材料开发与应用

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本刊定位于“成为船舶及海洋工程材料技术交流平台，加强材料界学术交流，促进船舶行业和海洋工程领域技术创新和产业发展”。主要刊载各类金属材料、高分子聚合物材料、无机非金属材料、复合材料以及腐蚀与防护、失效分析、测试评价等技术相关的高水平论文。

主编：廖志谦

执行主编：马玉璞

副主编：全识俊

主管：中国船舶集团有限公司

主办：洛阳船舶材料研究所; 中国造船工程学会船舶材料学术委员会

编辑出版：《材料开发与应用》杂志社

ISSN 1003-1545

CN 41-1149/TB

2014年第29卷第4期

栏目

疲劳与损伤特约专题论文
材料研究
综述

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疲劳与损伤特约专题论文

悬臂弯曲加载表面裂纹扩展长度与深度的关系研究

张利娟, 张亚军, 高灵清

2014, 29(4): 1-7. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2014.04.001

[摘要](0) [PDF 336KB](0)

摘要:
本文根据10CrNiMo高强钢的材料常数C、m,按照Cycle by Cycle方法的计算流程,采用Newman-Raju公式和Paris公式,分别计算了悬臂弯曲加载方式下表面裂纹扩展沿长度和深度方向上的应力强度因子范围△K,得到了裂纹扩展长度与深度的关系及其裂纹扩展速率。通过与试验结果的对比,分析了理论计算可能出现的误差,并对Newman-Raju公式进行了修正。结果表明,公式计算所得表面裂纹扩展趋势和裂纹扩展速率趋势与试验结果是一致的,且修正后的Newman-Raju公式在裂纹扩展形貌和扩展速率方面与试验数据拟合曲线都可以较好吻合。采用修正后的Newman-Raju公式,还可以很好地对具有不同初始裂纹形状试样的表面裂纹扩展情况进行预测。

汽轮机叶片钢2Cr11Mo1NiWVNbN的疲劳强度研究

郑国华, 宋小龙, 赵阳

2014, 29(4): 8-13. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2014.04.002

[摘要](5) [PDF 304KB](0)

摘要:
通过疲劳升降法对汽轮机叶片钢2Cr11Mo1NiWVNbN在100℃下的疲劳强度(10⁷)进行测定,分别用经验公式、Basquin模型和Langer模型对测定结果进行计算和验证。结果表明:2Cr11Mo1NiWVNbN钢在100℃下的条件疲劳极限为530 MPa,大于由经验公式计算的411 MPa,这是由于M₂₃C₆析出相弥散强化及Cr和Mo元素提高了钢的淬透性所致;Langer模型对条件疲劳极限的拟合结果比Basquin模型更接近实测值,且Langer模型拟合得到的不同存活率下条件疲劳极限的分散性较小,建议在计算2Cr11Mo1NiWVNbN钢的疲劳强度时采用Langer模型。

预充氢1Cr17Ni2钢疲劳裂纹扩展行为研究

查小琴, 陈沛, 高灵清

2014, 29(4): 14-19. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2014.04.003

[摘要](1) [PDF 367KB](0)

摘要:
采用1种自然含氢和5种电化学预充不同含量氢的1Cr17Ni2马氏体-铁素体双相不锈钢CT紧凑拉伸试样进行了室温疲劳裂纹扩展速率实验,并对断裂后的试样断口进行了宏观和SEM分析。结果表明:电化学充氢没有改变试样的稳态疲劳裂纹扩展关系,扩展速率仍符合Paris的幂率关系;随氢含量的增加,疲劳裂纹扩展速率增加;疲劳扩展断口的宏观形貌和微观形貌均与氢含量有关,自然含氢试样的裂纹前沿呈对称的弧形,断口二次裂纹较充氢试样多;随着充氢量的增加,充氢试样裂纹前沿弧线变得越来越平直,断口上二次裂纹越来越少;氢含量较高试样,边缘部位表现为沿晶断裂特征,中心部位及氢含量较低试样断口则为典型的疲劳扩展形貌,可见清晰的疲劳辉纹。

材料研究

10CrNiMoV钢激光-脉冲MAG复合焊接稳定性研究

吴艳明, 张成杰, 郝剑

2014, 29(4): 20-24. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2014.04.005

[摘要](3) [PDF 297KB](0)

