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

2015年第30卷第4期

栏目

强度与失效
船体结构钢
分析与测试
材料研究
综述

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强度与失效

平面应力状态“铁素体-奥氏体-铁素体”异质接头疲劳特性

薛钢, 宫旭辉, 王涛, 方洪渊, 高珍鹏

2015, 30(4): 1-4. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2015.04.001

[摘要](7) [PDF 728KB](0)

摘要:
针对10Ni5CrMoV钢采用0Cr18Ni24Mo6N奥氏体焊条焊接形成的“铁素体-奥氏体-铁素体”异质接头,采用薄片试样疲劳试验研究了无加强高和带加强高两种情况下平面应力状态接头的疲劳行为,并建立了带加强高接头S-N疲劳曲线。结果表明,无加强高情况下疲劳裂纹在焊缝金属内启裂并扩展;带加强高情况下疲劳裂纹在焊趾处启裂、并近似垂直载荷方向在母材内扩展至断裂,寿命较无加强高情况大幅降低,且启裂寿命占疲劳总寿命的比例较高,达到70%—80%。

10Ni5CrMoV钢循环塑性变形的力学本构关系

薛钢, 宫旭辉, 王涛, 方洪渊

2015, 30(4): 5-11. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2015.04.002

[摘要](7) [PDF 363KB](0)

摘要:
针对屈服强度为785 MPa级别的调质态10Ni5CrMoV钢开展了系列应变幅的循环加载试验,并分析了循环应力应变特性,结果表明:循环塑性变形条件下表观弹性模量随应变幅的增大呈线性降低特点;循环塑性应变显著降低屈服强度,且屈服强度随应变幅的增大呈线性降低特点;塑性变形段的真应力和真应变塑性分量的对数呈良好的线性关系。基于上述结果提出了描述循环应力应变关系的单对数强化弹塑性本构关系模型σ=σ_p+χ·lgε_p,并建立了10Ni5CrMoV钢循环应力应变本构方程。

船体结构钢

热处理温度对SPCC冷轧钢带组织及力学性能的影响

薛旭斌, 孔红雨

2015, 30(4): 12-15. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2015.04.003

[摘要](2) [PDF 912KB](0)

摘要:
对SPCC冷轧钢带进行不同温度的热处理,热处理温度为550、600、650、700、750℃,保温时间5 min,然后快速水冷。研究不同热处理温度对SPCC冷轧钢带组织及力学性能的影响。结果表明,随着热处理温度的升高,SPCC冷轧钢带的屈服强度及抗拉强度升高,延伸率则降低,洛氏硬度增大。经550、600℃热处理后的SPCC冷轧钢带的金相组织为铁素体+球粒状珠光体,经750℃热处理后的金相组织则为铁素体+岛状珠光体。

焊接热循环对一种低合金船体钢组织及性能的影响

杨景红, 薛钢, 蒋颖, 王任甫

2015, 30(4): 16-19. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2015.04.004

[摘要](4) [PDF 1968KB](0)

摘要:
通过焊接热循环模拟试验,对试样进行微观组织结构观察和低温韧性测试,研究了不同条件的热循环过程对一种低合金高强度船体钢组织及性能的影响。结果表明:在一定的焊接线能量范围内,t_8/5对试验钢的组织及性能影响不大,模拟粗晶区组织主要为马氏体和贝氏体;峰值温度对试验钢热影响区组织及低温韧性影响较大,粗晶区为热影响区薄弱环节,二次热循环可提高试验钢粗晶区的低温韧性;试验钢经历两次粗晶区热循环后仍保持有细小的板条结构及条间奥氏体,冲击韧性较为稳定。

高频电磁感应加热成形热源模型建立及数值模拟研究

杨澍

2015, 30(4): 20-23. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2015.04.005

[摘要](5) [PDF 624KB](0)

摘要:
基于高频感应加热涡流分布及透入深度的特点,为模拟钢板高频电磁感应加热成形的温度场,提高数值模拟计算精度,结合电磁感应加热头的形状尺寸,建立了一种用于模拟电磁感应加热成形的热源模型。模型建立过程中,对其能量分布给出了明确的热流表达式,利用有限元方法分析了电磁感应加热成形的热源模型的有效性。结果表明,利用该热源模型分析的温度场结果与试验结果吻合良好。高频电磁感应加热的峰值温度位于感应加热头作用区域,随着输出功率或感应加热时间的增加,峰值温度增加。

分析与测试

时效工艺对2000系高强铝合金慢应变速率拉伸性能的影响

罗先甫, 查小琴, 郑国华, 张利娟, 赵阳

2015, 30(4): 24-29. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2015.04.006

[摘要](7) [PDF 2874KB](0)

摘要:
通过慢应变速率拉伸测试、金相、扫描电镜及透射电镜分析等研究了Al-3.88Cu-1.18Mg-0.31Mn铝合金在T6、T8、T3时效状态时的应力腐蚀开裂(SCC)行为。结果表明:在T6、T8及T3时效态下,合金的应力腐蚀开裂敏感性依次降低。合金应力腐蚀与晶间腐蚀具有正相关性,表现为电化学腐蚀特征,晶界与晶内电位差的大小决定了应力腐蚀开裂敏感性的高低,其与晶界及其附近区域的微观组织特征紧密相关。

