材料开发与应用

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

刊载范围

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：中国船舶重工集团公司

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

当期目录
2023年第38卷第2期

栏目

强度与失效
焊接技术
腐蚀与防护
测试与分析
工艺研究
非金属材料
综述

上一期

选择全部

显示方式:

强度与失效

承受双向等拉应力平面贯穿型中心切口弹性应力集中系数的尺寸效应分析

薛钢

2023, 38(2): 1-9.

[摘要](35) [PDF 7098KB](17)

摘要:
采用线弹性有限元方法系统分析了350种不同尺寸条件下承受双向等拉应力平面贯穿型中心切口端部应力场,建立了垂直于切口长度方向的正应力分量K_t^σ_y、应力第一不变量集中系数K_t^I₁和Mises等效应力集中系数K_t^σ等各项弹性应力集中系数的表达式。结果表明,各项弹性应力集中系数随切口长度与板宽之比2a/W的增大呈二次幂函数形式增大,随切口顶端半径与切口半宽之比r/a的降低呈指数函数形式增大。

疲劳裂纹扩展速率试验中裂纹曲率修正方法研究

高宇昊, 王佳, 吴泽鹏, 陈沛, 翟建飞

2023, 38(2): 10-15.

[摘要](76) [PDF 5886KB](3)

摘要:
针对目前疲劳裂纹扩展速率试验标准中仅提出裂纹长度需进行曲率修正但未给出具体修正方法及步骤的问题,作者推荐了线性插值法和等比例法两种裂纹曲率修正方法,并通过分析两种方法的修正原理,结合试验结果,将两种曲率修正方法进行对比。结果表明,在双对数坐标系上,修正后的da/dN-ΔK曲线向低ΔK方向偏移,最大偏移量约15%,在利用da/dN-ΔK曲线进行选材对比或疲劳寿命评估时,修正后的曲线与未修正的曲线相比是偏安全的。基于两种方法修正后的da/dN-ΔK曲线之间差异较小,最大相差约2%,两种方法均可作为疲劳裂纹扩展速率试验中裂纹长度的曲率修正方法。

焊接技术

对接试板焊接残余应力实测与数值模拟

丁鹏龙, 陈雷, 何亮, 俞俊

2023, 38(2): 16-22.

[摘要](38) [PDF 8103KB](18)

摘要:
使用压痕法对两副对接试板进行了表面焊接残余应力测试,并通过焊接有限元仿真获得了对接试板焊接残余应力分布规律,对比分析了表面残余应力实测和数值模拟结果。分析结果表明,焊接残余应力数值仿真结果和压痕法实测结果趋势一致,数值相差不大,残余拉应力峰值实测为599 MPa,仿真结果为597 MPa,表明数值模拟方法可预测焊接残余应力;焊缝及热影响区最大纵向残余应力属于拉应力,而最大横向残余应力为压应力,横向残余应力峰值低于纵向残余应力峰值;等效应力(Mises应力)峰值792 MPa,高于试板材料在常温下的初始屈服强度,表明该材料具有明显的加工硬化现象。

10mm厚C-276合金K-TIG焊接组织和性能

赵方方, 杨继超, 郭小辉, 李瑞武, 马照伟

2023, 38(2): 23-26.

[摘要](16) [PDF 4384KB](7)

摘要:
采用Keyhole TIG(K-TIG)焊接工艺对10 mm厚C-276哈氏合金进行单面焊双面成形。焊缝截面无气孔、未熔合、裂纹等缺陷;焊缝区组织主要为细长的柱状晶,并伴随少量的析出物。采用ASTM G28A法进行晶间腐蚀试验,焊缝的平均腐蚀速率为4.418 mm/a,耐晶间腐蚀性能良好。接头的平均抗拉强度为735.5 MPa,断裂位置在母材处;拉伸断口分布大量的细密等轴韧窝,为典型的韧性断裂,接头韧性优良;在α=180°、d=4t的条件下进行侧弯试验,未发现裂纹产生。母材、热影响区及焊缝的硬度值差别不大,接头硬度的一致性良好。

腐蚀与防护

不同硬度35CrMo钢在含砂流体中的冲蚀试验分析

刘传刚, 王晓, 鞠少栋, 刘景超, 曾锴, 季菊香

2023, 38(2): 27-31.

