机械工程材料杂志

机械工程材料杂志2025年第8期

• 热界面材料导热硅脂的研究进展

  刘文韬, 李震奇, 金石磊, 马峰岭, 俞宏坤

  随着电子器件不断微型化与集成化，其功率密度急剧提高，热量累积加剧。热界面材料能够保证封装与散热装置之间良好的热传导，使热量快速耗散，从而避免电子器件因过热而性能下降。综述了常见热界面材料导热硅脂的组成及其导热机理，总结了影响导热硅脂热导率的因素，包括导热填料的种类、形貌和粒径分布以及与聚合物基体的相容性，从导热填料的协同效应和表面改性方面介绍了提升导热硅脂热导率的方法。指出未来应从深化表面改性技术、优化导热填料复配协同效应以及加强理论预测模型构建方面进一步提高导热硅脂的综合性能。

• 激光增材制造异构金属材料的研究进展

  王旭雷, 王丽芳, 李加强, 周航, 朱刚贤

  激光增材制造异构金属材料具有独特的异构组织结构和强韧性机制，能够打破金属材料强度与韧性之间的传统矛盾，实现强韧性同步提升。简要介绍了异构组织及其强韧性协同机理，详细阐述了双峰结构、谐波结构、层状结构、梯度结构、双相结构等5种典型异构金属材料的激光增材制造方法、组织演变和性能优化，归纳总结了不同异构金属材料的优缺点，提出了目前存在的问题，并对未来的研究方向进行了展望。

• 焊枪摆动幅度对304L不锈钢补强板TIG焊接接头组织和性能的影响

  朱加雷, 朱文磊, 焦向东, 李守根, 郭方涛, 张洪涛

  选用ER316L焊丝，采用自动钨极惰性气体保护（TIG）焊结合摆动焊接技术，在焊枪不同摆动幅度（2，3，4?mm）下对304L不锈钢进行补强板焊接试验，研究了摆动幅度对接头焊缝显微组织、物相组成、显微硬度和耐腐蚀性能的影响。结果表明：不同摆动幅度下接头焊缝的组织主要由γ-奥氏体和δ-铁素体组成；随着摆动幅度增加，γ相（111）晶面衍射峰强度降低，δ相（110）晶面衍射峰强度增加，较大摆动幅度（3，4?mm）下δ-铁素体以骨架状沿γ-奥氏体柱状晶/等轴晶的晶界分布。随着摆动幅度增加，由于δ-铁素体含量增加、γ-奥氏体含量减少且晶粒细化，焊缝硬度提高，自腐蚀电位减小，自腐蚀电流密度增大，耐腐蚀性能降低。

• 锰含量对Al-Mg-Si-Cu合金搅拌摩擦焊接头组织及拉伸性能的影响

  宋锦江, 孙有平, 李旺珍, 何兴, 罗章, 陈文刚

  对不同锰含量（0，0.1%，0.4%，0.7%，质量分数）Al-Mg-Si-Cu合金板（510?℃固溶+195?℃时效处理）进行搅拌摩擦焊接试验，研究了锰含量对接头显微组织及拉伸性能的影响。结果表明：不同锰含量接头焊核区经历连续动态再结晶与几何动态再结晶的共同作用，形成大量细小再结晶晶粒，锯齿状晶粒被拉长分割；随锰含量增加，焊核区平均晶粒尺寸先增大后减小，接头中的析出相数量增加，当锰质量分数为0.7%时，析出相发生粗化。不同锰含量接头焊核区形成A/A?和C型剪切织构。随锰含量增加，接头的抗拉强度先升高后下降，断后伸长率先降低后升高，当锰质量分数为0.4%时，接头的抗拉强度最高，断后伸长率最小。含锰合金接头断口存在密集韧窝，断裂形式为韧性断裂；随锰含量增加，韧窝尺寸增大。