材料研究

625合金冷轧板的组织和性能

罗利阳, 陈帅超, 王新鹏, 宁天信, 张春林

2015, 30(4): 30-35,42. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2015.04.007

[摘要](3) [PDF 3266KB](0)

摘要:
设计及制备了2 mm厚625合金冷轧板。对国产及进口625合金冷轧板的化学成分、常温力学性能、金相组织、杯突值、应变硬化指数、腐蚀性能及焊接性能进行了对比测试。结果表明:国产板材各项性能指标均达到ASME SB 443标准及工程指标要求,与进口板材相当,可以替代进口产品用于相关设备的生产及制造。

基于ANSYS的TA2板材等离子弧焊接有限元分析

翟伟国, 王要伟, 王文茂

2015, 30(4): 36-42. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2015.04.008

[摘要](9) [PDF 1846KB](0)

摘要:
采用ANSYS有限元软件模拟了4 mm厚TA2板材等离子弧焊接过程,计算分析了焊接过程中瞬态温度场分布特征,并在温度场的基础上采用热-应力耦合方法计算分析了TA2等离子弧焊接头应力场分布和焊件的变形特征。结果表明,接头焊缝形貌与实际焊接过程基本吻合,温度场分布呈椭圆形特征,并且在近焊缝处具有较高的温度梯度;焊件中应力呈现拉应力和压应力共存,在焊接过程的瞬态应力场中,热应力为主要因素,而在残余应力分布中,塑变应力为主要因素;焊接完成后的变形呈现角变形特征,最大变形量2.3 mm。

大面积钛合金工件微弧氧化膜层性能研究

刘晓鹤, 石绪忠, 张益豪, 张俊旭

2015, 30(4): 43-48. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2015.04.009

[摘要](5) [PDF 1323KB](0)

摘要:
研究了影响大面积钛合金试样微弧氧化的因素,通过对溶液浓度以及添加剂含量的调整,优化了大面积微弧氧化的工艺,并对微弧氧化膜层进行了性能测试。结果表明,优化溶液制备的微弧氧化膜层性能优越,可用于大面积钛工件的微弧氧化膜层制备。

泡沫石墨的干式加工工艺研究

杨三强, 李茂伟, 邹丹, 陆国栋, 张玉良

2015, 30(4): 49-54. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2015.04.010

[摘要](8) [PDF 2977KB](0)

摘要:
本文分析了航天热控产品泡沫石墨材料特点,针对泡沫石墨干式加工要求,通过对铣削加工、金刚石线锯加工、激光加工和电火花线切割加工方法进行研究,得出采用电火花线切割作为干式加工泡沫石墨的方法,并通过产品验证,证明电火花线切割用于干式加工泡沫石墨,表面状态完好,无微孔堵塞。

制备工艺因素对碳化硅水基浆料粘度的影响研究

秦宝宏, 刘洪军, 郝国晖

2015, 30(4): 55-59. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2015.04.011

[摘要](7) [PDF 227KB](0)

摘要:
研究了浆料搅拌时间、分散剂含量、粉体含量和pH值等对碳化硅水基浆料粘度的影响。结果表明,水基浆料的粘度随搅拌时间的增加而减小,超过24 h后趋于平稳;水基浆料粘度随分散剂含量的增加而减小,但超过一定含量时反而增大;随着SiC水基浆料中粉体含量的逐渐增加,浆料的粘度总体呈逐渐增大的趋势,粉体含量超过30%时,浆料的搅拌分散时间会延长1.5倍;p H值高于5.5后,水基浆料的粘度随p H值的增加急剧提高,超过8.15时略有下降。通过优化工艺参数,可制备出粘度低于1.0 Pa·s、粉体含量为30%的Si C水基浆料。

高铬铸铁耐磨堆焊层组织结构和硬度分析

牛冲, 卢德宏

2015, 30(4): 60-69. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2015.04.012

[摘要](10) [PDF 8375KB](0)

摘要:
应用两种高铬铸铁焊条和一种高铬铸铁药芯焊丝对低碳钢进行堆焊,通过光学显微镜、扫描电镜和洛氏硬度计等设备仪器对三种高铬铸铁耐磨堆焊层的组织结构和硬度进行观察、测试。分析后表明,三种堆焊层的组织结构都随堆焊层厚度的变化而呈现有规律的变化;三种堆焊层在厚度方向上随位置不同其硬度也不同,越接近堆焊层表层则硬度越高。总体结果显示,药芯焊丝堆焊层的组织结构和硬度分布较为均衡。

刻蚀压强对制备碳纳米管形貌的影响

席彩萍

2015, 30(4): 70-73. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2015.04.013

[摘要](2) [PDF 996KB](0)