[摘要](31) [PDF 5933KB](26)

摘要:
针对海洋石油井下工具常用材料35CrMo钢,进行了3种不同硬度下、5个不同冲击速率的冲蚀试验,对质量损失和冲蚀表面形貌进行了研究和分析,计算了冲蚀磨损率;分别拟合冲蚀磨损率与冲击速率和硬度的计算方程,分析了冲击速率和硬度对35CrMo钢冲蚀磨损率影响的变化规律。试验结果表明,35CrMo钢的冲蚀磨损率随冲击速率的增大而迅速增大,成2.55~2.66次方关系,随硬度的提高而减小,成线性关系。硬度和冲击速率各自独立影响35CrMo钢的冲蚀磨损率,不存在显著的相干性。

固溶处理和时效处理对HDR双相不锈钢耐蚀性的影响

刘信, 胡裕龙, 刘念, 苏小红, 陈珊

2023, 38(2): 32-37.

[摘要](14) [PDF 6621KB](5)

摘要:
为提高船舶用双相不锈钢在海水介质环境下的耐蚀性能,针对HDR双相不锈钢,采用固溶处理和时效处理工艺,通过3D显微镜、维氏硬度计、扫描电子显微镜、能谱仪等分析显微组织、成分、硬度和耐蚀性,研究其在3.5%NaCl溶液中的耐点腐蚀性能,从而确定合适的热处理工艺。结果表明:固溶温度为1 050 ℃～1 150 ℃时,时效处理促进脆性相σ析出,材料硬度提升;固溶温度为1 100 ℃时,HDR双相不锈钢耐点腐蚀性能最好;在1 050 ℃和1 150 ℃固溶温度条件下,时效处理明显削弱了不锈钢的耐蚀性。

B₄C_p/7050Al复合材料的腐蚀行为研究

谢斌, 王德升, 王鹏云, 谢述锋

2023, 38(2): 38-43.

[摘要](9) [PDF 9356KB](4)

摘要:
为探索高强度高模量铝基复合材料的腐蚀性能,采用粉末冶金工艺制备了增强相体积分数为17%、20%的铝基复合材料。腐蚀研究结果表明,铝基复合材料的腐蚀与基体关系密切,复合材料产生的剥落腐蚀及电化学腐蚀与基体相比敏感性不强,增强相的加入使材料的晶间腐蚀、盐雾腐蚀性能恶化。

测试与分析

退火态CoFeNiCrMnB_x高熵合金微观组织和力学性能

侯丽丽, 郭强, 要玉宏, 刘江南

2023, 38(2): 44-48.

[摘要](18) [PDF 7493KB](2)

摘要:
采用真空电弧熔炼炉制备了CoFeNiCrMnB_x高熵合金,并对其退火处理。结果表明:CoFeNiCrMnB_0.15和CoFeNiCrMnB_0.20合金经1 100 ℃×20 h退火后,枝晶间组织均为颗粒状Cr₂B相,且随着B含量的增加,颗粒状Cr₂B相也增多。CoFeNiCrMnB_0.20合金的屈服强度和抗拉强度分别为496 MPa和890 MPa,较铸态CoFeNiCrMn合金的分别提高了104.0%和79.4%。

钛板表面质量对钛-钢复合界面的影响

李亚, 蒋晓博, 王自波, 张绍伦, 周志军, 王树军

2023, 38(2): 49-52,62.

[摘要](12) [PDF 6289KB](1)

摘要:
通过测试爆炸钛-钢复合板结合强度和分析钛板表面质量情况,研究了复合板中钛层产生分层、碎边和皱褶缺陷的原因。结果表明,钛板上残留的冶金缺陷、板形不良和不均匀的边部致密氧化层残留,会造成复合板界面的结合不牢。针对复合时界面结合不牢的问题,提出了对钛板的质量管控和表面处理的适宜措施。

工艺研究

印刷电路板式换热器流道结构优化研究

史新鑫, 闫栋, 王玮, 韩林举, 张帅飞

2023, 38(2): 53-56.

