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• 2003年, 0卷, 第10期
  刊出日期：2003-10-20

    

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  研究与应用
  

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研究与应用
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  研究与应用

  非匹配焊缝裂纹高温断裂力学参量的估算

  轩福贞, 涂善东, 王正东, 巩建鸣

  2003, 0(10): 3-6.

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  轩福贞, 涂善东, 王正东, 巩建鸣. 非匹配焊缝裂纹高温断裂力学参量的估算[J]. 材料工程, 2003, 0(10): 3-6.
  XUAN Fu-zhen, TU Shan-dong, WANG Zheng-dong, GONG Jian-ming. Estimation of High-temperature Fracture Mechanics Parameter for Cracks in Mismatched Weldment[J]. Journal of Materials Engineering, 2003, 0(10): 3-6.

  焊接接头中的蠕变裂纹扩展受材料组分不均匀和坡口形式等多个因素影响,是一个高度复杂的力学问题。本研究提出了一个能综合反映各影响因素的等效蠕变应变速率概念和计算方法,并在此基础上建立了焊缝裂纹高温断裂力学参量C^*的工程计算式。紧凑拉伸试样的有限元分析表明,本研究方法估算的结果与数值解非常接近。
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  颗粒增强复合材料热机疲劳性能的模拟分析

  郭然, 施惠基, 姚振汉

  2003, 0(10): 7-8,41.

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  郭然, 施惠基, 姚振汉. 颗粒增强复合材料热机疲劳性能的模拟分析[J]. 材料工程, 2003, 0(10): 7-8,41.
  GUO Ran, SHI Hui-ji, YAO Zhen-han. Simulation of the Thermal-mechenical Fatigue Behavior for Particle Reinforced Composites[J]. Journal of Materials Engineering, 2003, 0(10): 7-8,41.

  针对颗粒增强复合材料,基于杂交应力元的基本原理,推导考虑塑性应变、热应变和蠕变应变的Voronoi单元。利用新单元模拟分析机械疲劳载荷和热疲劳载荷的相位关系及夹杂的拓扑结构对结构的热机疲劳迟滞回线影响。
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  加载速率对3D-C/SiC不同温度拉伸性能的影响

  罗国清, 乔生儒

  2003, 0(10): 9-10,39.

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  罗国清, 乔生儒. 加载速率对3D-C/SiC不同温度拉伸性能的影响[J]. 材料工程, 2003, 0(10): 9-10,39.
  LUO Guo-qing, QIAO Sheng-ru. Influence of Loading Rates on 3D-C/SiC Tensile Properties at Different Temperature[J]. Journal of Materials Engineering, 2003, 0(10): 9-10,39.

  研究了在室温、1100和1500℃夹头位移速率分别为0.008,0.06和5.82mm/min对CVI工艺制备的3D-C/SiC拉伸性能的影响。拉伸中用钨-铼热电偶测温,真空度为10^-3Pa,LVDT测量变形。结果表明,室温条件下材料的断裂应力随夹头位移速率的增大而增加;1500℃断裂应力随夹头位移速率的增大而减小;1100℃条件下断裂应力基本不随变形速率而改变。随着夹头位移速率的提高,断裂应变减小,初始弹性模量增加。分析了可能造成以上现象的因素。
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  SiC_p/Al梯度复合材料疲劳裂纹扩展和亚临界扩展行为

  许富民, 朱世杰, 赵杰, 王富岗

  2003, 0(10): 11-13.

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  许富民, 朱世杰, 赵杰, 王富岗. SiC_p/Al梯度复合材料疲劳裂纹扩展和亚临界扩展行为[J]. 材料工程, 2003, 0(10): 11-13.
  XU Fu-min, ZHU Shi-jie, ZHAO Jie, WANG Fu-gang. Fatigue Crack Growth and Subcritical Propagation Behavior in a SiC_p/Al Matrix Functionally Graded-composite[J]. Journal of Materials Engineering, 2003, 0(10): 11-13.

  采用粉末冶金法制备了SiC颗粒增强铝基梯度复合材料,研究了其疲劳裂纹扩展行为及其亚临界裂纹扩展行为。疲劳裂纹从30%SiC层向5%SiC层扩展时,发生了裂纹扩展延滞;而在静载下,当裂纹从30%SiC层向5%SiC层扩展时,随着裂纹长度的增加其裂纹扩展阻力增大。
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  纤维增强金属基复合材料层板热/机械疲劳性能试验研究

  刘绍伦, 何玉怀, 温井龙

  2003, 0(10): 14-15,22.