摘要:
采用等离子体增强化学气相沉积技术,以C₂H₂、H₂和N₂为反应气体,制备出碳纳米管薄膜,利用扫描电镜(SEM)对其进行表征。结果表明:催化剂刻蚀压强对碳纳米管薄膜的生长起着重要作用,获得定向性好、密度适中、杂质缺陷少的碳纳米管的最佳的刻蚀压强为200 Pa。

泡沫夹芯复合材料水声性能预测研究

马志超, 郭万涛, 张用兵, 鲁先孝

2015, 30(4): 74-78. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2015.04.014

[摘要](1) [PDF 605KB](0)

摘要:
针对泡沫夹芯复合材料声学测试的实际情况,建立了耦合声学有限元法的计算模型,针对计算模型进行了算例验证。结果表明,模型的预测值与试验值趋势吻合较好,计算方法是有效且可行的,可以用于预测泡沫夹芯复合材料的声学性能。同时,研究了与面板和芯材有关的四个参数对夹芯复合材料声学性能的影响规律。

无定型态TiO₂纳米管的光致亲水性能研究

杨硕, 谢斌, 王勇, 苏摇, 刁猛

2015, 30(4): 79-83. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2015.04.015

[摘要](5) [PDF 1640KB](0)

摘要:
采用阳极氧化法在钛片表面制备了无定型态的TiO₂纳米管,并通过扫描电子显微镜(SEM)对其表面形貌进行了表征。采用JGW-360A型接触角测量仪测量蒸馏水在TiO₂纳米管上的接触角,研究了光照时间、管径尺寸、管长等因素对纳米管亲水程度的影响。结果表明:无定型态TiO₂纳米管在25 W紫外光照条件下,具有优异的超亲水性能;管径尺寸对亲水性的影响不大;管长增加幅度越大,亲水性提高越显著。

草酸氧钛锶电流变体的制备及性能

刘水根, 张玲, 樊宁波, 孙英富

2015, 30(4): 84-87. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2015.04.016

[摘要](2) [PDF 962KB](0)

摘要:
利用“水解—共沉淀”法合成草酸氧钛锶(STO)电流变颗粒相材料,通过扫描电镜、X射线能谱仪分析了颗粒相的形貌、结构。通过对草酸氧钛锶电流变体的流变性能进行测试。测试结果表明,草酸氧钛锶电流变体具有较高的电流变效应,良好的温度稳定性和抗沉降性能。

综述

钢的马氏体转变开始温度预测研究进展

刘鹏, 何亮, 张玉祥, 朱丙坤

2015, 30(4): 88-92. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2015.04.017

[摘要](8) [PDF 229KB](0)

摘要:
钢的马氏体转变开始温度(M_S点)对分析马氏体相变过程、指导合金成分设计、制定热处理工艺和焊接工艺等方面具有重要意义。本文着重介绍了M_S点的预测方法,主要分为经验回归模型、热力学模型和神经网络模型,并对三种模型的研究进展和优缺点进行详细评述。

无粘结剂硬质合金研究进展与制备

刘璐超, 娄丽, 吴胜男, 杨丽观

2015, 30(4): 93-97. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2015.04.018

[摘要](2) [PDF 223KB](0)

摘要:
综述了无粘结剂硬质合金的研究应用现状,介绍了真空烧结-热等静压、热压、气压烧结等无粘结剂硬质合金的制备方法,对无粘结剂硬质合金的发展进行了展望。

电化学方法在微生物腐蚀研究中的应用分析

金鑫, 范春华

2015, 30(4): 98-102. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2015.04.019

[摘要](4) [PDF 223KB](0)

摘要:
对极化曲线、交流阻抗谱两种电化学测试技术在微生物腐蚀研究中的应用进行了总结,结合微生物腐蚀的特点,对这两种电化学方法在该领域内的研究进行了对比分析和讨论。

聚合物混凝土（PC）的研究进展

赵宏, 邓安仲, 李飞, 陈静波, 刘奎

2015, 30(4): 103-109. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2015.04.020

[摘要](6) [PDF 286KB](0)

摘要:
聚合物混凝土具有强度高,固化快,粘结性能好,耐腐蚀性能好等特点。其在建筑、交通、机械、水利等工程领域得到了广泛的应用,具有良好的研究价值和应用前景。论文介绍了聚合物混凝土的研究进展,提出将其作为一种新型的海洋工程材料。最后,指出了研究中存在的问题并展望了聚合物混凝土材料研究的方向,提出未来的研究要注重研发性能更好,成本更低,更加环保的新型聚合物混凝土材料。并实现材料性能与成本的优化设计。

锂硫电池硫正极反应机理研究进展

徐美玲, 王新慧, 任引哲

2015, 30(4): 110-114. doi: 10.19515/j.cnki.1003-1545.2015.04.021

[摘要](10) [PDF 227KB](0)

摘要:
详细地讨论了锂硫电池正极电化学反应机理,论述了利用紫外-可见光谱(UV-vis)、高效液相色谱(HPLC)和液相色谱-质谱联用(LS-MS)多种测试手段对电极反应过程的研究进展,分析了导致锂硫电池循环可逆性差的因素,并对其商业化应用进行了展望。

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