机械工程材料杂志

机械工程材料杂志2024年第4期

• 碲改质C70S6非调质钢的旋转弯曲疲劳性能

  张璐, 王梓菲, 刘年富, 李杰, 徐翔宇, 付建勋

  采用升降法和成组法对碲改质C70S6非调质钢进行旋转弯曲疲劳试验,研究了试样的旋转弯曲疲劳性能,分析了碲改质作用机理。结果表明：当置信度为95%,失效概率分别为10%,50%时采用升降法得到的疲劳强度分别为385.0,458.8 MPa,采用成组法时分别为379.9,432.0 MPa,两种方法所测疲劳强度均高于企业要求和未经碲改质C70S6非调质钢；试验钢中硫化物为MnS和Mn（S,Te）,大多呈曲率半径小的椭球状,评级结果为细系1.5级,粗系2.0级,其尺寸小于国内未经碲改质C70S6非调质钢,与国外未经碲改质C70S6非调质钢相当；碲改质主要通过调控硫化物形态、减小硫化物尺寸来改善C70S6非调质钢的旋转弯曲疲劳性能。

• 淬回火工艺对N-Mo合金化Cr13型耐蚀塑料模具钢组织与力学性能的影响

  樊译, 马党参, 迟宏宵, 周健, 谢官利

  对N-Mo合金化Cr13型耐蚀塑料模具钢进行925~1 150 ℃保温0.5 h的油淬处理,再分别进行150~300 ℃保温2 h或者350~600 ℃保温1 h的回火处理,研究了淬回火工艺对该钢组织与力学性能的影响。结果表明：试验钢淬火后的组织主要为淬火马氏体,随着淬火温度的升高,晶粒长大,第二相逐渐固溶进基体,试验钢的硬度先增大后降低,当淬火温度为1 050 ℃时,硬度达到峰值,为57.7 HRC,此时第二相基本固溶进基体,残余奥氏体体积分数仅为8.49%。随着回火温度的升高,试验钢组织由回火马氏体向索氏体转变,第二相逐渐析出并长大；硬度呈先降低后升高再迅速降低的趋势,冲击吸收能量随回火温度的变化规律与回火硬度的变化规律相反,抗拉强度的变化规律与硬度的变化规律一致,屈服强度呈先增大后降低的趋势,并在回火温度为480 ℃时达到最大值,为1 445 MPa；在200 ℃以上温度回火后试验钢的塑性均保持在一个较好的水平。试验钢获得优异综合性能的热处理工艺为1 050 ℃×0.5 h淬火+200~300 ℃×2 h回火,此时组织为回火马氏体,硬度为48~53 HRC,抗拉强度为1 752~2 050 MPa,屈服强度为1 171~1 223 MPa,冲击吸收能量为41~51 J,断面收缩率为42%~51%,断后伸长率为17.1%~17.7%。

• 基于小试样的定向凝固镍基合金蠕变性能评估方法

  黄文彬, 曹铁山, 王威, 迟庆新, 程从前, 赵杰

  在热处理态定向凝固镍基合金棒材上制取工字型非标准小试样和棒状蠕变标准试样,并进行了不同温度（800,850,900,980 ℃）下的应力松弛试验和不同应力（标准试样为250,350,450 MPa,小试样为250,350,400,450 MPa）下的蠕变持久试验,研究了标准试样和小试样的松弛蠕变和持久蠕变行为,建立了小试样松弛蠕变速率与标准试样持久寿命的关系。结果表明：小试样和标准试样的持久蠕变曲线均单调递增直至试样断裂,持久蠕变速率曲线均均呈“U”字型,两者的最小持久蠕变速率接近；小试样和标准试样的高温松弛蠕变曲线均单调递减,温度归一化后两者松弛蠕变速率分布在一条线上；持久蠕变和应力松弛试验后标准试样和小试样中γ'相均沿垂直于应力方向聚集粗化,属于N型筏化；标准试样持久寿命与小试样松弛蠕变速率存在线性关系,利用小试样松弛蠕变速率预测的持久寿命和标准试样实际持久寿命接近。