[摘要](13) [PDF 5256KB](2)

摘要:
印刷电路板式换热器(PCHE)采用扩散焊进行焊接,焊接压力沿换热板片的传递易出现中断,导致流道中部出现未焊合区。为提高焊合质量,本研究进行了流道结构优化,结果表明:增大矩形流道倒角有利于提高焊合质量,将冷热流道进行错位(使下层流道肋板处于上层流道中间),也可以改变板间轴向应力分布,提高焊合质量。

喷涂角度对等离子喷涂氧化铝钛陶瓷涂层性能影响研究

苏暄博, 李龙博, 魏大岭, 谢述锋

2023, 38(2): 57-62.

[摘要](8) [PDF 8668KB](2)

摘要:
采用大气等离子喷涂(APS)系统制备了微米和纳米Al₂O₃-13%TiO₂(AT13)陶瓷涂层,研究了喷涂角度对涂层单道次增加厚度、涂层组织、结合强度和硬度的影响。结果表明:随着喷涂角度的减小,两种涂层单道增厚降低,孔隙率增加,结合强度降低,硬度未发生明显变化。喷涂角度为90°时,微米AT13和纳米AT13陶瓷涂层状态均良好,纳米AT13陶瓷涂层单道增厚较微米AT13高出21.5%。喷涂角度为45°时,纳米AT13陶瓷涂层较微米AT13陶瓷涂层单道增厚高出47%,结合强度高出42.1%。喷涂角度为30°时,微米AT13陶瓷涂层出现了严重的缺陷,纳米AT13陶瓷涂层也出现了较大的孔隙。

高压大容积碳纤维全缠绕气瓶的设计研究

王庚, 孙永伟, 邓欣

2023, 38(2): 63-66,83.

[摘要](12) [PDF 2829KB](3)

摘要:
目前450 L以上的高压大容积碳纤维全缠绕气瓶(以下简称III型气瓶)国内尚处于研究阶段,无现行国家标准。作者以45 MPa 500 L III型气瓶为研究对象,开展该类型气瓶的设计研究。依据网格理论,在爆破压力下完成碳纤维缠绕层的安全设计研究。对高压大容积III型气瓶工况下铝内胆与缠绕层的受力情况进行分析,在保证结合面不失效的前提下,完成该类型气瓶内胆设计。III型气瓶在爆破极限压力下,可将缠绕壳体视为正交异性薄壁壳体结构,壳体内部应变位移关系相同情况下,对内胆进行强度校核计算,确保瓶体内胆的安全性。

非金属材料

船用复合材料构件智能修磨系统的设计与研究

乔宝宝, 陈润华, 凌杰, 张笑梅, 李想

2023, 38(2): 67-75.

[摘要](14) [PDF 12685KB](1)

摘要:
针对大型一体化成型船用复合材料构件,作者分析了大型复合材料表面修磨处理的特点和问题,阐述了国内外最新应用现状,在此基础上设计了AGV复合机器人智能修磨系统的解决方案,并对自动生成机器人修磨轨迹等关键技术进行了介绍,最后对系统进行了实体测试。修磨效率与人工修磨相比提高了10倍以上,修磨机械粗糙度达到0.627 μm,线性精度可以达到0.5 mm,完全满足船用复合材料构件的实际使用需求。研发高性能的AGV复合机器人智能修磨系统,不仅可提升大型一体化成型船用复合材料构件的修磨质量和效率,还可为实现大型船用复合材料构件的其他加工工艺提供一个有效的研究平台,从而为后续同类型产品的智能制造工厂数字化、集群式和脉动式生产打下基础。

PMMA纳米孔泡沫的制备及发泡性能研究

于旎, 张毅, 彭维凯, 罗浩

2023, 38(2): 76-83.

