机械工程材料杂志

机械工程材料杂志2025年第2期

• 坡口切割方式对12CrMoV钢氩弧焊接头组织和性能的影响

  冉鑫, 杨梅, 洪磊, 洪亮, 刘涛

  分别采用激光切割和火焰切割2种方式在12CrMoV钢板上加工出“V”形坡口,然后直接对钢板进行氩弧焊接,研究了坡口切割方式对接头组织和性能的影响。结果表明：2种坡口切割方式下焊缝均成形良好,但火焰切割方式下焊缝内部存在夹渣缺陷,而激光切割方式下焊缝内部无明显缺陷。2种坡口切割方式下接头热影响区粗晶区组织主要由粒状贝氏体和铁素体构成,火焰切割方式下的铁素体含量更高,合金元素含量较激光切割方式下低0.49％。2种坡口切割方式下接头的硬度均满足标准要求,但激光切割方式下接头热影响区的硬度分布更均匀；接头的拉伸性能均满足标准要求,薄弱位置均位于母材处；火焰切割方式下接头热影响区的室温冲击吸收能量不满足标准要求,而激光切割方式下满足标准要求；弯曲试验后火焰切割方式下接头出现连续开裂现象,而激光切割方式下接头未开裂。对于不重要或对服役性能要求不高的结构,可以考虑采用激光切割坡口后直接进行焊接,而对于一些重要的承载结构,仍需对坡口进行机加工后再进行焊接。

• 室温下TA2纯钛的时间相关棘轮行为

  李琦, 陈开卷, 石文翔, 阚前华, 康国政

  在室温下对TA2纯钛进行不同加载工况（不同应力水平、不同应力速率下的拉-压和拉-拉循环,拉-压保载循环,变应力4级加载）下的单轴非对称应力控制循环变形试验以及蠕变-循环变形交替试验,研究了应力水平、应力速率、峰/谷值应力保持时间和保持形式以及加载历史对棘轮行为的影响。结果表明：TA2纯钛的棘轮行为具有明显的时间相关性。棘轮应变和应力-应变滞回环面积均随着应力速率降低而增大；只有峰值应力保持工况的棘轮应变高于峰/谷值应力同时保持的工况,且保持时间越长,棘轮应变越大。先蠕变后循环变形与先循环变形后蠕变的最终峰值应变接近且均低于具有峰值应力保持的工况,说明蠕变和棘轮的交替进行会促进塑性变形。

• 不同占空比脉冲磁场熔体处理对5005铝合金扁锭凝固组织的影响

  鲍鑫宇, 麻永林, 唐远路, 马圆圆, 黄宇欣

  在截面尺寸为1?330?mm×460?mm的5005铝合金扁锭半连续铸造过程中,采用自主开发的脉冲磁场熔体处理装置,使用占空比分别为40%,50%和60%的脉冲磁场对分配流槽内的铝合金熔体进行处理,研究了脉冲磁场占空比对5005铝合金扁锭凝固组织和元素偏析的影响。结果表明：对熔体进行脉冲磁场处理可以显著细化5005铝合金扁锭凝固组织；随着脉冲磁场占空比的增加,α-Al晶粒细化效果减弱,当占空比为40%时扁锭截面不同位置的α-Al晶粒均最小,中心处的α-Al晶粒较未进行脉冲磁场处理细化24.8%。随着脉冲磁场占空比的增加,扁锭组织均匀性降低,当脉冲磁场占空比为40%时最高,此时扁锭厚度边部与中心处的α-Al晶粒尺寸仅相差6.6%。经占空比为40%的脉冲磁场处理后扁锭内部合金元素宏观偏析减弱。

