机械工程材料杂志

机械工程材料杂志2025年第1期

• 三维网络型石墨烯导热复合材料制备方法的研究进展

  侯佳乐, 刘雅轩, 刘国玲, 李震奇, 马峰岭, 王瑛, 姜涛, 吴新锋

  石墨烯具有极高的面内热导率,添加到聚合物基体中能够显著提高聚合物的导热性能。将石墨烯构建成三维网络结构,可以在复合材料中形成更多的导热通路,进一步提高材料热导率。三维网络型石墨烯导热复合材料的制备方法种类多且流程简单。综述了三维网络型石墨烯导热复合材料的制备方法,包括3D打印法、磁场取向法、电场取向法、冻干取向法和自组装法,介绍了不同制备方法的三维网络构建原理、优缺点以及对材料导热性能的影响,阐述了此种材料制备目前的不足,展望了今后的研究方向。

• 风电机组制动片材料摩擦学性能的研究进展

  纪铭亮, 马生辉, 黄浩洋, 赵燊, 吉政甲

  制动系统作为风电机组的关键部件,对风电机组的安全运行和发电效率起到重要作用,高性能风电制动系统的制动可靠性和使用寿命成为了重点研究课题。从风电制动系统材料组分、服役工况和摩擦磨损性能等方面阐述了制动片的设计要点,总结了试验与有限元仿真结合评估制动温度和稳定性等方面的研究进展,并展望了风电机组制动片材料的发展趋势。

• 半固态注射成型SiCp/AZ37镁合金复合材料的低周疲劳性能

  周丽萍, 谷立东, 曾小勤, 莫旭阳, 朱明亮

  采用半固态注射成型工艺制备不同质量分数(0,5%,12%）SiCp/AZ37镁合金复合材料,研究了SiCp添加量对显微组织、拉伸性能和低周疲劳性能的影响。结果表明：不同SiCp添加量下复合材料均由初生α-Mg、β-Mg17Al12析出相和SiCp组成,相比AZ37镁合金,晶粒尺寸显著细化,析出相数量减少,屈服强度和弹性模量增大,抗拉强度和断后伸长率减小,随着SiCp添加量增加,拉伸断裂模式由韧性断裂向韧脆混合断裂、脆性断裂转变；随着SiCp添加量增加,循环滞回环变窄,低周疲劳寿命先延长后缩短,循环响应为初始循环软化后循环硬化直至失效,循环硬化程度增大。

• 孔内壁残余应力和表面粗糙度对7050铝合金紧固孔试样疲劳寿命的影响

  刘长军, 戴寅, 常帅, 谈建平

  通过不同切削速度（4,8,12,16,20,40,80?mm·min?1）钻铰、不同进给速度（0.02,0.04?mm·r?1）铣削和电火花加工,在7075-T72451铝合金疲劳试样中心制备了不同表面粗糙度和残余应力的紧固孔,通过高周疲劳试验研究了孔表面粗糙度和残余应力对试样疲劳寿命的影响,建立了孔表面粗糙度和残余应力与疲劳寿命之间的关系。结果表明：3种工艺加工孔中,钻铰孔表面质量最好,可以通过增加切削速度在维持较小表面粗糙度的同时增大残余压应力。表面粗糙度和残余应力共同影响疲劳寿命,表面粗糙度较小时,随着残余压应力增加,疲劳寿命延长；表面粗糙度增大后,应力集中效应对疲劳寿命影响的占比变大,残余应力的影响占比变小,疲劳寿命缩短；切削速度为16?mm·min?1时钻铰孔试样疲劳寿命最长；提出的综合考虑表面粗糙度和残余应力影响的孔表面质量影响系数能在±2.5倍数据分散带内很好地关联疲劳寿命。

• 钇含量对Ni-Mo-Y合金在宽温域条件下摩擦学性能的影响

  耿飞跃, 金伟文, 陆龙, 杨贵荣, 苏霄鹏

  通过粉末冶金热压烧结制备了不同钇含量（0,0.5%,1.5%,2.5%,质量分数）Ni-Mo-Y合金,采用光学显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、拉曼光谱仪及高温摩擦试验机等,研究了不同钇含量下合金的显微组织、物相组成、力学性能以及不同温度（常温,200,400,600,800?℃）下的摩擦磨损性能。结果表明：不同钇含量Ni-Mo-Y合金均主要由奥氏体组成,组织均匀致密；随着钇含量增加,合金的晶粒细化,孪晶形成,析出相增多,密度减小,硬度和屈服强度均增大且增幅逐渐放缓,当钇质量分数为1.5%时细化改性效果最好。随着摩擦温度在室温至400?℃范围内升高,Ni-Mo-Y合金摩擦表面生成覆盖不完全、具有润滑作用的镍钼氧化物和少量钼酸盐,摩擦因数减小,体积磨损率因磨粒磨损而增加；摩擦温度升至600,800?℃后,摩擦表面逐渐形成具有润滑作用、覆盖完全且致密的镍钼氧化物及钼酸盐膜层,摩擦因数和体积磨损率显著减小。Ni-Mo-Y合金在高温条件下具有较好的摩擦磨损性能。