摘要:
研究了工艺参数对10CrNiMoV钢激光-脉冲MAG复合焊接稳定性的影响。结果表明,激光的加入提高了MAG焊接电弧过程稳定性,改善了焊缝铺展性;激光-MAG复合焊接稳定性主要受激光功率和光丝间距的影响,离焦量的影响并不明显;激光功率对电弧稳定性的影响较小,但随着激光功率的增大,激光小孔处产生的飞溅增多;光丝间距大于2 mm时焊接电弧过程稳定性好。

锆R60702GTAW焊接接头组织和性能研究

刘志颖, 郭小辉, 晏阳阳, 王乃友

2014, 29(4): 25-28. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2014.04.006

[摘要](3) [PDF 268KB](0)

摘要:
采用GTAW焊接方法,研究了厚度为8.8 mm的R60702锆板对接焊,分析了接头的组织和性能。结果表明:GTAW工艺方法得到的焊缝外观成形良好,接头质量达到了X射线检测Ⅰ级水平,熔敷金属合金成分和杂质含量控制适当,接头硬度分布相对均匀,拉伸、弯曲、冲击性能良好,冲击断口呈韧性断裂,无析出相。

10CrNi5MoV钢板尾端强韧性偏低原因分析

邓晚平, 薛钢, 王任甫

2014, 29(4): 29-33. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2014.04.007

[摘要](3) [PDF 338KB](0)

摘要:
针对10CrNi5MoV钢板尾端板厚中心强韧性偏低问题,采用重新热处理、金相组织观察及断口扫描等方法,进行了原因分析。结果表明,尾端钢板中的氧化铝夹杂聚集分布是强韧性偏低的原因,由此推断钢板尾端心部强韧性偏低可能为钢锭开坯时冒口端未完全切净导致。在尾端向头端方向移动0.5 m位置重新取样进行性能试验,因钢锭冒口影响程度减弱,其屈服强度与头端相比仅相差10 MPa,这一试验结果进一步证实了上述观点。

成分偏析对连铸10NiCrCu船用钢板板厚方向性能影响

陈爱志, 彭冀湘, 徐嘉隆, 杨澍

2014, 29(4): 34-39. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2014.04.008

[摘要](6) [PDF 354KB](0)

摘要:
通过原位统计分布分析试验和金相组织观察,研究了连铸工艺生产的10NiCrCu船用钢板板厚方向的成分偏析和组织分布情况,并用Z向拉伸试验和微剪切试验研究了成分偏析对其板厚方向性能的影响。结果表明,合金元素在连铸10NiCrCu船用钢板板厚中心均呈正偏析,这种成分偏析特点使得板厚中心的珠光体含量多于钢板表面的。所有元素中C、P和S的偏析程度相对较大,其它元素的偏析程度相对较小。成分偏析对板厚方向的强度影响较小,对塑性影响相对较大,板厚方向的塑性总体下降15.5%,其中67%的塑性下降是由于板厚中心的偏析引起的。

替代无缝钛管的焊接钛管应用性能研究

贾祥亚, 李德雨, 刘茵琪

2014, 29(4): 40-42. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2014.04.009

[摘要](0) [PDF 187KB](0)

摘要:
研究了焊接钛管的胀接性能、承压能力、振动抗疲劳等应用性能,并与同管径的无缝钛管应用性能进行了对比。结果表明:采用同样的胀接压力的情况下,钛焊管的拉脱力高于无缝钛管;耐压试验,打压至压力容器最高设计压力35 MPa,保压3 min,钛焊管和无缝管均未发生破裂;振动试验,钛焊管和钛无缝管在同等条件下,均未发生振动疲劳破坏。

TC4钛合金表面CrN和DLC耐磨涂层制备及性能研究

李兆峰, 李志强, 赵朋举, 李士凯, 张建欣

2014, 29(4): 43-47. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2014.04.010

[摘要](10) [PDF 360KB](0)

摘要:
采用物理气相沉积技术,在TC4合金表面成功制备出CrN和DLC耐磨涂层。用扫描电镜和光学显微镜分析了耐磨涂层的表面/截面形貌和涂层厚度,VHM-I04显微硬度计测试了涂层的硬度,WS-1型划痕试验机研究了涂层的结合强度,IPC-208B原子力显微镜观察了DLC涂层的表面粗糙度,并采用TE66微磨损试验机系统考核了两种涂层的摩擦学性能。结果表明:CrN涂层厚度为5.12μm,硬度HV 1 267,结合力为22.95 N;DLC涂层由致密分布的纳米颗粒组成,厚度2.30μm,硬度HV 2 176,结合力24.85 N,表面粗糙度仅为4.86 nm;与裸TC4合金和CrN涂层相比,DLC涂层的摩擦系数较小,只有0.073,具有较好的减摩和抗磨性。

