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

2022年第37卷第5期

栏目

材料研究
材料应用
焊接技术
综述
经验交流

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材料研究

基于Mises屈服准则和I₁断裂准则的焊接接头力学特性分析

薛钢

2022, 37(5): 1-10.

[摘要](136) [PDF 6673KB](74)

摘要:
在全面考虑焊接残余应力、加载应力和氢致应力的情况下推导了Mises等效应力σ和应力第一不变量I₁的一般表达式;理论分析了残余应力和氢致应力对屈服行为的影响,推导了单向应力状态下的表观屈服应力[σ_s]的表达式;理论分析了残余应力和氢致应力对断裂行为的影响,推导了单向应力状态下的表观断裂应力[I_<i>b]的表达式和表观屈服时的应力第一不变量特征值[I^s₁]的表达式。

10CrNi8MoV钢的拉伸塑性应变物理本构模型

仝智远, 宫旭辉

2022, 37(5): 11-15.

[摘要](112) [PDF 5720KB](16)

摘要:
研究了10CrNi8MoV钢不同温度和应变速率下的拉伸应力-应变曲线。根据位错动力学将流变应力分解为热激活应力和非热激活应力,忽略粘拽阻力的影响。通过对塑性变形过程的分析,在Kocks热激活方程中引入位错间距演化函数,并用线性强化模型描述非热激活应力的变化,建立了10CrNi8MoV钢的物理本构模型。该模型对10CrNi8MoV钢在低应变速率和较宽的温度范围内的塑性变形行为有较好的描述结果。

均匀化处理对HMn58-2铜合金铸态组织与性能的影响

陈利阳, 刘乐乐, 赵彦营, 陈斌, 张林林, 韩广

2022, 37(5): 16-21.

[摘要](83) [PDF 7773KB](21)

摘要:
采用光学显微镜、扫描电镜、差示扫描量热分析和力学性能测试,研究了均匀化处理对HMn58-2铜合金显微组织及力学性能的影响。结果表明,HMn58-2铜合金的铸态组织主要由α相和β相组成,在晶粒内部和晶界处存在大量不同形状的树枝状晶。随着均匀化热处理温度的提高和保温时间的延长,铸态合金组织中的枝晶偏析现象基本消除,合金的综合性能得以改善和提高。HMn58-2铜合金最优的均匀化退火工艺是810 ℃×6 h。

热处理对AlZn4SiPb合金组织和性能的影响

孙建军, 王德升, 王鹏云

2022, 37(5): 22-27.

[摘要](80) [PDF 7817KB](14)

摘要:
研究了AlZn4SiPb合金铸锭和2 mm板材热处理前后的组织、硬度和强度等性能。结果表明,铸锭中Pb元素存在偏析,后浇铸的铸锭中Pb含量相对更高,其以球状或条状分布于晶内和晶界处,均匀化热处理对其形貌影响不明显。均匀化热处理后,晶界处的析出相固溶进入基体中,AlZn4SiPb合金铸锭的硬度由78.9 HV升高至89.8 HV。冷轧态板材金相组织呈纤维状。随着热处理温度的升高,板材的硬度和强度先降低后升高。300 ℃热处理后,其硬度为45.5 HV,抗拉强度为179 MPa;500 ℃热处理后,板材硬度为HV90.9,抗拉强度为306 MPa,伸长率为28.5%。

AM60镁合金Cr涂层制备及其耐腐蚀性研究

代卫丽, 王瑾, 宋月红, 刘彦峰, 韩茜, 张美丽

2022, 37(5): 28-36.

[摘要](128) [PDF 15272KB](17)

摘要:
为了提高AM60镁合金的耐腐蚀性能,采用机械涂覆的方法在合金表面制备Cr涂层。通过XRD、视频显微镜、SEM、显微硬度分析等方法对表面涂层的物相、截面形貌、涂层的显微硬度等进行表征,利用电化学工作站对涂覆Cr前后的AM60镁合金的耐蚀性能进行分析。结果表明:AM60镁合金表面成功涂覆了Cr涂层,所制备涂层与基体结合致密,涂覆效果较好;同时,涂层的显微硬度高达到1 132 HV,较基体提高了1.96倍;球料比为10∶1和20∶1时,球磨时间为20 h和15 h时所制备的膜层耐腐蚀性能较好,和基体相比,所制备样品的自腐蚀电流密度均降低了3个数量级,自腐蚀电位均大幅提高,阻抗谱半径也均增加,在模拟海水中的耐腐蚀性能都得到明显改善。因此,在该实验条件下,Cr涂层的最佳制备工艺为:球料比为10∶1,球磨时间为20 h。

材料应用

基于数值模拟的杆状钛合金铸件熔模铸造工艺研究

程亚珍, 郭举乐, 乔海滨, 孙宏喆, 李渤渤, 杨学东, 刘茵琪

2022, 37(5): 37-44.