• 超声冲击对激光熔化沉积CrCoFeNi高熵合金组织和耐腐蚀性能的影响

  黄双君, 王勇刚, 董逸君, 赵巍, 王康, 李梁军

  以气雾化等原子比CrCoFeNi预合金粉末为原料，采用激光熔化沉积技术制备CrCoFeNi高熵合金并进行超声冲击处理，研究了超声冲击对高熵合金物相组成、显微组织、显微硬度、残余应力及耐腐蚀性能的影响。结果表明：超声冲击处理后，高熵合金的物相仍为单一面心立方结构，表面形成塑性变形层，枝晶取向由垂直于合金表面变为近似平行于表面，表层形成超细晶、高密度位错及孪晶；超声冲击处理后合金表层显微硬度提高，在距表面0~500?μm区域残余应力发生拉-压转变，表面残余压应力最大，达230.8?MPa。超声冲击处理后，高熵合金的自腐蚀电位提高，自腐蚀电流密度减小，点蚀坑尺寸减小和数量减少且无应力腐蚀特征，耐腐蚀性能提升。

• 淬火和回火温度对铌氮微合金化GCr15高碳铬轴承钢组织及性能的影响

  廖劲成, 宋佳敏, 杨弋涛

  对退火态铌氮微合金化GCr15高碳铬轴承钢进行810~900?℃保温1?h的淬火和170~230?℃保温4?h的回火处理，研究了淬火和回火温度对试验钢组织和耐磨性能的影响，获得最佳热处理工艺。结果表明：经过淬火处理后，试验钢的组织由马氏体、未溶碳化物和残余奥氏体组成；随着淬火温度升高，马氏体由细小隐晶态转变为粗大针片状，原始奥氏体晶粒和碳化物尺寸均先减小后增大，当淬火温度为840?℃时尺寸均最小。随着回火温度升高，回火态试验钢中马氏体含量增加，残余奥氏体含量减少，碳化物粗化，硬度先降低后略微升高，磨损率增大。170?℃回火后试验钢的磨损表面较平整，犁沟数量较少，存在塑性变形以及氧化痕迹，耐磨性能较佳。试验钢合理的淬火温度为840?℃，回火温度为170?℃。

• 轧制温度对Mg-1Al合金显微组织与性能的影响

  张凯斐, 孙有平, 何江美, 裴梦雨, 刘鑫雨, 陈文刚, 蒋文海

  在不同轧制温度（280，320，360，400?℃）下对12.5?mm厚退火态Mg-1Al（质量分数/%）合金进行压下率分别为20%，80%的两道次轧制，采用场发射扫描电子显微镜、动态热机械分析仪、X射线衍射仪等研究了轧制温度对试验合金显微组织、拉伸性能和阻尼性能的影响。结果表明：随着轧制温度升高，试验合金动态再结晶越发充分，当轧制温度为360?℃时动态再结晶基本完成且合金中开始出现孪晶；（0002）基面织构强度先升后降，在320?℃轧制时最高（13.801）；屈服强度和抗拉强度下降，断后伸长率先升后降，当轧制温度为360?℃时拉伸性能最佳。在高应变振幅下，室温阻尼随应变振幅增加而增大，随轧制温度升高而增大。不同温度轧制后合金均分别在100~150?℃和270~320?℃出现P1与P2阻尼峰，P2峰峰值随轧制温度升高降低，说明合金高温阻尼性能下降。

• 冷轧压下率对退火态Cr-Mo系深冲双相钢组织与性能的影响

  陈菲, 杨明维, 刘春雨, 李建英, 马晓杰, 刘帅, 冯运莉

  在不同压下率（70%，75%，80%）下对4.00?mm厚热轧态Cr-Mo系深冲双相钢进行冷轧，再在860?℃下保温3 min进行退火处理，研究了冷轧压下率对试验钢组织、拉伸性能和深冲成形性能的影响。结果表明：随着冷轧压下率增加，试验钢中铁素体晶粒细化，马氏体含量增加，γ织构〈111〉//ND（ND为轧制面法向）取向密度先降后升，γ织构分布由70%冷轧压下率时的集中变得分散。当冷轧压下率不大于75%时，试验钢中η织构554〈225〉与ε织构332〈113〉的强度不低于热轧态试验钢，说明不大于75%压下率的冷轧变形有助于形成与维持有利于深冲成形性能的织构。随着冷轧压下率增加，试验钢的抗拉强度提高，断后伸长率、塑性应变比和加工硬化指数降低，强塑积先升后降；当冷轧压下率为75%时强塑积最佳，塑性应变比和加工硬化指数适中，此时试验钢兼具较高强度与良好深冲成形性能。