• 钎缝间隙对10钢钎焊接头显微组织与力学性能的影响

  廖蒋, 倪雪杰, 刘克, 邓细望, 莫宇丹, 万斯年, 何洪

  采用高纯紫铜焊条对10钢进行钎缝间隙在0.05~1.00?mm的钎焊试验,研究了钎缝间隙对钎焊接头成形性、界面显微组织和力学性能的影响。结果表明：当钎缝间隙小于0.10?mm时,钎料无法充分吸附到缝隙中,造成局部浸润不良；当钎缝间隙在0.10~0.30?mm时,钎焊接头界面浸润好,钎缝成形饱满；当钎缝间隙过大（大于0.50?mm）时钎料熔化后坍塌,接缝间隙填充不满,无法形成连续的钎缝。当钎缝间隙为0.15~0.30?mm时,接头抗拉强度较高,在324~345?MPa；当钎缝间隙小于0.15?mm或大于0.30?mm时抗拉强度较低。钎焊过程中钎缝与母材发生铁和铜元素互渗,邻近界面钎缝中析出弥散分布的铁颗粒,母材晶界加厚。拉伸断裂后试样均未观察到界面撕裂现象。综合考虑钎焊成形性和接头强度,采用高纯紫铜焊条钎焊10钢的钎缝间隙宜保持在0.15~0.30?mm。

• 航空发动机用镍基单晶高温合金涡轮叶片服役后的显微组织损伤

  冷玉潇, 曹铁山, 陈家万, 程从前, 赵杰

  在服役一定时间的航空发动机用镍基单晶高温合金高压涡轮叶片不同叶片高度（叶根,49%叶高,60%叶高,85%叶高）的横截面上取样进行显微组织观察和硬度测试,以榫头部位显微组织为基准研究了叶片不同区域（叶片前缘、叶盆、尾缘、叶背）的显微组织损伤及其与硬度变化的关系。结果表明：叶片相同高度处的前缘和尾缘区域由于承受更高的温度和应力,组织损伤程度较叶背和叶盆区域更显著。49%和60%叶高处前缘和尾缘区域的显微组织损伤最为严重,尤其是在尾缘区域,γ?相的退化现象显著,表现为面积分数明显降低、颗粒边角出现钝化以及部分γ?相发生回溶。49%和60%叶高处尾缘区域的硬度明显低于叶背和叶盆区域。γ?相的回溶和颗粒粗化会使硬度下降,而在较低温度区域或较低应力条件下,γ?相颗粒相对稳定,回溶和粗化现象较少,硬度较高。

• 大尺寸超轻高弹聚酰亚胺纳米纤维气凝胶的制备与性能

  徐钊, 申承成, 赵海峰, 刘聪, 郭栋才, 张羽, 王珂, 盛强

  采用优化的模板冻干法在不同冷冻温度（?50,?20,0?℃）下制备聚酰亚胺（PI）纳米纤维质量分数为0.3%~0.7%的大尺寸PI纳米纤维气凝胶,研究了气凝胶的微观结构、导热性能、力学性能、介电性能以及吸声性能。结果表明：采用模板冻干法制备的PI纳米纤维气凝胶最大尺寸可达50?cm×50?cm×1?cm；?20?℃冷冻温度下制备的PI纳米纤维气凝胶的孔洞尺寸更小,纤维分布更均匀；PI纳米纤维质量分数0.3%~0.5%气凝胶的密度在（3~5）×10?3?g·cm?3,导热系数在0.023?6~0.026?6?W·m?1·K?1,最大压缩应变大于90%,弹性模量在1~3?kPa；PI纳米纤维质量分数0.3%气凝胶的介电常数在1?MHz处为2.65,小于PI固体树脂,PI纳米纤维质量分数0.4%气凝胶在4?000~6?400?Hz频段下的平均吸声系数可达0.86。制备的PI纳米纤维气凝胶具有超轻质与低导热、良好柔韧性与回弹性等优点。

• 挤压态7B04铝合金的均匀化退火工艺优化

  周晓平, 田壮壮, 刘玉芬

  对挤压态7B04铝合金分别进行了单级均匀化退火（退火温度450~490?℃,退火时间4~36?h）以及在优化的单级均匀化退火基础上的双级均匀化退火（第二级均匀化退火工艺480?℃×4?h/10?h或495?℃×4?h/10?h）,研究了2种工艺下退火温度和退火时间对合金物相组成、显微组织和硬度等影响,以获得适宜的均匀化退火工艺。结果表明：在单级均匀化退火工艺下,随着退火温度的升高,合金中MgZn2、Al2MgCu等第二相面积分数先减后增,硬度先升后降,而随着退火时间的延长,第二相的面积分数降低,硬度先升后降；单级均匀化退火的优化工艺为退火温度460?℃、退火时间24?h,此时大量第二相发生回溶,组织未发生过烧和晶粒长大,合金硬度最高。在双级均匀化退火工艺下,480?℃×4?h/10?h第二级均匀化退火后,铝合金中的第二相进一步回溶,组织未发生过烧,且10?h退火时间下的第二相面积分数更低,合金硬度更高；当第二级均匀化退火温度升高至495?℃时,铝合金发生过烧。挤压态7B04铝合金适宜的双级均匀化退火工艺为460?℃×24?h+480?℃×10?h,此时合金中第二相已基本回溶,仅存在少量尺寸约为1 ?m的类球形Al2MgCu相。