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  刘绍伦, 何玉怀, 温井龙. 纤维增强金属基复合材料层板热/机械疲劳性能试验研究[J]. 材料工程, 2003, 0(10): 14-15,22.
  LIU Shao-lun, HE Yu-huai, WUN Jing-long. Thermal-mechanical Fatigue Behavior of an Unidirectional Fiber-reinforced Metal-matrix Composite Laminates[J]. Journal of Materials Engineering, 2003, 0(10): 14-15,22.

  进行了B/Al层板250～350℃温度循环范围内的同相位、反相位的热/机械疲劳寿命试验以及250℃和350℃下的等温疲劳试验与宏微观分析研究。结果表明:同相位与反相位的热/机械疲劳S-N曲线出现相交,以交点做应力水平线FPF,在FPF以上,同相位的热/机械疲劳(TMF)比反相位的要短;而在FPF以下,同相位的TMF寿命比反相位的要长;无论是同相位,还是反相位的TMF寿命,均低于250℃和350℃下的等温疲劳寿命;疲劳裂纹起源于纤维与基体界面,并随着基体的横向开裂而扩展,但最终的疲劳损伤机理不仅取决于应力水平,还取决于试验环境条件;纤维与基体之间界面反应区在TMF的损伤扩展方面起了主要作用。
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  Ti-4Al-22V合金镀膜处理对其脆性影响的模拟研究

  丁辉, 张国庆

  2003, 0(10): 16-18.

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  丁辉, 张国庆. Ti-4Al-22V合金镀膜处理对其脆性影响的模拟研究[J]. 材料工程, 2003, 0(10): 16-18.
  DING Hui, ZHANG Guo-qing. Simulation of the Influence of the Coating Process on the Brittleness of Ti-4Al-22V Alloy[J]. Journal of Materials Engineering, 2003, 0(10): 16-18.

  用真空镀膜机和热处理炉对Ti-4Al-22V合金镀膜过程进行模拟热处理,用显微硬度计测量热处理后的合金显微硬度的变化;用测试弯折法测量其塑性;用奥林巴斯显微镜观察合金组织,用JXA-8800R电子探针显微分析仪进行断口试样电子扫描分析和断面成分能谱分析。结果表明:Ti-4Al-22V合金在镀膜处理过程中,容易因加热温度过高而导致脆化,在300℃左右Ti-4Al-22V合金存在一个脆性区间;消除脆性的方法是在450～550℃对Ti-4Al-22V合金进行退火处理,使其发生再结晶和塑性升高;退火处理可以在镀膜前或镀膜后完成。
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  碳迁移对镍基和奥氏体焊条焊接的Cr5Mo异种钢焊接接头蠕变破断寿命的影响

  巩建鸣, 姜勇, 涂善东

  2003, 0(10): 19-22.

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  巩建鸣, 姜勇, 涂善东. 碳迁移对镍基和奥氏体焊条焊接的Cr5Mo异种钢焊接接头蠕变破断寿命的影响[J]. 材料工程, 2003, 0(10): 19-22.
  GONG Jian-ming, JIANG Yong, TU Shan-dong. Effect of Carbon Migration on Creep Rupture Time of Cr5Mo Dissimilar Welded Joints using Ni-based and Austenitic Weld Metal[J]. Journal of Materials Engineering, 2003, 0(10): 19-22.

  基于节约费用和施工方便的考虑,工程应用中常采用异种钢焊接。Cr5Mo异种钢焊接接头广泛应用于炼油、石油化工等过程工业中的高温环境。针对镍基和奥氏体焊条焊接的Cr5Mo异种钢焊接接头,通过时效处理和蠕变持久实验,研究了碳迁移对蠕变破断强度与时间的影响。研究表明,奥氏体焊条焊接的Cr5Mo异种钢焊接接头由于碳迁移蠕变破断强度下降,破断寿命减少,约为镍基焊条焊接的Cr5Mo异种钢焊接接头蠕变破断寿命的50%。
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  高温下的金属基复合材料双剪切试样应力应变有限元分析

  姜云鹏, 岳珠峰

  2003, 0(10): 23-25.

