机械工程材料杂志

机械工程材料杂志2024年第8期

• WC-Co硬质合金强化的研究进展

  张好强, 曹幸飞, 王莉娜, 侯锁霞, 王明明

  WC-Co硬质合金具有高强度、高韧性、高耐磨性等优点,在工业领域具有广阔的发展前景。对WC-Co硬质合金进行强化,可以进一步提高硬度、耐磨性和断裂韧性等性能,从而拓展其在航空航天、资源开采、装备制造等领域的应用。列举了部分稀土单质和稀土氧化物强化WC-Co硬质合金的研究成果,总结了稀土强化机理,包括细化晶粒、改善黏结相结构、强化晶界,综述了WC-Co硬质合金碳含量控制、烧结、热处理等制备工艺的优化措施,最后对WC-Co硬质合金强化研究中存在的问题进行了总结,并展望了未来的研究方向。

• 火焰喷涂纯锌和Zn-Al合金涂层的耐腐蚀性能

  刘畅, 高名传, 袁振南, 余斯亮, 陈同舟

  在6061-T6铝合金表面制备了火焰喷涂纯锌、Zn-15Al合金和Zn-30Al合金涂层,研究了不同涂层的微观形貌、耐中性盐雾腐蚀性能和电化学性能。结果表明：纯锌、Zn-15Al合金和Zn-30Al合金涂层截面结构致密,孔隙率依次降低,与基体呈机械结合；经中性盐雾腐蚀后,纯锌、Zn-15Al合金与Zn-30Al合金涂层的腐蚀质量增加和腐蚀速率依次减小,Zn-30Al合金涂层表现出最好的耐中性盐雾腐蚀性；在人工海水溶液中,3种涂层的开路电位均低于铝合金基体,可以对基体进行牺牲阳极保护；相比纯锌涂层,Zn-15Al合金和Zn-30Al合金涂层的自腐蚀电流密度更小,自腐蚀电位更高,腐蚀速率更小,腐蚀倾向更低；随着浸泡腐蚀时间延长,Zn-15Al合金涂层的耐腐蚀性能无显著变化,Zn-30Al合金涂层的耐腐蚀性能逐渐增强。Zn-30Al合金涂层表现出最好的耐电化学腐蚀性。

• 温度对核电压力容器用SA508-Ⅲ钢拉伸性能的影响

  刘家骅, 咸彤彤, 王磊, 郭欣瑶, 黄梦翔, 纪飞飞

  对核电压力容器用SA508-Ⅲ钢进行了在不同温度（25,90,180,260,320?℃）下的拉伸试验,研究了温度对其拉伸性能的影响及机理。结果表明：当温度为260,320?℃时,试验钢拉伸应力-应变曲线塑性变形阶段均出现锯齿波,呈典型动态应变时效特征；随着温度升高,试验钢的屈服强度减小,抗拉强度先减小再增大,断后伸长率先增加后减小,当温度为180?℃时,抗拉强度最小,断后伸长率最大；随着温度升高至180?℃以上,动态应变时效发生,试验钢中位错胞尺寸减小,位错密度增大,沿亚晶界和晶界析出的碳化物数量增加、尺寸减小,这也是强度提高、塑性减小的主要原因。

• 铁包覆氧化锆增韧氧化铝颗粒增强高铬铸铁复合材料的冲击性能

  柴金荣

  采用铸渗工艺制备了铁包覆和无铁包覆氧化锆增韧氧化铝颗粒（ZTAp）增强高铬铸铁复合材料,对比研究了不同复合材料的微观形貌、微区成分和冲击性能。结果表明：无铁包覆ZTAp增强高铬铸铁复合材料中ZTAp与高铬铸铁间存在界面间隙,在制样中ZTAp发生脱落；铁包覆ZTAp增强高铬铸铁复合材料中的ZTAp嵌在高铬铸铁中,界面处无空洞、脱黏和分层等明显缺陷,且形成连续的厚度在15~30?μm的界面层,可以提升界面结合性能；铁包覆ZTAp增强高铬铸铁复合材料的冲击韧度（2.1?J·cm?2）提升至无铁包覆时（0.5?J·cm?2）的4.2倍,失效方式由拔出失效转变为颗粒断裂失效,基体区断裂机制为准解理性断裂,界面层局部存在韧窝、撕裂棱等断裂特征。