• 碲对Cr12MoV冷作模具钢加工性能的影响

  刘松涛, 伦明睿, 陈炜, 周茂华, 唐佳丽, 付建勋

  采用非真空冶炼制备了不同碲含量的Cr12MoV冷作模具钢,并进行调质使硬度均为60?HRC,研究了碲对试验钢中夹杂物的影响,通过铣削、钻削试验及表面粗糙度测试量化评估了碲对加工性能的影响。结果表明：通过碲改质,试验钢中可形成（Cr,Mn）Te包裹MnS的MnS-（Cr,Mn）Te复合夹杂物和（Cr,Mn）Te夹杂物,随着碲含量增加,夹杂物数量增多,尺寸增大,形状趋向球形；随着碲含量增加,试验钢的铣削力、钻削力和铣削后的表面粗糙度减小,加工性能提高,表面加工质量改善。

• 钇添加量对低硅铸造铝合金组织与拉伸性能的影响

  蓝凯, 杨弋涛

  向低硅铸造铝合金中添加了不同质量分数（0,0.03%,0.06%,0.09%,0.12%,0.15%）的钇元素,并对其进行了T6热处理,研究了钇添加量对合金显微组织和拉伸性能的影响,并分析了影响机理。结果表明：随着钇添加量增加,合金的α-Al形核温度和共晶硅转变温度先升高后降低,合金中α-Al和共晶硅先细化后粗化,铸态共晶硅形貌向纤维状变化,热处理态共晶硅形貌向球粒状变化,屈服强度和抗拉强度先增大后减小,断后伸长率基本降低；当钇添加质量分数为0.09%时,α-Al形核温度以及共晶硅转变温度最高,热处理后的显微组织为细小的α-Al枝晶与球粒状共晶硅,屈服强度、抗拉强度和断后伸长率较大,综合力学性能最佳；当钇添加质量分数增至0.15%时,合金中析出粗针状Al2Si2Y相,拉伸断裂模式由韧脆混合断裂转变为脆性断裂。

• 稀土镧对Fe-Ni-Al马氏体时效钢中碳化物析出行为和拉伸性能的影响

  周桐, 王海燕, 华连庚, 曹悦, 邢磊, 姚柯, 于大威

  熔炼制备了未添加和添加质量分数0.02%镧的Fe-Ni-Al马氏体时效钢,并进行了900?℃×0.5?h的固溶处理以及500?℃不同时间（0,0.25,0.50,1.00,2.00,3.00,4.00?h）的等温时效处理,研究了稀土镧对试验钢的马氏体组织和析出相演变以及拉伸性能的影响。结果表明：随着时效时间延长,试验钢中马氏体组织出现了回复现象,（Nb,Mo）C析出相长大并聚集；镧的添加可以促进马氏体组织回复和碳化物析出,细化碳化物尺寸并抑制其在晶界处聚集；延长时效时间后,未添加镧试验钢的抗拉强度增大,断后伸长率减小,而添加镧试验钢的抗拉强度和断后伸长率均增大,而这归因于（Nb,Mo）C的大量析出起到的强化作用以及镧的添加对马氏体组织回复的促进作用。

• 激光熔化沉积Al-Mg-Sc-Zr合金元素烧损及缺陷分析

  刘筱, 谢莉, 肖罡, 朱必武, 詹海鸿, 李伟奇

  在不同扫描速度（3,4,5?mm·s?1）下激光熔化沉积Al-Mg-Sc-Zr高强铝合金,研究了镁、钪、锆元素烧损行为及合金缺陷形成机理。结果表明：随着扫描速度增加,合金中气孔平均尺寸增大,数量增多；不同扫描速度下,合金中铝、镁、钪和锆元素都呈均匀分布；沉积过程中钪和锆元素主要烧损形式为氧化,其烧损率不受扫描速度影响,镁元素主要烧损形式为汽化,随着扫描速度增加,激光能量密度减小,烧损率先增大后减小。