• 燃料与氧化剂用量比对溶液燃烧法制备尖晶石型高熵氧化物结构和储锂性能的影响

  王之昕, 张惠, 李肖, 郭磊, 梁雨婷, 官仕卿, 万宇杰, 冒爱琴

  以金属硝酸盐为氧化剂、甘氨酸为燃料,采用溶液燃烧法在750 ℃下制备尖晶石型（K1/6 Co1/6 Cr1/6 Fe1/6 Mn1/6 Ni1/6）3O4高熵氧化物粉体,并将该粉体用作锂离子电池负极材料,研究了燃料与氧化剂的物质的量比（0.2,0.5,1.0,1.5）对产物结构和储锂性能的影响。结果表明：所制备的高熵氧化物化学成分均匀且具有介孔结构；随着燃料与氧化剂的物质的量比的增加,高熵氧化物的结晶度、晶格常数、晶胞体积、比表面积和孔体积均增大,晶粒尺寸先减小后增大,最可几孔径先减小后增大再减小；当燃料与氧化剂的物质的量比为0.5和1.0时,所制备的粉体具有相似的比表面积和类似的孔结构,但是前者具有更小的晶粒尺寸和最可几孔径。当燃料与氧化剂的物质的量比为0.5时,制备的电极在0.2 A·g-1小电流密度下循环100圈后放电比容量最高（1 196 mA·h·g-1）,这与此时电极材料具有较小的晶粒尺寸和最可几孔径以及适中的结晶度有关；当燃料与氧化剂的物质的量比为1.0时,电极具有最优的倍率性能,在1.0 A·g-1大电流密度下循环400圈后的放电比容量高达1 133 mA·h·g-1,在3 A·g-1大电流密度下的比容量保持率仍高达59.4%,这主要与较大的晶胞体积有关。

• 电解抛光对含珠光体组织材料纳米压痕测试结果的影响

  张献光, 石鹏, 陈佳俊, 裴逸武, 闫建昊

  将含珠光体组织的HRB600热轧带肋高强钢筋在不同体积分数（20%,10%）高氯酸乙醇电解液和电解电压（20,15 V）下进行电解抛光,再进行纳米压痕测试,研究了电解抛光条件对纳米压痕测试结果的影响。结果表明：电解抛光后钢筋中的珠光体组织呈深黑褐色,铁素体组织呈白色,当电解液中高氯酸的体积分数为20%、电解电压为20 V时,两者的衬度差异较大,电解腐蚀程度较大,珠光体中渗碳体和铁素体的平均高度差较大,即表面粗糙度较大；较大的表面粗糙度导致纳米压痕载荷-位移曲线出现平台,纳米压痕测试失真。推荐电解抛光条件为电解液中高氯酸体积分数为10%,电解电压为15 V,电流为3 A,电解时间为6 s,温度为室温。

• MnFePBA/rGO/CC复合电极的制备及电化学电容性能

  缪天宇, 胡雨婷, 赵斌

  采用共沉淀法在氧化石墨烯（GO）表面原位生长锰铁普鲁士蓝类似物（MnFePBA）纳米颗粒,获得不同MnFePBA和GO质量比（1∶0.1,1∶0.3,1∶0.5）的复合粉体；采用超声喷涂法将MnFePBA/GO复合粉体涂敷在预热的碳布（CC）基底上,并借助化学还原将GO转化成还原氧化石墨烯（rGO）,制备出MnFePBA/rGO/CC复合电极,研究了复合电极的微观结构和电化学电容性能。结果表明：当MnFePBA与GO的质量比为1∶0.1时,MnFePBA颗粒发生团聚；当二者的质量比为1∶0.5时,GO纳米片出现明显堆叠；当二者的质量比为1∶0.3时,GO与MnFePBA均匀复合,所制备的MnFePBA/GO/CC复合电极具有最高的比电容、最小的内阻及最快的离子扩散速率,电化学性能最优。当MnFePBA和GO质量比为1∶0.3时,化学还原法制备的MnFePBA/rGO/CC复合电极在1 A·g-1电流密度下的比电容由化学还原前的888 F·g-1增加到1 032 F·g-1；当电流密度从1 A·g-1增大到10 A·g-1时,比电容保持率由化学还原前的44.93%提升至54.55%,且在7 A·g-1电流密度下经过3 000圈循环后的比电容保持率仍为94.78%。