• 6061/5052异种铝合金钨极惰性气体保护焊接头的组织与性能

  梁成成, 冯锡峰, 林思洙, 聂建辉

  制备了6061/5052异种铝合金钨极惰性气体保护焊（TIG）接头,研究了接头的显微组织、晶粒尺寸、硬度、抗应力腐蚀性能和预腐蚀疲劳性能。结果表明：6061铝合金母材,焊缝和5052铝合金母材的平均晶粒尺寸分别为38.42,47.13,41.17??m；母材区显微硬度高于热影响区和焊缝区,硬度最小值（51?HV）出现在6061铝合金侧热影响区；接头在NaCl溶液和空气中应力腐蚀后,断裂位置均在6061铝合金侧距焊缝中心14 mm处,在NaCl溶液中的抗拉强度、屈服强度和断后伸长率略高于在空气中,抗应力腐蚀性能略强；随着NaCl溶液中HCl含量增加,焊接接头的晶间腐蚀深度增加,疲劳寿命缩短,断裂位置由焊缝区向5052铝合金母材转变。

• 基于机理和反向传播神经网络的转炉石灰加入量计算模型

  雷明钢, 李守华, 何方, 武志杰, 刘欣悦, 杨永刚, 米振莉

  针对高废钢比转炉冶炼条件,以转炉碱度计算为理论基础,以某钢厂转炉一级和二级的数采系统为数据来源,利用设计数据筛选规则、数据预处理和计算损失函数提高计算精度,构建了基于机理+结构为15-3-50-5-1的反向传播（BP）神经网络的石灰加入量计算模型,并将计算结果与真实值和传统模型计算结果进行了对比。结果表明：机理+BP神经网络模型预测的石灰加入质量与真实值的平均相对误差仅为10.7%,相较传统计算模型下降约7%,说明构建的新模型预测误差小、精度高。

• 残余应力检测技术及其应用

  侯晓东, 黄照文, 高建波, 吴桂毅, 张瑞尧, 张书彦

  随着我国工业水平的不断提升,残余应力问题日益受到重视。准确测试和控制残余应力可以实现改善材料性能、提升尺寸精度、延长寿命等目的,进而提升关键工程构件的安全性和可靠性。因此,残余应力检测技术在航空航天、核电、船舶等领域发挥着重要作用,为工程构件力学性能研究和安全评估提供关键数据支持。总结了目前常用的残余应力检测技术的原理、适用范围、优缺点等,讨论了选择残余应力检测技术时需考虑的主要因素,指出了残余应力检测技术在科研和应用领域的发展趋势。

• 高强度7xxx系铝合金热处理调控残余应力研究进展

  舒文祥, 邓肖峰, 李思振, 贾红波, 宋文晶, 闻强苗, 崔庆新, 姜建堂

  随着航天装备的不断大型化和轻量化,7xxx系铝合金构件普遍呈尺寸规格大、形状复杂、薄壁弱刚性等结构特点,在加工和使用中易产生强烈的残余应力效应；残余应力的产生会影响加工质量,甚至导致失效。因此,如何有效调控制造过程中的残余应力成为亟待解决的关键难题。总结了航天领域高强度7xxx系铝合金构件残余应力热处理控制技术的研究现状,详细介绍了淬火、冷热循环处理、深冷处理、时效去应力对残余应力的调控效果及作用机制,提出了目前航天高强度7xxx系铝合金残余应力热处理调控的主要问题及发展方向。