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  姜云鹏, 岳珠峰. 高温下的金属基复合材料双剪切试样应力应变有限元分析[J]. 材料工程, 2003, 0(10): 23-25.
  JIANG Yun-peng, YUE Zhu-feng. FEM Analysis of Stress and Strain on Double Shear Specimens of Metal Matrix Composites at High Temperature[J]. Journal of Materials Engineering, 2003, 0(10): 23-25.

  对金属基复合材料双剪切试样的应力应变分布进行蠕变有限元计算分析,得到受剪区的应力应变随时间的分布规律。通过典型取向试样分析,表明受剪区的应力应变与纤维随机分布平面和加载方向夹角θ之间存在很大的相关性:随角度θ的减小,其蠕变应力分布越均匀;当角度θ=45°时,其稳态蠕变率最大。双剪切试样能得到较均匀的剪应力区域,适合研究材料纯剪应力状态下的蠕变行为。
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  高温合金CT试样裂纹前沿应力分布及第二相影响的模拟计算

  董建新, 张麦仓, 曾燕屏, 谢锡善

  2003, 0(10): 26-28.

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  董建新, 张麦仓, 曾燕屏, 谢锡善. 高温合金CT试样裂纹前沿应力分布及第二相影响的模拟计算[J]. 材料工程, 2003, 0(10): 26-28.
  DONG Jian-xin, ZHANG Mai-cang, ZENG Yan-ping, XIE Xi-shan. Simulation of Stress Distribution and Precipitate Influence at the Crack Tip of CT Sample in Superalloy[J]. Journal of Materials Engineering, 2003, 0(10): 26-28.

  利用有限元方法分析了IN718合金CT试样裂纹区域的应力应变分布、裂纹尖端应力强度因子及第二相状态对它的影响,计算结果与实测数据基本一致,表明采用有限元方法研究含裂纹体构件的蠕变行为是一种较好的研究手段。通过计算认为,IN718合金在时效初期虽然有α-Cr相的析出而不至于促进蠕变裂纹扩展,是由于α-Cr于δ相周围γ″贫化区(微塑性区)内析出而处于微塑性区内使得裂纹尖端钝化,不利于裂纹扩展。
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  间隙元素碳氮含量对2Cr21Ni12N气阀钢强度的影响

  程世长, 林肇杰, 刘正东, 杨钢

  2003, 0(10): 29-31.

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  程世长, 林肇杰, 刘正东, 杨钢. 间隙元素碳氮含量对2Cr21Ni12N气阀钢强度的影响[J]. 材料工程, 2003, 0(10): 29-31.
  CHENG SHI-chang, LIN ZHAO-jie, LIU Zheng-dong, YANG Gang. The Effect of Carbon and Nitrogen Contents on the Strength of 2Cr21Ni12N Valve Steel[J]. Journal of Materials Engineering, 2003, 0(10): 29-31.

  进行了(C+N)含量对2Cr21Ni12N气阀钢强度性能的影响的实验研究,包括固溶态和时效态的室温和高温硬度实验,室温和高温拉伸性能的试验以及高温持久性能和高温弯曲疲劳性能实验。随着(C+N)含量的增加,硬度和强度性能都不同程度地提高。
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  高温蠕变裂纹扩展参量Q^*(t)及其应用

  周斌生, 汤晓英, 王正东, 吴东棣

  2003, 0(10): 32-33,45.

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  周斌生, 汤晓英, 王正东, 吴东棣. 高温蠕变裂纹扩展参量Q^*(t)及其应用[J]. 材料工程, 2003, 0(10): 32-33,45.
  ZHOU Bin-sheng, TANG Xiao-ying, WANG Zheng-dong, WU Dong-di. Application of Parameter Q^*(t) for Correlation of Creep Crack Growth Rate[J]. Journal of Materials Engineering, 2003, 0(10): 32-33,45.

  针对C^*参数的不足,本研究修正Q^*并得到了一个新的蠕变裂纹扩展速率(CCGR)控制参数Q^*(t)。该参数综合了温度、应力场、激活能等影响因素,很好地表征了在不同应力或温度条件下蠕变裂纹扩展的特性。该参数能完整关联整个蠕变裂纹扩展的不同阶段,并从材料蠕变断裂的机制上反映了蠕变裂纹扩展的本质。
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  SS304不锈钢循环变形行为温度效应的实验研究

  康国政, 高庆, 蔡力勋, 杨显杰

  2003, 0(10): 34-36.

