,当焊接速度为6?mm·s?1时接头铜侧界面反应区出现Al4Cu9和Al2Cu金属间化合物,熔焊区由α-Al固溶体、η-Zn固溶体、Al-Cu共晶组织和Zn-Al共晶组织组成；随着焊接速度增加,铝合金/铜激光熔钎焊接头熔焊区硬度变化不大,铜侧界面反应区硬度下降,接头抗拉强度先增大后减小,拉伸断裂模式按照解理断裂、准解理断裂、韧性断裂、准解理断裂顺序依次变化,当焊接速度为6?mm·s?1时抗拉强度（212?MPa）最大,接头发生韧性断裂。

• 烧结助剂TiO2添加量及烧结制度对Cr2O3烧结致密化行为的影响

  于丽琴, 郝留成, 余杨, 王亚祥, 王中雨, 王波, 赵晔, 陈蕊

  以Cr2O3微粉为原料、TiO2微粉为烧结助剂,在不同温度（1?000~1?500?℃）、不同保护气体（氩气、氮气）中烧结制备Cr2O3,研究了TiO2添加量（0,1%,3%,5%,质量分数）、烧结温度和烧结气氛对Cr2O3烧结致密化行为的影响。结果表明：随着TiO2添加量增加,试样线收缩率和相对密度增加,致密化程度提高,当TiO2添加量为5%时,线收缩率和相对密度最大,分别为16.25%,92.51%,添加TiO2后形成的（Cr0.88Ti0.12）2O3置换固溶体可以提升扩散传质速率,从而促进烧结致密；随着烧结温度升高,Cr2O3的烧结致密化程度先升高后降低,1?300?°C下烧结最致密,氮气中烧结后在Cr2O3颗粒表面形成Cr2N膜层,可以发挥类似液相作用,提高烧结速率,制备的Cr2O3相比在氩气中更致密。

• 铬添加量对Ti(C,N)基金属陶瓷结构和磁学性能的影响

  赵奔奔, 张曼, 张金伟, 刘杰胜, 方涛, 谭晓明

  以TiC粉、镍粉、TiN粉、碳粉以及铬粉为原料,采用粉末冶金法制备TiC-l0TiN-xCr-30Ni-4C（x=0,2,4,6,8,物质的量分数/％）金属陶瓷,研究了铬添加量对金属陶瓷结构、磁学性能以及力学性能的影响。结果表明：随着铬添加量的增加,金属陶瓷的密度增大,Ti（C,N）陶瓷相呈黑芯-灰环结构且黑芯和灰环的成分变得更均匀,Ti（C,N）陶瓷相颗粒细化,镍基黏结相的晶格常数先增加后略微减小。当铬物质的量分数不大于2%时,金属陶瓷呈铁磁性,随着铬添加量的继续增加,金属陶瓷具有室温无磁性的特性。随着铬添加量的增加,金属陶瓷的室温最大磁化率先降后升,饱和磁化强度和剩余磁化强度均降低,且当铬的物质的量分数大于2％时,均保持为0。随着铬添加量的增加,金属陶瓷的抗弯强度降低,硬度升高。铬添加物质的量分数为4%时,金属陶瓷的综合性能最好,具有室温无磁性、最低的室温最大磁化率（1.85×10?7?m3·kg?1）、较高的抗弯强度（1?094?MPa）和硬度（88.1?HRA）。

• 各向异性屈服模型对酸洗钢板拉深成形模拟结果的影响

  鄂宏伟, 李亚东, 郑学斌, 李学涛, 胡开广

  采用Autoform软件分别基于Hill' 48,Barlat' 89和BBC-2005各向异性屈服模型对SRTC1酸洗钢板拉深成形进行有限元模拟,通过制耳高度和厚度分布数值模拟与试验结果的对比,研究了屈服模型对酸洗钢板拉深成形模拟的影响,获得了最佳屈服模型。结果表明：采用Hill' 48,Barlat'?89和BBC-2005屈服模型模拟的钢板拉深成形筒形件制耳高度差与试验结果的相对误差分别为16.20%,11.27%,7.74%,厚度最大差值模拟结果与试验结果的相对误差分别为8.28%,5.25%,2.30%。BBC-2005屈服模型综合考虑了材料应力和变形各向异性参量,在制耳高度和厚度分布方面均最有最高的预测精度。

• 冷喷涂颗粒临界速度预测的数值模拟

  董脉鸣, 辛红敏, 李光平, 程清思, 代辉, 姚倡锋, 崔敏超

  采用ABAQUS有限元软件建立了冷喷涂单颗粒撞击基体的耦合欧拉–拉格朗日四分之一模型,基于颗粒和基体形状变化以及等效塑性应变分布模型结果预测粒径25 μm钛颗粒和30 μm铝颗粒撞击7B04铝合金基体形成机械咬合与冶金结合的颗粒临界速度,并进行了数据有效性验证,研究了颗粒粒径、颗粒和基体初始温度对临界速度的影响。结果表明：根据模拟得到的颗粒/基体形状变化和等效塑性应变分布,预测得到粒径25?μm钛颗粒、30?μm铝颗粒的临界速度分别为680,700?m·s?1,预测值与经验关系式估算值相对误差均小于11%,说明该方法准确；随着颗粒粒径增加、颗粒初始温度降低、基体初始温度降低,临界速度增大,其中颗粒初始温度对临界速度的影响较小,颗粒粒径和基体初始温度的影响显著。