• 坡口形式对Q390/Q690异种低合金钢焊接残余应力的影响

  崔亚男, 陈兴召, 郭优, 李晓飞, 崔丽, 兰亮云

  采用有限元法研究了坡口形式（V形、X形和K形）对Q390/Q690异种低合金钢熔化极活性气体保护电弧焊接头温度、应力和焊后残余应力分布的影响,并进行了试验验证。结果表明：模拟和试验所得热循环曲线和残余应力分布相似,瞬时温度相对误差小于15%,证明模型准确；K形坡口接头焊缝区峰值温度最高,V形坡口次之,X形坡口最小；K形、V形和X形坡口接头焊缝均存在等效应力高于690?MPa的高应力区,面积依次降低,纵向残余应力均呈“几”字形分布,峰值出现在焊缝处,在两侧熔合区迅速转变为压应力,横向残余应力均呈双驼峰形分布,峰值出现在两侧熔合区,焊缝区应力急剧减小至中心处接近0；坡口形式对接头纵向残余拉应力峰值影响较小,V形与K形坡口接头纵向残余拉应力分布范围大于X形坡口,横向残余拉应力峰值和分布范围均大于X形坡口。

• 深冷处理对固溶时效后2A14铝合金残余应力及尺寸稳定性的影响

  谢刚, 田平华, 文湘泉, 韩泓屹, 刘建华, 彭金方, 徐尧

  对2A14铝合金依次进行（380±5）℃×120?min退火、498?℃×2?h固溶、160?℃×6?h时效以及不同温度（?70,?90,?110,?130?℃）保温6?h深冷+160?℃×3?h时效处理,研究了深冷处理对试样内部残余应力、物相组成、微观结构、尺寸稳定性和力学性能的影响。结果表明：不同热处理后试样中心纵截面残余应力均呈内拉外压形式,深冷处理对残余拉应力的释放效果和对应力分布均匀化效果随深冷温度降低均先增后减,?90?℃下深冷处理应力释放和均匀化效果最好；?130~90?℃深冷处理可以细化晶粒、增加析出相数量、减小析出相尺寸、降低位错密度、提高析出相和位错分布弥散性；?130?℃~70?℃深冷处理可以提高2A14铝合金的尺寸稳定性、抗拉强度和屈服强度,但会降低断后伸长率。

• 喷丸强度对船舶典型Q345钢十字型焊接接头残余应力分布的影响

  贾青青, 张晋晗, 杨波, 刘华兵, 汪舟, 甘进

  对船舶典型Q345钢十字型焊接接头进行了不同喷丸强度（0.167,0.183,0.198?mm）下的喷丸处理,研究了喷丸后接头残余应力表面和沿深度方向的分布以及疲劳寿命,确定了最优喷丸强度。结果表明：喷丸处理消除了焊接接头表面残余拉应力,引入了较高水平残余压应力,改善了表面残余应力分布均匀性,增加了残余应力影响层深度,延长了疲劳寿命；随着喷丸强度增加,引入的残余压应力增大,分布均匀性先提升后减小,残余应力影响层深度增加,疲劳寿命先延长再缩短；最优喷丸强度为0.183?mm,此时焊接接头表面残余压应力较大,分布均匀性最好,残余应力影响层深度较大,疲劳寿命最长。

• 有限元模拟再喷丸参数对Q345B钢残余应力演变规律的影响

  张晋晗, 刘华兵, 甘进, 贾青青, 杨波, 汪舟

  对退火态Q345B钢依次进行喷丸、预疲劳、再喷丸处理,采用X射线/剥层法研究了再喷丸对残余应力和疲劳寿命的影响,以预疲劳的残余应力为初始应力,构建了随机弹丸再喷丸有限元模型,研究了覆盖率（100%,200%,300%）、弹丸直径（0.4,0.5,0.6,0.7?mm）和弹丸初速度（25,35,40,45?m·s?1）对残余应力分布及其影响层深度和试样表面粗糙度的影响。结果表明：再喷丸处理可以使预疲劳处理松弛的残余应力基本恢复到单次喷丸后的水平,并进一步延长其疲劳寿命。有限元模拟得到,随着覆盖率增加,再喷丸引入的残余压应力和影响层深度无明显变化,试样表面粗糙度增大；随着弹丸直径和弹丸初速度增加,残余压应力和影响层深度均先增大后趋于稳定,表面粗糙度增大。最优再喷丸参数为弹丸初速度40?m·s?1,弹丸直径0.6?mm,覆盖率100%。