• 热输入对Q690钢MAG焊接头组织和力学性能的影响

  白海明, 姜英龙, 段青辰, 王唯一, 郭枭, 凡乃峰, 徐理想

  在冷却速率0.1~100?℃·s?1下对Q690钢进行热模拟试验，结合金相分析和硬度检测，绘制了试验钢的焊接连续冷却转变曲线，明确了试验钢组织转变规律，确定打底焊热输入为15?kJ·cm?1，填充和盖面焊热输入分别为13，18，22?kJ·cm?1；在上述热输入条件下对30?mm厚Q690钢进行熔化极活性气体保护（MAG）对接焊，研究了热输入对接头组织和力学性能的影响。结果表明：不同热输入下接头中未见裂纹、气孔等缺陷，焊缝成形良好，焊缝组织以贝氏体为主，热影响区中过热区和正火区组织为贝氏体+马氏体，不完全正火区除了存在贝氏体和马氏体外还出现铁素体和珠光体。随着热输入增加，过热区与正火区晶粒尺寸增大，接头抗拉强度先升后降，当热输入不大于18?kJ·cm?1时满足使用要求（不低于770?MPa）。不同热输入下接头弯曲180°均未出现裂纹，热影响区和焊缝的?20?℃冲击吸收功均满足技术要求（不低于47?J），焊缝硬度最低，热影响区硬度最高，当热输入在13，18?kJ·cm?1时，热影响区硬度相比母材和焊缝明显增大，22?kJ·cm?1热输入下热影响区硬度仅略高于母材和焊缝。

• 冷轧压下率和时效处理对Fe-40.9Ni-4.1Al-1.9V-1.8W-0.82C合金组织和性能的影响

  朱明婉, 杨蔚涛, 孙乃荣

  通过真空感应熔炼、热锻和热轧制备Fe-40.9Ni-4.1Al-1.9V-1.8W-0.82C合金，并对合金依次进行固溶、不同压下率（10%，20%，30%）冷轧和时效处理（550?℃×48?h），研究了冷轧压下率和时效处理对合金显微组织和性能的影响。结果表明：冷轧+时效处理后，试验合金的析出相主要为面心立方结构的（V，W）C复合碳化物，镍和铝元素均匀分布在基体中，未观察到明显NiAl金属间化合物。随着冷轧压下率增大，试验合金中出现平面滑移痕迹和类位错胞结构，碳化物发生粗化且数量增多，硬度提高但增速变缓。随着冷轧压下率增大，试验合金的屈服强度和抗拉强度提高，断后伸长率降低。经30%压下率冷轧和时效处理的试验合金的线膨胀系数相较于未进行冷轧处理的下降，但仍未能满足应用需求（400?℃时小于9.0×10?6 K?1）。

• 残余应力对选区激光熔化成形工业纯铁应力腐蚀行为的影响

  宋允, 边培莹, 伞宏赡, 米国发, 赵楠, 徐可为

  采用选区激光熔化成形工业纯铁试样，进行不同温度（650，800，950?℃）固溶+400?℃时效处理以调控残余应力，在不同质量分数（3.5%，5.0%，10.0%）NaCl溶液中进行慢应变速率拉伸试验，研究了残余应力对成形试样应力腐蚀行为的影响。结果表明：沉积态成形试样中较高残余拉应力的存在提升了其在较高Cl?浓度（质量分数不小于5.0%）下的应力腐蚀敏感性，随着Cl?浓度增加，应力腐蚀敏感性增大；固溶+时效处理后，残余应力降低，其在较高Cl?浓度下的应力腐蚀敏感性降低，且随Cl?浓度增加，650，950?℃固溶+时效后的应力腐蚀敏感性变化小，800?℃固溶+时效后的应力腐蚀敏感性先减小后增大。残余应力接近0（固溶温度为800?℃时）的试样在较高Cl?浓度下的应力腐蚀敏感性比残余应力水平较大试样低。高残余拉应力状态试样发生脆性断裂；随着残余应力降低，断口出现韧窝，当残余应力接近0或转变为压应力（固溶温度为950?℃）时试样发生脆韧混合断裂。