模拟压水堆条件下加锌对316LN不锈钢氧化膜的影响

蔡敏, 王辉, 海正银, 辛长胜

2014, 29(4): 48-52. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2014.04.011

[摘要](0) [PDF 317KB](0)

摘要:
对压水堆核电站(PWR)常用的316LN不锈钢模拟压水堆一回路条件下,进行加锌浓度为10 ppb和50 ppb的堆外高温动水回路腐蚀实验。实验1 200 h后,对316LN不锈钢表面氧化膜进行腐蚀失重分析,采用SEM-EDS观察氧化膜表面形貌和元素分布,XPS进行元素深度分布分析,GIXRD分析氧化膜结构。分析发现,加锌50 ppb样品比加锌10 ppb样品表面形成的氧化膜颗粒更细小,与基体结合更紧密,氧化膜厚度明显减薄,氧化膜晶粒尺寸分布均服从高斯函数规律。加锌后,在氧化膜中形成了更稳定的ZnCr₂O₄和ZnFe₂O₄化合物,使得氧化膜处于低能量状态,从而更加稳定,具有更好的保护性。

轧制加工对不同长宽比AZ31板材显微硬度及组织的影响

陈浩, 高芳, 陈大中, 郭倩南, 高远洋

2014, 29(4): 53-58. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2014.04.012

[摘要](1) [PDF 421KB](0)

摘要:
在300℃每道次压下量为0.4 mm的实验条件下,对不同尺寸的AZ31镁合金板材进行轧制实验,通过对轧后板材心部和边部区域的金相组织观察、硬度测试,研究了轧后板材心部和边部的组织性能变化规律及板材尺寸对试样组织性能的影响。结果表明:在相同的实验条件下,随轧制道次和累积变形量的增加,轧后板材心部和边部硬度,整体呈交替上升趋势。样品尺寸对AZ31轧制板材组织性能有一定的影响;随试样长宽比例的减小,在相同的压下量下,轧后板材的边部硬度有所降低,中间动态再结晶完成的程度较高。AZ31镁合金板材出现边裂时,随试样长宽比例的减小,边部硬度呈下降趋势。

SiC涂层C/C复合材料喷嘴性能试验研究

徐银丽, 李树成

2014, 29(4): 59-63. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2014.04.013

[摘要](3) [PDF 284KB](0)

摘要:
在高温有水氧化应力冲刷苛刻环境下,对SiC涂层C/C复合材料喷嘴开展了多种温度(630—1 200℃)、多种持续时间(10—60 s)的热震试验。结果表明:复合材料喷嘴共经受了50次热震,寿命为数十分钟;单次高温持续时间对复合材料喷嘴的寿命影响不大,而多次热震及应力冲刷是复合材料喷嘴破坏的主要因素;复合材料喷嘴的破坏是缓慢发生的,该材料是安全的。

机械合金化的Cu基纳米晶合金热力学稳定性

李玳, 周世同, 李鹏, 吕潍威, 陶静梅, 朱心昆

2014, 29(4): 64-72. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2014.04.014

[摘要](1) [PDF 384KB](0)

摘要:
在纳米结构的金属及合金中,随着晶粒尺寸的下降,晶界体积分数显著增加,使得晶粒长大的驱动力提高,因此纳米金属在加热时(甚至是室温下)是不稳定的,限制了其加工与应用。本文对Trelewicz/Schuh (TS)模型进行了修正,并利用修正的模型对Cu-6.5at% Zr、Cu-6.5at% Nb纳米晶合金的热力学稳定倾向进行了计算研究。实验利用机械合金化的方法制备这两种纳米晶合金,并在不同温度下进行退火。实验结果及理论计算表明,随着溶质原子的加入及在晶界的偏聚,这两种纳米晶合金的晶粒长大得到抑制,热力学稳定性提高。

样品La_0.71Ca_0.2Sr_0.06MnO₃的磁制冷性能

李爱君, 沈晓芳, 岳彩霞

2014, 29(4): 73-76. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2014.04.015

[摘要](0) [PDF 226KB](0)

摘要:
采用溶胶-凝胶法,将存在La空位的La_0.77Ca_0.2MnO₃母体材料进行Sr掺杂,制备了钙钛矿样品La_0.71Ca_0.2Sr_0.06MnO₃,从相结构,磁化曲线等方面分析研究其具有大磁熵变的原因。在外加磁场1 T时,该样品磁熵变Δ|S_M|达到2.32 J·k^g-1·K^-1,居里温度T_C为270.6 K。该样品低磁场下在室温附近有较强的制冷力,可作为良好的室温磁制冷材料。