• 回火温度对NM450低合金耐磨钢组织与性能的影响

  万欣, 李植慎, 宋新莉, 贾涓, 葛锐

  对NM450低合金耐磨钢依次进行热轧后在线淬火和不同温度（200,250,300,350?℃）回火处理,研究了回火温度对试验钢组织与性能的影响。结果表明：不同温度回火态试验钢的组织均为回火马氏体+贝氏体+残余奥氏体。随着回火温度的升高,回火马氏体板条界面逐渐消失,马氏体基体中碳化物数量增加,位错密度与残余奥氏体含量均降低。随着回火温度的升高,试验钢的屈服强度、抗拉强度和硬度均下降,断后伸长率先降后升,磨损质量损失增大。不同温度回火试验钢的拉伸断裂方式均为韧性断裂。当回火温度分别为200,250?℃时试验钢磨损表面出现大量犁沟,当回火温度升至300,350?℃时磨损表面还出现大量磨屑和疲劳裂纹,磨损机制由塑性变形转变为塑性变形与疲劳磨损。

• Ni3Al-Ni3V-V2C-AlCV2复合材料在不同气氛中的摩擦磨损性能

  邓源, 王振生, 王文韫, 李海星, 朱行

  以纯镍、纯铝、纯铌、纯碳和18Al-82V中间合金为原料,采用真空熔炼方法制备出Ni3Al-Ni3V-V2C-AlCV2复合材料,研究了复合材料的微观结构、硬度以及在不同气氛（大气、氧气和二氧化碳）中的摩擦磨损性能和磨损机理,并与Ni3Al-Ni3V合金进行对比。结果表明：复合材料由块状Ni3Al相和网状Ni3Al+Ni3V基体相以及原位内生V2C相、AlCV2相构成；一部分碳和铌固溶于Ni3Al相和Ni3V相中起到固溶强化作用,另一部分碳与钒、铝生成V2C相和AlCV2相起到弥散强化作用,使得复合材料的硬度（550?HV）高于Ni3Al-Ni3V合金（509?HV）；在大气气氛中复合材料的平均摩擦因数和磨损率均低于Ni3Al-Ni3V合金,复合材料的磨损率在二氧化碳气氛中最大,大气气氛中次之,氧气气氛中最小；在大气和氧气气氛中复合材料磨损表面的硬度相似,分别为706,711?HV,均高于在二氧化碳气氛中（670?HV）；复合材料在氧气气氛中的磨损机制主要为氧化磨损,在大气气氛中主要为氧化磨损和环境致脆诱导的疲劳磨损,在二氧化碳气氛中主要为黏着磨损和磨粒磨损。

• La3+/Eu3+掺杂对KAlSi2O6基红色荧光粉发光性能的影响

  王之阳, 王焕平, 华有杰, 邓德刚, 莫志伟, 高照, 蒋宗恒, 徐时清

  采用高温固相法制备K1?xAlSi2O6∶xEu3+和K0.93?xAlSi2O6∶（0.07Eu3++xLa3+）（x=0.01,0.03,0.05,0.07,0.09,0.11,物质的量分数）红色荧光粉,研究了La3+/Eu3+掺杂对发光强度、荧光寿命、色坐标的影响规律。结果表明：Eu3+单掺杂和Eu3++La3+双掺杂后红色荧光粉的物相均为白榴石相,未出现新相；随着Eu3+掺杂量的增大,白榴石相由四方结构向立方结构转变。随着Eu3+掺杂量的增大,KAlSi2O6红色荧光粉的发光强度先增后减,当掺杂Eu3+的物质的量分数为0.07时强度最大；随着La3+掺杂量的增加,K0.93AlSi2O6∶0.07Eu3+荧光粉的发光强度先增后减,当La3+掺杂物质的量分数为0.09时强度最大,比未掺杂La3+时提升2倍以上。同时掺杂物质的量分数0.07 Eu3+和0.09 La3+时红色荧光粉的荧光寿命比单掺杂物质的量分数0.07 Eu3+时更长,色坐标由单掺杂Eu3+时的橙色向红色移动,红色成分更明显,表现出优异的红光发射性能。