[摘要](79) [PDF 11686KB](16)

摘要:
根据杆状钛合金铸件的结构特点,分别采用顺序凝固理论和均衡凝固理论设计浇注系统,并利用数值模拟方法对两种浇注系统进行了仿真,分析了杆状钛合金铸件的温度场、应力场情况,确定了利用均衡凝固理论的铸造方案适合生产该铸件,根据模拟结果,对铸造工艺方案进行优化模拟。采用优化后的铸造工艺方案生产铸件,获得了合格的符合客户需求的杆状钛合金铸件。

固化条件对环氧树脂胶黏剂粘合强度的影响

单淑曦, 尹帅, 王绪文, 李景瑞, 王兵, 程伟

2022, 37(5): 45-48.

[摘要](145) [PDF 3197KB](26)

摘要:
研究了不同固化条件(温度、湿度)以及反应物配比对环氧树脂胶黏剂粘合强度的影响。结果表明,在使用环氧树脂胶黏剂粘接橡胶与金属基体时,固化条件对其粘接效果产生了显著影响。当温度为25 ℃,环氧树脂胶黏剂在湿度小于55%时粘合强度较高,湿度过高,粘合强度会明显下降,说明过于潮湿的环境不利于环氧树脂胶黏剂的应用。当湿度为55%,环氧树脂胶黏剂在20~25 ℃时粘合强度较高,当温度升高或者降低至10 ℃时,粘合强度都会有明显下降。

聚乳酸预聚物/聚乙二醇二丙烯酸酯薄膜的制备及性能研究

张海蕾, 董奎勇, 马博谋, 王新鹏, 何勇

2022, 37(5): 49-56.

[摘要](90) [PDF 7785KB](10)

摘要:
以聚乳酸预聚物(LAOG)和不同分子量的聚乙二醇二丙烯酸酯(PEGDA)为原料,采用安息香双甲醚(651)和二苯甲酮(BP)为光引发剂,通过LED紫外辐照制备了系列LAOG/PEGDA薄膜,并对薄膜进行FT-IR、凝胶含量、WAXD、DMA和力学性能测试与分析。结果发现,651具有比BP更好的光引发效率,当其添加量仅为0.2%(w)时,LAOG/PEGDA体系固化成膜所需的紫外辐照时间可短至0.1 s,表明本方法具有实现LAOG/PEGDA薄膜高效快速制备的潜力。

生产工艺对爆炸复合用钛板的影响研究

李亚, 李军, 程飞, 张丽华, 王自波

2022, 37(5): 57-61.

[摘要](92) [PDF 6066KB](12)

摘要:
对比热轧和卷轧工艺技术,研究了不同生产方式对爆炸复合用钛板性能和组织的影响。结果表明:块式热轧生产钛板的效果最好,炉卷轧制方式次之,但其生产率和成品率高;少量添加回收料可批量生产合格的钛板,但伸长率的富裕量降低。因此,需要严格控制原料成分,并选择适宜的生产工艺方式,以确保钛板性能满足爆炸复合要求。

新型线圈加载的管件电磁胀形电磁力及成形性分析

吴伟业

2022, 37(5): 62-67.

[摘要](94) [PDF 6032KB](6)

摘要:
为了解决传统线圈管件电磁胀形轴向变形不均匀的问题,提出了新型线圈管件电磁胀形方法。首先在COMSOL软件中构造管件电磁胀形二维轴对称电磁-结构耦合模型,从轴向磁通密度、径向电磁力和变形轮廓三个方面,将新型线圈与传统线圈电磁胀形进行对比。结果显示,采用该线圈,可为管件提供凹形分布的径向电磁力,即在管件端部施加较大的径向电磁力,且中部的电磁力满足管件胀形需求,使得轴向变形均匀性提高了2.3倍。显然这种方法能够有效克服传统管件电磁胀形中存在的轴向变形不均匀问题,推动了电磁成形技术在工业的应用。

焊接技术

10Ni8CrMoV钢热影响区的动态力学特征及其本构模型

张宝伟, 高珍鹏, 陈雪龙, 张由景, 宫旭辉, 董星

2022, 37(5): 68-72.