[摘要](7) [PDF 12027KB](1)

摘要:
选用对于超临界CO₂具有高吸附能力的聚甲基丙烯酸酯(PMMA)作为基体材料,通过超临界CO₂间歇式发泡法,探究饱和阶段、发泡阶段参数以及CO₂吸附率对PMMA泡沫结构参数的影响。结果表明,在一定范围内,当其他条件相同时,降低温度或增大压力均能增加CO₂吸附率,在0 ℃、15 MPa条件下饱和48 h,PMMA中的CO₂吸附率达到最大值35.72%。将CO₂吸附率为35.72%的PMMA在40 ℃油浴中发泡30 s,可以获得泡孔密度为1.57×10¹⁵ 个/cm³、泡孔平均尺寸为35.9 nm且分布均匀的PMMA纳米孔泡沫。

环氧耐磨绝缘防腐涂料制备及应用研究

张黎黎, 张明奇, 陈凯锋, 王晶晶, 张心悦, 曾登峰, 苏孟兴, 李明华

2023, 38(2): 84-90.

[摘要](11) [PDF 6479KB](1)

摘要:
以双酚A树脂和腰果酚改性胺树脂为基料,添加氧化铝微粉、碳化硅、氧化铁红等耐磨防腐填料,通过试验室模拟加速试验测试,获得环氧耐磨绝缘防腐涂料。该涂料在碳钢表面附着力大于6 MPa;750 g/1 000 r条件下涂层表面磨蚀失重低于30 mg;涂层表面电阻率高于8.04×10¹⁰ Ω,绝缘性好;耐盐雾测试1 000 h后,3个样板涂层表面都未起泡、未锈蚀、未脱落;在0.01 Hz低频阻抗(|Z|_0.01 _Hz)条件下进行电化学交流阻抗值测试,经过1 000 h的耐盐雾性能测试后,其化学交流阻抗值由测试前的1.38×10⁹ Ω·cm²下降为测试后的8.11×10⁷ Ω·cm²以上,涂层具有较高的阻抗值和较好的保护性能,防腐性能良好。同时该涂料应用于嘉兴轻轨试验段轨道防腐绝缘防护,经测试该产品可使轨道电阻由裸轨的15 Ω·km增加到26.25 Ω·km,证明该产品绝缘性能优异。

综述

表面防护技术在舰船维修领域中的应用研究进展

邱殿强, 苏暄博, 王喆, 武笑宇, 谢述锋

2023, 38(2): 91-96,108.

[摘要](16) [PDF 8264KB](4)

摘要:
气动、液压装置、各类阀门等运动副零部件被大量应用于军民舰船、潜艇、海上平台等海洋装备中,是海洋装备的核心零部件之一。在海洋环境中,海水本身是一种强腐蚀介质,同时波、浪、潮、流又对金属构件产生低频往复应力和冲击,且海洋微生物、附着生物及它们的代谢产物等都对腐蚀过程产生直接或间接的加速作用,运动副零部件的服役寿命显著降低,严重危害海洋装备的服役安全性。在舰船定期维修时需对失效零部件和防护涂层进行修复或更换。因此,经济、绿色、便捷、快速的表面防护技术在船厂备受关注。作者对近年来喷涂技术和激光技术在舰船维修领域中的应用进行了分析,对喷涂技术和激光技术在船舶维修领域的应用发展进行了展望。

HDDR各向异性钕铁硼磁粉研究及应用进展

杨俊, 黄东亚, 王岳, 莫漫漫, 林百春, 杨澍

2023, 38(2): 97-108.

[摘要](17) [PDF 11975KB](7)

摘要:
吸氢-歧化-脱氢-再复合工艺(HDDR)是生产各向异性钕铁硼磁粉的有效方法,其制备的各向异性粘结磁体性能高,重量轻,在提高微特电机功效、减轻重量等方面发挥着重要作用,目前在汽车、无人机等领域已产业化应用。为了提高磁粉性能,科研人员仍不断探究HDDR工艺与各向异性机理,采用晶界扩散法优化磁粉晶界结构,提高磁粉矫顽力与温度稳定性,同时将上述成果应用到废旧烧结钕铁硼回收中,节约稀土资源。HDDR各向异性磁粉性能显著高于各向同性磁粉的,但形变塑性次之,研究者试图将其作为热变形磁体前驱原材料,进一步提升热变形磁体性能。HDDR工艺细化晶粒的效果为提高烧结钕铁硼矫顽力提供了一条新的研究途径,但目前还未获得理想的成果。本研究主要介绍近年来HDDR工艺与机理的发展以及其在稀土磁体回收、热变形磁体、烧结磁体等方面的应用情况。

作者登录专家登录编辑登录主编登录