• 激光淬火对不同预处理18CrNiMo7-6钢表面组织和硬度的影响

  陈文博, 邓德伟, 张勇, 田鑫, 高斌, 吴万哲

  对18CrNiMo7-6钢分别进行调质预处理和调质+伪渗碳预处理,再在不同激光功率（1?000,1?500,2?000,2?500,3?000,3?500?W）和不同扫描速度（2,4,6,8,10,12?mm·s?1）下进行激光淬火处理,研究了激光功率和扫描速度对表面硬化层组织、硬度和深度的影响。结果表明：激光淬火后,调质+伪渗碳预处理和调质预处理试验钢的表面硬化层组织基本以低碳马氏体为主；随着激光功率的增加或扫描速度的减小,2种预处理试验钢的硬化层深度均增加；调质+伪渗碳预处理试验钢的硬化层深度相对更大,表面硬度更高。激光淬火处理后2种预处理试验钢的表面硬度（均不高于475?HV）均低于渗碳淬火处理后（700?HV）。

• 堆焊电流对Fe-Cr-W-Nb药芯焊丝堆焊熔覆层组织及性能的影响

  张子锐, 潘应君, 柯德庆

  设计了一种Fe-Cr-W-Nb药芯焊丝,采用埋弧堆焊技术在不同堆焊电流（350,400,450,500?A）下在Q235钢基体表面制备熔覆层,研究了堆焊电流对熔覆层组织、显微硬度及高温耐磨性能的影响。结果表明：不同堆焊电流制备的熔覆层均主要由Fe-Cr固溶体、M23C6、NbC以及少量M7C3、Fe3W3C等物相组成；随着堆焊电流的增大,NbC硬质相颗粒形状逐渐规则,当堆焊电流为450?A时,熔覆层中的硬质相颗粒形状最规则,尺寸一致,分布均匀,熔覆层与钢基体形成良好的冶金结合,当堆焊电流过大（500?A）时,硬质相颗粒互相连接形成不规则形状,尺寸明显增大,分布不均匀。随着堆焊电流的增大,熔覆层的显微硬度先增大后减小,磨损质量损失先减小后增大,当堆焊电流为450?A时,熔覆层显微硬度最大,磨损质量损失最小,耐磨性能最优,磨损机制为氧化磨损。

• 表面处理工艺对聚碳酸酯与聚氨酯密封胶黏接性能的影响

  徐智宝, 于壮壮, 陈俊宏, 王萌, 刘富强, 丛羽

  分别采用常压空气等离子处理技术、砂纸打磨、涂覆底涂剂（底涂）等3种方法对聚碳酸酯（PC）进行表面处理,对PC表面的接触角、官能团、微观形貌、化学元素等进行表征,以聚氨酯密封胶为胶黏剂结合剥离试验和拉伸剪切试验,研究了不同表面处理对PC表面黏接性能的影响。结果表明：与未进行表面处理相比,等离子处理后PC表面与水、乙二醇的接触角均减小,表面极性含氧官能团含量增加,表面润湿性提升；等离子处理和砂纸打磨处理后PC表面失效模式与未进行表面处理相同,为界面黏附失效,拉伸剪切强度相比未经表面处理均略有提高,但黏接性能未明显提升；底涂处理后PC的表面呈较光滑的水波状,与未表面处理相比,水接触角略有减小,表面极性含氧官能团含量增加,表面失效模式转变为胶黏剂内聚失效,拉伸剪切强度提高了约13倍,黏接性能明显提升。