[摘要](104) [PDF 6735KB](12)

摘要:
使用热模拟试验机获得10Ni8CrMoV钢热影响区类似组织,通过霍普金森压杆试验对热影响区试样的动态力学行为进行表征,并观察其微观组织。结果表明:在高应变速率下,热影响区真实应力随着应变率的增加而增加,表现出明显的应变率强化效应;应变速率为2 000 s^-1时,试样中出现大量的变形孪晶,应变速率为4 000 s^-1时,试样被剪切破坏;基于Johnson Cook模型,得到10Ni8CrMoV钢热影响区动态本构模型。

冷却速度对10CrNi5MoV钢焊缝金属相变的影响

戴乐, 王宪, 张延超, 周晓锋

2022, 37(5): 73-76.

[摘要](77) [PDF 4321KB](15)

摘要:
采用Gleeble-3500热模拟试验机测量了10CrNi5MoV钢焊缝金属在不同冷却速率下奥氏体连续冷却过程中的温度-膨胀曲线,利用杠杆定律,得到了不同冷却速率下相变动力学曲线,分析了冷却速率对焊缝金属相变的影响。结果表明,不同冷却速率下焊缝金属的奥氏体转变动力学曲线均呈S型,冷却速率为60 ℃/s、30 ℃/s、15 ℃/s时,奥氏体转变速率与温度的曲线呈单峰状,冷却速率为6 ℃/s,奥氏体转变速率与温度的曲线表现为贝氏体、粒状贝氏体相变的双峰转变。

镍基高温合金的扩散焊接研究进展

王玮, 闫栋, 刘向前, 蒋鹏, 付文, 李彦默

2022, 37(5): 77-85.

[摘要](154) [PDF 13724KB](31)

摘要:
镍基高温合金被广泛用于现代航空工业、核工业等领域。本研究综述了镍基合金扩散焊的研究进展,介绍了扩散焊技术研究现状、界面孔洞闭合机理以及扩散焊接接头组织、性能。对当前镍基高温合金扩散焊的最新研究进行总结,为今后镍基高温合金扩散焊接技术的进一步发展提供了理论支撑。

综述

沉淀强化型因瓦合金研究概况

李春辉, 侯世忠, 吕晓辉, 杨晓

2022, 37(5): 86-90.

[摘要](93) [PDF 4415KB](16)

摘要:
简要对比了因瓦合金细晶强化、固溶强化、加工硬化与沉淀强化等4种强化机制,总结了沉淀强化型因瓦合金的研究现状,并对高强度因瓦合金的发展提出了展望。

玻纤增强复合材料连续缠绕管材技术发展现状

赵玉, 刘誉东, 张兴刚

2022, 37(5): 91-98.

[摘要](126) [PDF 11197KB](21)

摘要:
复合材料连续缠绕管材凭借耐腐蚀、强度高等优势在市政饮水工程、输油管道、水处理、排污等领域具有广泛的应用。本文主要介绍了目前复合材料缠绕管材基体树脂的选型、缠绕工艺、生产设备和检测标准,对复合材料连续缠绕管材生产过程中可能出现的缺陷进行分析并归纳了现有复合材料管材的连接方式,最后对复合材料连续缠绕管材行业进行了总结与展望。

爆炸金属复合材料在低温领域的应用

李军, 李亚, 韩刚, 张临宏

2022, 37(5): 99-102.

[摘要](53) [PDF 3496KB](14)

摘要:
低温技术的发展推动着爆炸金属复合材料制造技术的进步,从爆炸复合技术原理出发,着重对爆炸金属复合材料在LNG气化器、空气分离设备、液氮生物容器及极地船舶等低温领域应用情况进行了描述,并对未来的市场前景进行了展望。

经验交流

标准物质作用下ZnO基氨气传感器的研究

陈佳怡, 曹雅莹, 胡忠博, 陈智

2022, 37(5): 103-108.

[摘要](82) [PDF 4359KB](13)

摘要:
氨气是一种工农业生产中常见的气态污染物,市场上对氨气检测的需求随着经济的发展日益增长。基于ZnO优异的光学与气敏性能,以ZnO为气敏材料的氨气传感器逐渐成为研究的热点。在氨气检测过程中,标准物质起到至关重要的作用。由氨气、氧气、氮气、二氧化碳等标准物质构成的标准混合气体来模拟空气中氨气在便携式氨气传感器中的响应,可以保证所开发氨气传感器的准确性,进而有望对便携式氨气传感器进行检定校准,从而保证氨气传感器稳定、可靠的运行。

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