不同合成条件对CePO₄形貌和晶相的影响

黄传顺, 王昕

2014, 29(4): 77-81. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2014.04.016

[摘要](7) [PDF 258KB](0)

摘要:
采用化学沉淀法对合成的CePO₄前驱体进行了研究,探讨了不同合成试剂制备的CePO₄前驱体随煅烧温度变化晶体的相变情况。TEM和SEM结果显示,H₃PO₄溶液和CeCl₃溶液在室温下合成产物呈针状,而Na₃PO₄溶液和CeCl₃溶液室温下的合成产物为胶状。差热-热重分析(TG-DTA)和XRD实验结果表明,H₃PO₄溶液和CeCl₃溶液合成产物在711.5℃时发生相变,由六方晶相转变为单斜晶相,而Na₃PO₄和CeCl₃的合成产物在231℃时会发生相变,由无定形态转变为单斜晶相。

Qtech501粘弹性阻尼材料及其结构阻尼性能的研究

黄微波, 高金岗, 李晶

2014, 29(4): 82-85. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2014.04.017

[摘要](5) [PDF 217KB](1)

摘要:
对粘弹性阻尼材料Qtech501采用动态热机械分析仪(DMA)进行阻尼性能分析。采用自由梁锤击法研究了由粘弹性阻尼材料Qtech501构成的约束阻尼结构的阻尼性能,分析了阻尼层厚度对约束阻尼结构阻尼性能的影响规律。研究表明,当阻尼层厚度在0—1.2 mm变化时,约束阻尼结构的损耗因子呈现先增大后减少的趋势,当阻尼层厚度为1.0 mm时取得最大值。

复杂型腔结构钛合金精铸件型壳工艺研究

王孟光

2014, 29(4): 86-89. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2014.04.018

[摘要](12) [PDF 238KB](0)

摘要:
研究了用于复杂型腔结构钛合金精铸件的四种不同制壳工艺。研究结果显示,采用背层浆料进行制壳并且不进行撒砂操作的制壳工艺可以达到理想效果,该工艺制作成本低,型壳干燥良好,其室温抗弯强度满足使用要求,而且便于车间操作,使用该工艺浇铸的三件前封严装置一次获得成功。

综述

气体保护焊保护气体的选用

雷小伟, 万自永, 孙现龙, 郭宁, 鄂楠, 李斌

2014, 29(4): 90-94,100. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2014.04.019

[摘要](5) [PDF 281KB](1)

摘要:
焊接保护气体在焊接过程中的作用至关重要,其不但对焊接熔池冶金过程起到保护作用、防止熔池氧化及合金元素烧损,也能影响到熔滴过渡形态和焊接电弧形态及电弧能量的分布。本文介绍了GTAW中焊接保护气体的选用原则和不同保护气体选用对焊接保护效果、电弧能量及熔池形貌的影响,同时,也介绍了几种特殊材质在特殊条件下的焊接气体选用和其特性。GMAW中不同成分焊接保护气体会形成截然不同的熔滴过渡形态和焊接工艺性,产生不同保护效果。实际生产中要按照需求选择合适的焊接气体组分才能保证优良的焊接工艺性和焊接质量。最后,分析了新型焊接保护气体的最新进展和发展趋势。

高温超导材料的发展和应用现状

吴兴超, 李永胜, 徐峰

2014, 29(4): 95-100. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2014.04.020

[摘要](3) [PDF 280KB](0)

摘要:
综述了高温超导材料的发展和在强电和弱电领域如电力能源、交通运输、高能物理、生物医学、精密测量仪器、微波器件、超导计算机等各个领域的应用现状和前景。

贻贝粘附蛋白及其衍生物多巴胺的研究进展

王彩萍, 蔺存国, 张金伟, 陈守刚

2014, 29(4): 101-104. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2014.04.021

[摘要](2) [PDF 207KB](2)

摘要:
贻贝粘附蛋白因含有大量多巴分子(DOPA)而使之具有独特的抗潮湿粘接性能,能够粘附在包括四氟乙烯在内的几乎所有材料表面,已成为生物胶黏剂研究的热点。本文综述了贻贝粘附蛋白及其衍生物多巴胺的研究进展,并展望了其在医学、防腐和防污领域的应用前景。

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