• 热处理对高真空压铸AlSi10MnMg合金拉伸性能的影响

  罗国健, 孙有平, 何江美, 刘华燊, 罗章

  分别对高真空压铸AlSi10MnMg合金进行T5（180 ℃×2 h）、T6（515 ℃×1 h空冷+175 ℃×2 h）和T7（460 ℃×1 h水冷+175 ℃×2.5 h）热处理,研究了不同热处理条件下该合金的显微组织和拉伸性能。结果表明：经过T5热处理后的铸态试验合金铝基体相长大,圆整度较高,晶粒尺寸主要集中在20~80μm,硅相仍呈细长状,与铸态试验合金相比,试验合金的抗拉强度提高了8.9%,断后伸长率降低了9.1%；经过T6和T7热处理后,铝基体相形状不规则程度降低,晶粒尺寸分别为2~50,2~30μm,组织更均匀致密,硅相由铸态时的细长状演变为规则的圆形,试验合金的抗拉强度分别降低了26.0%和23.9%,断后伸长率分别提高了54.5%和72.7%；铸态和T5态试验合金的拉伸断裂方式均为韧脆混合断裂,T6和T7态试验合金的断裂方式则以韧性断裂为主,其中T7态试验合金拉伸断口中的韧窝细密且深,塑性更好。

• 氢气含量与加载频率对X80钢管接头疲劳裂纹扩展速率的影响

  刘忠, 李毅, 宋卫臣, 辛萌

  在氮气,体积分数均为2%的H2+CO2以及体积分数分别为5%,2%的H2+CO2环境中,对X80钢管接头试样进行不同加载频率（0.1,1.0,10.0 Hz）的疲劳裂纹扩展试验,研究了氢气含量和加载频率对疲劳裂纹扩展速率的影响。结果表明：当加载频率为1.0 Hz时,氢气含量越高,接头母材、热影响区和焊缝裂纹扩展速率越大,且焊缝中的裂纹扩展速率增大程度最大；含氢环境中焊缝的疲劳裂纹扩展速率小于母材和热影响区；当氢气体积分数为5%时,母材和热影响区均发生韧性断裂,但疲劳断口上存在微小的二次裂纹和少量平台状结构等脆性断裂特征,焊缝疲劳断口出现长度近80μm的二次裂纹,但断口形貌仍主要呈韧性断裂特征；氢气体积分数为5%时,随着加载频率增加,母材的疲劳裂纹扩展速率先增大后减小,加载频率为1.0 Hz时的疲劳裂纹扩展速率最大。

• SiO2掺杂量对SnO2压敏电阻电气性能的影响

  石钤文, 赵洪峰, 谢清云, 蒙晓记

  采用传统方法制备了掺杂不同物质的量分数（0.01%,0.05%,0.10%,0.15%,0.20%）SiO2的SnO2压敏电阻,研究了SiO2掺杂量对SnO2压敏电阻电气性能的影响。结果表明：随着SiO2掺杂量的增加,SnO2压敏电阻的电压梯度、非线性系数、势垒高度、施主密度和界面态密度均先增大后减小,泄漏电流密度先减小后增大,晶界电阻增大；当SiO2物质的量分数为0.10%时,SnO2压敏电阻的综合电气性能最佳,其电压梯度、非线性系数、施主密度、界面态密度、势垒高度最大,泄漏电流密度最小,分别为582 V·mm-1,33,1.7×1023 m-3,6.7×1016 m-2,2.03 eV,7.06μA·cm-2。