• 连续激光辅助激光冲击强化后TC4钛合金板的残余应力分布

  徐龙洁, 黄秉汉, 叶一璇, 罗臻, 叶畅

  对TC4钛合金板进行不同功率（40~100?W）连续激光加热背面辅助脉冲激光冲击正面的强化处理,通过与未强化和传统激光冲击强化试样进行对比,研究了连续激光辅助冲击及连续激光功率对试样温度、物相、硬度和深度方向残余应力分布的影响。结果表明：随着连续激光功率增大,连续激光辅助激光冲击强化试样背面温度呈线性升高,正面温度升高但趋势变缓并趋于平稳,且温度升高未引发TC4钛合金相变；相较未强化和传统激光冲击强化试样,连续激光辅助激光冲击强化试样的正面硬度、表面残余压应力和残余压应力影响层深度增加；试样硬度不受连续激光功率影响,但残余压应力和残余压应力影响层深度随连续激光功率增加呈先增加后减小的趋势,当连续激光功率为60?W时达到最大,分别为431.4?MPa,470?μm。

• 表面变质层非等双轴残余应力的X射线/剥层测试与有限元矩阵修正

  张倩琪, 许鑫鑫, 张建伟, 刘明

  采用有限元模拟了剥层后渗碳+热处理+喷丸强化处理后18CrNiMo7-6合金钢表面变质层的残余应力,经试验验证后对其进行了有限元矩阵修正,研究了喷丸强化前后x和y方向残余应力分布,最后进行了有限元矩阵修正法的试验应用。结果表明：局部剥层后残余应力模拟值和测试值相对误差小于10%,证明模型准确；根据残余应力方向选择适用的修正矩阵后,平面非等双轴残余应力有限元矩阵修正值与初始值之间较接近；试验可得未喷丸试样表面变质层内存在近似等双轴残余应力,残余应力修正值与测试值相差不大,喷丸试样x和y方向残余应力间相差显著,表面变质层内存在非等双轴残余应力,残余应力修正值均小于测试值。

• 基于有限元模拟研究选区激光熔化成形薄壁件反向变形补偿

  赵小康, 王联波, 王占勇

  采用有限元方法模拟了壁厚1?mm的GH4169镍基高温合金激光选区熔化成形薄壁圆筒的等效应力场和变形场,对有限元模型进行了不同迭代次数的反向变形补偿,研究了迭代次数对变形场的影响,并进行了试验验证。结果表明：薄壁圆筒试样的变形量呈中部、底部和顶部依次减小的趋势,等效应力呈底部、中部和顶部依次减小的趋势,当高度为90?mm时,变形量最大,等效应力最小,分别约为0.485?mm,341?MPa；试验所得变形量与模拟值的相对误差小于10%,说明有限元模型的变形场可以近似用作反向变形补偿的计算依据；随着反向变形补偿迭代次数增加,有限元模型的变形量逐渐趋近于0；将两次迭代后的模型导出并进行激光选区熔化成形,所得薄壁圆筒的变形量在±200?μm内,相比反向变形补偿前降低了60%。

• 切缝翘曲法测试铝合金厚板内部残余应力

  王军强, 曹海龙, 牛关梅, 刘成

  采用切缝翘曲法测试了40,80?mm厚7050 T7451铝合金板横向残余应力沿深度方向的分布,并与剥层法测试结果进行了对比。结果表明：切缝翘曲法测得80?mm厚试样心部附近（距表面20~60?mm）的横向残余应力为拉应力,边部附近（距表面0~20?mm和60~80?mm）的横向残余应力为压应力,与剥层法测试结果相近,相关系数高达0.853,说明测试方法准确；40?mm厚试样的最大横向残余拉应力位于试样心部,最大横向残余压应力位于试样表面；80?mm厚试样的最大横向残余拉应力位于试样心部,最大横向残余压应力位于距表面12~16?mm处。