• 车厢结构用冷轧马氏体钢冷金属过渡焊接头的组织和力学性能

  王鹏博, 张永强, 惠亚军, 蔡宁, 王泽阳, 王晓雄, 何万定

  对1?000?MPa级冷轧SCR1000马氏体钢进行冷金属过渡搭接焊，研究了焊接接头的物相组成、显微组织、硬度、拉伸剪切性能和疲劳性能。结果表明：接头焊缝和热影响区均主要由铁、Fe2O3、Fe3O4相组成；焊缝组织为针状铁素体，热影响区粗晶区组织为粗大马氏体，细晶区组织为细小马氏体，不完全相变区组织以马氏体和尺寸较小的铁素体为主，回火区组织为回火马氏体和颗粒状碳化物；热影响区粗晶区和细晶区硬度高于母材，为硬化区，不完全相变区、回火区以及焊缝硬度低于母材，为软化区。接头拉伸剪切强度为707?MPa，断裂吸收功为51.223?J，断裂位置为靠近母材的软化区，拉伸剪切断口呈韧性断裂特征；疲劳强度为54?MPa，断裂位置为焊趾，疲劳断口出现疲劳辉纹特征和脆性断裂形成的解理面。

• 预测薄板搭接接头焊接变形的高精度二维壳模型

  李娅娜, 尹幸福, 张生芳

  以薄板搭接接头为研究对象，分别基于热弹塑性法和温度载荷法建立三维有限元模型和二维壳有限元模型；采用二维壳模型，改变搭接区域单元连接方式（壳单元、CE单元、CP位移耦合和梁单元）进行薄板搭接接头焊接变形模拟，确定最佳单元连接方式，并利用所建三维模型模拟得到的固有应变对优化单元连接方式的二维壳模型进行修正；采用修正二维壳模型对焊接变形进行预测和试验验证，并与三维模型预测方法进行了对比，分析了二维壳模型中焊缝附近网格尺寸与固有应变的关系。结果表明：CP位移耦合连接方式为最佳单元连接方式。采用优化单元连接方式的二维壳模型模拟得到搭接接头上下母材侧边（平行于焊接方向，距焊缝中心125，62.5?mm）最大角变形与试验结果的相对误差分别为1.73%，2.81%，模型预测焊接变形的准确性高。与三维模型相比，二维壳模型的网格数量和计算时间均减少了90%以上，并且计算精度与三维模型相当。固有应变的校核系数与焊缝附近网格尺寸的1.085次幂成倒数关系；当焊缝附近网格尺寸为15?mm时，模拟得到角变形的最大相对误差仅为6.67%。

• 三周期极小曲面功能梯度点阵结构的动力学特性

  李媛, 李洋, 班子豪, 马翔宇

  基于隐函数法设计了三周期极小曲面（TPMS）功能梯度点阵结构，建立了几何参数与相对密度的映射关系，并引入梯度指数调控点阵结构的密度分布；通过有限元仿真与单轴压缩试验标定等效力学参数，基于最小势能原理构建了TPMS功能梯度点阵结构的动力学模型并进行数值求解，通过有限元仿真与试验模态分析对模型进行验证，采用建立的动力学模型分析了点阵结构的动力学特征。结果表明：采用建立的动力学模型数值求解得到的TPMS功能梯度点阵结构前四阶固有频率与有限元仿真结果的相对误差小于5%，前两阶固有频率与试验结果的相对误差小于6%，证实了模型的可靠性。求解得到TPMS功能梯度点阵结构的固有频率随相对密度增大而增大；随着梯度指数增大，xOy平面弯曲模态（一/三/七阶）频率先减后增再减，xOz平面弯曲模态（二/四/八阶）及纵向模态（六阶）频率下降。