• La2O3添加量对激光熔覆铁基合金涂层显微组织和耐磨性能的影响

  陈永生, 叶洲, 郭岩

  采用激光熔覆技术在35CrMoV钢表面制备添加La2O3质量分数分别为0,0.7%,1.4%,2.0%的铁基合金熔覆层,研究了La2O3含量对其显微组织、物相组成、显微硬度、耐摩擦磨损性能和抗冲击磨料磨损性能的影响。结果表明：未添加La2O3的熔覆层主要物相为FeCr固溶体和少量Cr23 C6,添加La2O3后熔覆层中还出现了LaNi3,当La2O3质量分数为1.4%时熔覆层与基体界面平整,冶金结合良好,组织细小且均匀；随着La2O3质量分数增加,熔覆层显微硬度先增大后减小,耐摩擦磨损性能和抗冲击磨料磨损性能先提高后降低,当La2O3质量分数为1.4%,耐磨性能最好,此时熔覆层的摩擦磨损机制由未添加La2O3时的严重黏着磨损变为轻度犁削磨损,冲击磨料磨损表面的犁沟和凹凸不平消失,表面趋于平整。

• WC与钼质量比对TiC基金属陶瓷显微组织和性能的影响

  陈敏, 张雪峰, 朱军, 朱俊杰, 李佳, 翁刘, 周浩然, 朱薪颖, 张鑫

  制备了WC和钼总质量分数为8%,WC与钼质量比分别为1∶4,2∶3,3∶2,4∶1的TiC基金属陶瓷,研究了WC与钼质量比对试样显微组织和性能的影响。结果表明：不同WC与钼质量比试样中的硬质相均为芯-环结构,芯相主要为TiC,环相为（Ti,M）C（M为Mo,W,V）；当WC与钼质量比大于1时,黏结相中原位析出（Ti,M）C纳米颗粒；随着WC与钼质量比增加,试样的抗弯强度、断裂韧度和硬度均先增大后减小,密度增加,当WC与钼质量比为3∶2时,TiC基金属陶瓷的综合性能最佳,密度较高,硬度、抗弯强度、断裂韧度最大,分别为1 546 HV,1 200 MPa,6.61 MPa·m1/2；当WC与钼质量比小于1时,弯曲时试样中的硬质相发生穿晶断裂形成解理断面,黏结相发生撕裂变形形成粗糙断面；当WC与钼质量比大于1时,纳米颗粒从黏结相中拔出形成韧窝,WC与钼质量比越大,断口上的韧窝比例越少。

• 温度对UNS N08825合金在高含H2S环境中耐腐蚀性能的影响

  李科, 李天雷, 张诚, 姜流, 崔磊, 施岱艳, 曹晓燕, 钟显康

  在不同温度（80,90,110,132 ℃）、高压、高含H2 S和高含氯离子环境中对UNS N08825合金进行了72 h浸泡和电化学腐蚀试验,研究了温度对合金耐腐蚀性能的影响,分析了其影响机理。结果表明：在80 ℃下试验合金几乎不发生腐蚀,90,110,132 ℃下合金表面出现黑色腐蚀产物,并且110,132 ℃下的腐蚀产物增多且呈疏松多孔特征；随着温度升高,合金表面的点蚀坑数量增多且深度增加,最大点蚀速率和均匀腐蚀速率均增大；随着温度升高,试验合金的自腐蚀电位、电荷转移电阻和钝化膜电阻减小,自腐蚀电流密度增大。当温度低于90 ℃时,合金表面钝化膜均匀致密,点蚀敏感性低,具有较好的耐腐蚀性能；当温度不低于90 ℃时,元素硫的水解加剧,合金表面钝化膜发生破坏,点蚀更易发生,耐腐蚀性能变差。

• CeO2添加量对电弧增材制造铁基形状记忆合金组织和性能的影响

  尹小琴, 朱建, 唐第东, 王宏宇, 黄金雷

  采用粉芯丝材+电弧增材制造技术制备了含不同质量分数（0,1%,2%,3%）CeO2的Fe-14Mn-6Si-9Cr-5Ni铁基形状记忆合金,研究了CeO2添加量对试验合金显微组织和形状记忆性能的影响。结果表明：添加质量分数1%的CeO2后,合金晶内析出相减少,晶界处析出较大尺寸的稀土化合物,组织均匀,弯曲变形后未出现ε马氏体跨晶生长现象,且马氏体交叉状态较少；当CeO2质量分数增加至2%和3%时,晶内析出相增多,分布均匀性变差,且在弯曲变形后ε马氏体跨晶生长和交叉特征增多；随着CeO2添加量增加,试验合金的晶粒尺寸减小,层错概率增大,形状回复率先增大后减小,当CeO2质量分数为1%时晶粒尺寸较小,层错概率较大,形状回复率最大,形状记忆性能最好。