• ZCuSn10P1铜合金表面堆焊SnSb9Cu7巴氏合金的界面组织和性能

  王显, 王文先, 郭风云, 周丽丹

  采用冷金属过渡熔化极钨极氩弧焊在ZCuSn10P1铜合金上堆焊SnSb9Cu7巴氏合金,研究了界面处的显微组织和微区成分,测试了结合强度和微纳力学性能。结果表明：铜合金与巴氏合金堆焊层之间存在厚度约140?μm的界面层,实现了冶金结合；界面处平整光滑,无微裂纹、气孔等缺陷,形成了α+δ相；巴氏合金堆焊层由SnSb相、Cu6Sn5相和α-Sn基体组成,显微组织均匀细小,无明显偏析,硬质相颗粒尺寸约35?μm；界面结合强度约101?MPa,断裂主要发生在巴氏合金堆焊层中硬质相处；巴氏合金堆焊层、铜合金、界面层的显微硬度分别为6.199,7.401,8.205 GPa。

• 铜添加量对GCr15钢组织和耐腐蚀性能的影响

  楚玉敏, 姜凤阳, 思芳, 董利军, 史迎建, 刘江南, 王俊勃

  采用真空电弧炉重熔GCr15钢并添加质量分数分别为0,0.036%,0.070%,0.110%的铜元素,研究了铜添加量对显微组织、硬度和耐腐蚀性能的影响。结果表明：铜元素的添加促进了奥氏体向马氏体的转变,随着铜添加量增加,马氏体组织变多变细小,铜元素偏聚程度增加,钢的硬度增大；铜添加量为0.036%时,自腐蚀电位最大,腐蚀倾向最小,点蚀坑最小；当铜添加量为0.110%时,自腐蚀电流密度最小,腐蚀速率最慢,点蚀面积最小。

• 电解液中Ti3SiC2颗粒含量对6063合金微弧氧化层组织及耐腐蚀性能的影响

  刘涛, 商剑, 范紫旭, 李茜

  配制由10?g·L?1Na2SiO3、2?g·L?1NaOH和x?g·L?1Ti3AlC2 纳米颗粒（x=1,2,4,8）组成的电解液,在电解液中对6063合金进行微弧氧化,研究了电解液中Ti3SiC2质量浓度对微弧氧化层形貌、表面粗糙度、微区成分、物相组成和耐腐蚀性能的影响。结果表明：随着Ti3SiC2质量浓度增加,微弧氧化层中孔隙数量增多,微裂纹逐渐扩展,致密性降低；不同Ti3SiC2质量浓度下的微弧氧化层均含有铝、α-Al2O3、γ-Al2O3以及少量Ti3SiC2相；当Ti3SiC2质量浓度为4?g·L?1时,微弧氧化层的表面粗糙度最小,自腐蚀电位最大,自腐蚀电流密度最小,容抗弧半径最大,相位角在中频时最高、最接近90°,频率趋于0时的阻抗模值最大,该条件下制备的微弧氧化层耐腐蚀性能最好。

• 表面枝式微纳流道结构面积对TiAl合金摩擦学性能的影响

  杨慷, 熊亚辉, 林海波, 张鸿磊

  采用激光打标技术在TiAl合金表面制备了不同结构面积（5.86×105,6.54×105,7.30×105,8.10×105,9.06×105?μm2）的枝式微纳流道,装填由锡、银、铜质量比为90∶5∶5的混合粉末和石墨烯粉末（混合粉末与石墨烯质量比13∶7）组成的固体润滑剂后进行摩擦磨损试验,研究了枝式微纳流道结构面积对摩擦学性能的影响,分析了机理。结果表明：相比无枝式微纳流道TiAl合金,带不同结构面积枝式微纳流道TiAl合金的摩擦因数和磨损率均较小；随着结构面积增加,磨损率先显著减小后增大；当结构面积为7.30×105?μm2时,平均摩擦因数和磨损率最小,磨损表面形成了较完整的双层润滑膜。当结构面积为7.30×105?μm2时,在摩擦磨损过程中,枝式微纳流道储存的固体润滑剂与基体产生的磨屑协同对由疲劳磨损造成的基体表面材料剥落进行修补,同时固体润滑剂从微结构中不断析出形成完整的润滑膜,从而提升了摩擦学性能。

• 不同温度和湿度下激光熔覆304L不锈钢局部修复车轮的摩擦磨损性能

  叶榕伟, 王欣纪, 邹港, 徐逸勋, 何成刚, 李尚桂, 刘吉华

  采用激光熔覆304不锈钢对CL60钢车轮试样进行局部修复,研究了不同温度和相对湿度条件（25?℃,60%；50?℃,60%；50?℃,90%）下修复车轮试样的摩擦磨损性能。结果表明：温度越高,稳定摩擦因数越小,在温度50?℃下相对湿度对稳定摩擦因数几乎无影响；温度越高或相对湿度越小,局部修复车轮的磨损质量损失和裂纹长度角度越大,耐磨性能越差。在温度25 ℃、相对湿度60%条件下,车轮表面熔覆层与基体结合区靠近基体一侧存在大块材料剥落和小角度多层裂纹,裂纹向材料内部扩展,损伤较严重；相对湿度保持60%不变、温度提高至50?℃,熔覆层损伤程度减轻,结合区出现明显的分界线且无明显裂纹；温度升高至50 ℃、相对湿度增加至90%,熔覆层内无明显损伤,结合区有少量剥落坑,依然存在明显分界。