• 基于BP神经网络的GH4065合金高温变形行为预测模型

  张浩强, 蔡柳, 姜炳春, 彭培铭, 唐联耀

  在变形温度1?150~1?350?K、应变速率0.001~1?s?1条件下对GH4065合金进行高温压缩试验，获得了真应力-真应变曲线；基于反向传播（BP）算法构建了合金高温变形神经网络模型，采用神经网络结构自寻优方法确定了模型的拓扑结构，对BP神经网络模型预测合金高温变形行为的准确性进行了验证，并与考虑真应变影响的Arrhenius变参数本构模型模拟结果进行了对比；基于该神经网络模型建立了真应变、变形温度、应变速率与真应力的连续映射关系。结果表明：构建的BP神经网络模型为3-10-11-1结构，采用训练、验证数据预测得到的真应力与试验结果的平均相对误差分别为3.54%和2.77%，相关系数分别为0.997?4和0.994?8，模型能够精确预测合金的高温变形行为；BP神经网络模型对GH4065合金高温变形真应力的预测精度高于Arrhenius变参数本构模型（平均相对误差9.54%，相关系数0.979?1）。

• 锻态304L奥氏体不锈钢的热变形行为及本构模型

  黄健, 庞宗旭, 张建平, 王勇, 王铁, 周勃

  采用热模拟试验机在不同变形温度（900~1?200 °C）和不同应变速率（0.01~10?s?1）下对锻态304L奥氏体不锈钢进行单道次等温压缩试验（压缩至真应变为0.69），研究了试验钢的热变形行为；分别建立试验钢压缩变形的应变补偿Arrhenius模型和考虑变形温度、应变速率和真应变综合影响的修正Johnson-Cook（JC）模型，对比了两种模型的预测精度。结果表明：随着变形温度升高，试验钢动态再结晶更充分，当变形温度为1?200?℃时，基本实现完全再结晶，并形成大量孪晶。在900~1?050?℃变形温度和1，5?s?1应变速率下，由于动态再结晶及动态回复的协同作用，流变应力随应变升高至某一值后趋于稳定。在900~1?200?℃变形温度和0.01，0.1，10?s?1应变速率以及1?100~1?200?℃变形温度和1，5?s?1应变速率下，流变应力随应变增加先增大，达到峰值后下降，呈动态再结晶型特征。应变补偿Arrhenius模型和修正JC模型预测得到的流变应力与试验结果的平均相对误差绝对值分别为4.916%和7.648%，相关系数分别为0.993?41和0.985?24，应变补偿Arrhenius模型的预测精度更高。

• 基于特征工程和机器学习的高熵合金相结构预测

  熊夏轩, 邓吨英, 文瀚庆, 仝永刚

  通过数据筛选去除不合理及冗余数据，获得788个高熵合金数据集，总结了13个预测相结构的特征参数并采用皮尔逊相关系数法去除冗余，采用去除特征法确定特征输入模型的顺序与数量，对比正则化、稳健标准化、极差归一化、标准差标准化4种特征数据集标准化预处理方法，对比随机森林、支持向量机和最近邻回归3种算法，通过交叉验证，确定最佳预处理方法和算法，建立机器学习模型，并采用该模型预测高熵合金相结构。结果表明：综合考虑模型精度与效率，选取熔点标准差、价电子浓度标准差、原子半径差、混合熵、合金组成元素熔点平均值、价电子浓度、混合焓、电负性差、平均原子半径作为特征集，并以该顺序输入模型；最佳特征数据集预处理方法为标准差标准化，最佳算法为随机森林算法，构建的模型预测金属间化合物、无定形相、面心立方相、体心立方相的精度分别为95%，89%，88%，90%，预测面心立方+体心立方复合相、体心立方相+金属间化合物混合物的精度在76%左右，精度总体较高，验证了模型的泛化能力。

• 基于成功历史智能优化器算法的磨削过程材料去除率反向传播神经网络预测模型

  华盛望, 蔡春波, 虞旦

  针对氧化铝百叶片磨削T型Q235碳钢工艺，选取下压力和磨具转速为输入变量，材料去除率为输出变量，基于成功历史智能优化器（SHIO）算法优化反向传播（BP）神经网络，确定初始权值和阈值，获取一定范围内的最佳参数，建立了材料去除率的SHIO-BP神经网络预测模型，并进行了正交试验验证。结果表明：SHIO-BP神经网络预测的材料去除率和试验值的平均绝对误差为0.929，R2得分为0.990?3，预测准确，解决了传统BP神经网络的参数选择和易陷入局部最优解的问题。