• NbC和WC添加量对激光熔覆Stellite6合金涂层组织和性能的影响

  汪红所, 邓德伟, 孙家骏, 白宇, 王守真

  采用正交试验设计法对2Cr13不锈钢表面激光熔覆Stellite6合金涂层的工艺进行优化,采用优化工艺制备NbC/Stellite6和WC/Stellite6合金复合涂层,NbC和WC添加量（质量分数）均分别为1%,3%,5%,7%,10%,研究了NbC或WC添加量对复合涂层显微组织、显微硬度及耐蚀性能的影响。结果表明：激光熔覆Stellite6合金涂层的最佳工艺参数为激光功率1?600?W,送粉量40?g·min?1,扫描速度17?mm·s?1；采用最佳工艺制备的2种复合涂层的组织都均匀致密,涂层与不锈钢基体形成良好的冶金结合,NbC/Stellite6合金复合涂层的组织更均匀细小。随着NbC或WC添加量的增加,复合涂层的平均显微硬度均增大,且均高于不锈钢基体和未添加WC或NbC的Stellite6合金涂层,腐蚀速率均下降,且均低于不锈钢基体和未添加WC或NbC的Stellite6合金涂层。添加NbC制备的复合涂层的平均显微硬度和腐蚀速率均比添加WC制备的复合涂层高,平均显微硬度高10~40?HV。

• 铝含量对大气等离子喷涂镍铝合金涂层组织与性能的影响

  龙金, 胡林荣, 所彭帮, 陈堂, 邱雯乐, 朱春丽

  以Ni5Al铝包镍合金粉末和由纯铝粉和Ni5Al铝包镍合金粉配制成的铝质量分数分别为10%,20%的混合粉末为原料,采用大气等离子喷涂技术在GH4169镍基高温合金表面制备Ni5Al、Ni10Al和Ni20Al镍铝合金涂层,研究了铝含量对合金涂层物相组成、显微组织、力学性能和电化学性能的影响。结果表明：不同铝含量合金涂层的物相均以镍固溶体为主,并伴随生成NiAl、NiAl3两种相；随着铝含量的增加,NiAl3、NiAl相的衍射峰数量增加,镍固溶体的衍射峰强度降低；Ni10Al、Ni20Al合金涂层中还均存在Al2O3相,Ni5Al合金涂层中还存在Ni3Al相。随着铝含量的增加,合金涂层中氧化物减少,涂层显微硬度、结合强度提高,自腐蚀电位增大,耐蚀性提高。不同铝含量合金涂层断口存在大量解理面和解理台阶,断裂方式均以脆性断裂为主,其中Ni5Al合金涂层断口还存在“冰糖”状形貌,Ni10Al合金涂层断口还存在少量韧窝。

• TC4 ELI钛合金高低周疲劳性能及寿命预测模型

  赵鹏程, 车伟, 李凯尚, 王博, 张鹏, 王冬振, 韩贵生, 王继

  在室温下对TC4 ELI钛合金进行应变控制低周疲劳试验（应变比为?1,应变幅分别为0.4%,0.6%,0.8%）和应力控制高周疲劳试验（应力比为0.1,最大应力分别为600,700,800?MPa）,研究了TC4 ELI钛合金的低周和高周疲劳性能。基于有效能量密度,建立了试验合金高低周疲劳寿命统一预测模型,并用室温条件下的疲劳寿命数据进行验证。结果表明：不同应变幅条件下的低周疲劳裂纹均起源于试验合金表面；高周疲劳裂纹在最大应力为600?MPa时倾向于在试验合金次表面萌生,在最大应力为700,800?MPa时萌生于表面。92%的低周和高周疲劳预测寿命数据落在±3.0误差带范围内,说明建立的疲劳寿命预测模型具有较高的预测精度。

• 电站锅炉过热器T91钢管爆管原因

  别尔兰·贾纳依汗, 陈思宇, 李兆宇

  某电厂服役79?583?h的锅炉过热器T91钢管发生爆管。采用宏观形貌观察、金相检验、能谱分析、化学成分分析、硬度测试、断口形貌观察等方法分析了爆管原因。结果表明,T91钢管因长时过热与短时过热共同作用导致的复合过热而发生爆管。该电厂发电机组长期参与国家电网调峰调频,使机组负荷大幅波动,引起超温运行,造成钢管组织老化、力学性能下降,负荷波动产生的交变应力使氧化皮脱落,导致管道内局部堵塞,管内压力骤增,触发局部超温,最终引发爆管。建议合理分配热负荷,确保燃料均匀分布,避免局部过热现象,同时定期检查锅炉管道的温度分布和材料状态,从而有效防止爆管。