• 水基凝胶注模用高固相含量氧化锆增韧氧化铝陶瓷浆料及烧结陶瓷的性能

  张景林, 张培志, 祁海, 郭方全, 田云龙, 韩伟月

  在不同氧化锆质量分数（25.0%,27.5%,30.0%）和分散剂添加量（0.2%~0.4%,质量分数）下制备高固相含量（45%~57%,体积分数）、不同pH（1~12）的氧化锆增韧氧化铝（ZTA）陶瓷浆料,研究了pH、分散剂添加量和固相含量等对陶瓷浆料流变性能的影响；在较佳pH和分散剂添加量下制备不同氧化锆含量的陶瓷浆料,经水基凝胶注模成型后,在1 600 ℃进行常压烧结,测试了烧结陶瓷的相对密度和力学性能。结果表明：当pH为7~12时,ZTA陶瓷浆料的Zeta电位和黏度均随pH的增大先减小后增加,且当pH为9时Zeta电位绝对值最大、黏度最小,说明此时陶瓷浆料最为稳定；随着分散剂添加量增加,浆料黏度先减小后增大；随着固相含量增加,浆料黏度增大；在pH为9、分散剂质量分数为0.3%条件下,制备的高固相含量（45%~55%）ZTA陶瓷浆料具有良好的流动性和较低黏度,成型并烧结后,当固相含量较高时,陶瓷的相对密度、抗弯强度和断裂韧度均较高。

• 汽车用铝合金方形薄壁梁的压溃变形行为

  郭鹏程, 喻杜, 肖罡, 秦依婷, 杨钦文

  建立了方形薄壁梁轴向压溃有限元模型,基于准静态拉伸试验获得的应力-应变数据,对6061-T6、6063-T6和6082-T6铝合金方形薄壁梁的压溃变形行为进行研究,分析了单排、双排、三排诱导孔对其压溃变形行为的影响。结果表明：模拟得到无诱导孔铝合金方形薄壁梁均出现3个完整的压溃褶皱,与试验结果相符,证明建立的有限元模型较准确；3种无诱导孔铝合金方形薄壁梁的压溃变形模式均为钻石压溃模式,Mises等效应力分布基本相同,在压溃变形过程中其方形截面上端面两组对边分别依次出现内凹和外鼓,然后顺序压溃形成3个褶皱；开设诱导孔对铝合金方形薄壁梁第一压溃褶皱形成后的压溃变形行为的影响较大,缩短了第二、三压溃褶皱形成所需压溃距离,提升了变形后期的承载能力,开设双排诱导孔时距离最小。

• 紧耦合气雾化拉瓦尔喷盘结构优化

  徐啸林, 卢林, 吴文恒

  采用计算流体动力学法模拟了紧耦合气雾化拉瓦尔喷盘气流喷射角（40°,50°,60°,70°,80°）、气流喷射宽度（15,20,25,30,35 mm）、导流管伸出长度（0.5,4.5,8.5 mm）对雾化室流场气流速度分布及其y轴上气流交汇点气流速度和导液管出口处静压的影响,得到了喷盘优化结构参数；采用优化结构喷盘制备18Ni300模具钢紧耦合气雾化粉末,测定了其性能。结果表明：随着气流喷射角增加,流场最大气流速度减小,气流交汇处气流速度和导液管出口处静压均增大；随着导流管伸出长度增加,流场最大气流速度先减小后增加,导液管出口处静压减小,气流交汇点气流速度未发生显著变化；随着气流喷射宽度增加,流场最大气流速度未产生显著变化,气流交汇点气流速度和导液管出口处静压均减小；根据模拟结果得到喷盘优化结构参数为气流喷射角60°、气流喷射宽度30 mm、导流管伸出长度4.5 mm,此条件下制得的18Ni300模具钢紧耦合气雾化粉末形状规则,尺寸小且均匀,细粉收得率最大,粉末流速和松装密度较大,综合性能最佳。