• SL-I型乙烯裂解炉辐射段炉管的损伤规律

  叶娟, 连晓明, 陈涛, 陈中官

  对某炼化企业于2018年6月投入使用的以石脑油为原料的SL-I型乙烯裂解炉辐射段炉管进行了现场渗碳检测、低倍酸蚀试验、室温拉伸试验和高温持久试验,分析了炉管在服役过程中的渗碳状况和损伤规律,评估了不同渗碳程度炉管的剩余寿命。结果表明：炉膛内不同炉管以及同一炉管周向不同方位的渗碳程度均存在较大差异,严重渗碳位置主要集中在炉膛西侧和中部入口管和出口管距离炉底1.5~7.5?m处；轻度渗碳入口管的化学成分、强度均符合订货技术要求,而严重渗碳入口管的碳、铌含量较高,未达到屈服点就断裂,强度和塑性均远低于订货技术要求；在最高管壁温度1?100?℃、应力0.22?MPa条件下,轻度和严重渗碳入口管的主要损伤机理分别为高温蠕变和渗碳,轻度渗碳入口管剩余寿命为5.0 a,严重渗碳入口管需及时更换。

• 轧制成型氧化物弥散强化钢的显微组织特征和拉伸性能

  谢锐, 吕铮, 王晴, 刘春明

  用金属快冷气雾化方法直接制备Fe-15Cr-4.5Al-2W-0.3Y-0.3Ti-0.3Zr过饱和固溶体合金粉,经过短时（8?h）球磨后置于铁质包套内,直接轧制得到氧化物弥散强化（ODS）钢,研究了该钢的显微组织特征及不同温度（室温以及400,600,700?℃）下的拉伸性能。结果表明：轧制可实现ODS钢的成型,且其相对密度达到96%,略高于成分相近的热等静压成型ODS钢,平均晶粒尺寸为0.91?μm,小于成分相近的热等静压成型ODS钢,且无显著的织构特征；轧制成型ODS钢的组织中同时存在Y4Zr3O12、YAlO3和Y2TiO5纳米析出相,分布密度峰值达到2.07×1021?m?3。随着试验温度的升高,轧制成型ODS钢的抗拉强度降低；与成分相近的热等静压成型ODS钢相比,低于600?℃时轧制成型ODS钢的抗拉强度更高,600?℃时抗拉强度相近,高于600?℃时抗拉强度略低；随着试验温度的升高,轧制成型ODS钢的断裂机制由脆性断裂向韧性断裂转变,最后又转变为脆性断裂。

• G95Cr18不锈钢关节轴承外圈断裂原因

  宋体杰, 于妍妍, 刘春秘, 宋雪, 康凯, 王琳, 孙梦梦

  某以过盈配合方式置于连杆安装孔内的关节轴承外圈发生断裂。结合轴承结构和材料属性,通过现场调查、断口宏微观形貌观察、显微组织分析、硬度测试以及有限元模拟等方法,分析了该外圈断裂模式及原因。结果表明：关节轴承外圈断裂模式为一次性过载断裂在外加载荷作用下,轴承外圈安装缺口处产生裂纹,同时存在硬度偏低现象,缺口边缘局部材料发生脱落进入轴承摩擦副,引起磨粒磨损和摆动卡滞,摆动卡滞的发生使得外圈逐渐脱出安装孔,导致一次过载断裂倾向增大,最终造成外圈断裂。

• 燃气涡轮发动机12Cr2Ni4A渗碳钢鼠笼弹性支承开裂原因

  王全, 刘博, 佟文伟, 李青, 陈基东, 马健

  某燃气涡轮发动机的12Cr2Ni4A渗碳钢鼠笼弹性支承笼条出现开裂,采用宏微观形貌观察、能谱分析、断口分析、化学成分检测、有限元受力分析以及疲劳和腐蚀模拟试验等方法,分析了开裂的性质和原因。结果表明：笼条开裂性质为在浅表层晶间腐蚀裂纹基础上产生的应力腐蚀开裂；鼠笼弹性支承在除铜工艺中经历了过腐蚀环境,出现浅表层晶间腐蚀,同时存在的机加残余应力导致应力腐蚀开裂,笼条较高的强度促进应力腐蚀开裂。