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  康国政, 高庆, 蔡力勋, 杨显杰. SS304不锈钢循环变形行为温度效应的实验研究[J]. 材料工程, 2003, 0(10): 34-36.
  KANG Guo-zheng, GAO Qing, CAI Li-xun, YANG Xian-jie. Experimental Study on the Temperature-dependent Cyclic Deformation of SS304 Stainless Steel[J]. Journal of Materials Engineering, 2003, 0(10): 34-36.

  对SS304不锈钢进行了系统的室温、高温单轴和非比例多轴应变控制循环和应力控制循环行为的实验研究。重点讨论了温度变化对材料应变循环特性和棘轮行为的影响;同时也讨论了在同一温度、不同加载形式条件下材料的应变循环特性和循环棘轮行为特征。结果表明,SS304不锈钢的循环变形行为具有明显的温度效应,并且在400～600℃范围内,材料会体现出显著的动态应变时效特性。
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  汽轮机末级叶片抗水蚀纳米涂层的设计与制备

  谢国胜, 尹志民, 丁辉, 杨兵

  2003, 0(10): 37-39.

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  谢国胜, 尹志民, 丁辉, 杨兵. 汽轮机末级叶片抗水蚀纳米涂层的设计与制备[J]. 材料工程, 2003, 0(10): 37-39.
  XIE Guo-sheng, YIN Zhi-min, DING Hui, YANG Bing. Design and Deposition of Erosion Resistance Nanosuperlattice Coatings Used in Last Blades of Steam Turbine[J]. Journal of Materials Engineering, 2003, 0(10): 37-39.

  针对汽轮机末级叶片水蚀失效的机理及复杂的运行工况,设计了硬度高、韧性好、与基体结合强度高的多层纳米复合涂层,选用多弧-磁控溅射镀膜机在末级叶片2Cr13材料基体上成功地制备出CNx/TiN多层复合涂层。
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  材料高温试验的技术改造

  朱月梅, 陶志高

  2003, 0(10): 40-41.

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  朱月梅, 陶志高. 材料高温试验的技术改造[J]. 材料工程, 2003, 0(10): 40-41.
  ZHU Yue-mei, TAO Zhi-gao. Technical Innovation of Material High Temperature Testing[J]. Journal of Materials Engineering, 2003, 0(10): 40-41.

  为保证试验质量,提高试验过程的自动化水平和试验数据的可靠性,对金属材料高温强度试验室三大系统,即温度监控系统、试验机杠杆自动调平系统,和试验数据处理系统进行技术改造,为蠕变试验室的远程控制打下基础。
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  喷射成形轧辊材料组织和性能分析

  周灿栋, 樊俊飞, 林一坚, 孙德生, 乐海荣, 章靖国

  2003, 0(10): 42-45.

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  周灿栋, 樊俊飞, 林一坚, 孙德生, 乐海荣, 章靖国. 喷射成形轧辊材料组织和性能分析[J]. 材料工程, 2003, 0(10): 42-45.
  ZHOU Can-dong, FAN Jun-fei, LIN Yi-jian, SUN De-sheng, LE Hai-rong, ZHANG Jing-guo. Mechanical Properties and Microstructure of Spray Formed Roll Material[J]. Journal of Materials Engineering, 2003, 0(10): 42-45.

  对一种高速钢轧辊材料的喷射成形态和相应的母合金铸态试样的显微组织和性能进行了分析。与高速钢母合金铸态试样相比,高速钢喷射成形态试样的组织细小,偏析少,碳化物分布均匀。碳化物的种类和形态发生了变化。喷射成形态试样的维氏硬度值比较低,原因是组织中残余奥氏体量比较多。高温拉伸试验表明,喷射成形态试样在780～810℃温度范围内存在很高的拉伸延伸率,可以在该温度区间内承受大变形热加工。
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  高温炉管断裂的两种机制

  沈复中, 丁毅, 董泰斌, 阿不都

  2003, 0(10): 46-48.

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  沈复中, 丁毅, 董泰斌, 阿不都. 高温炉管断裂的两种机制[J]. 材料工程, 2003, 0(10): 46-48.
  SHEN Fu-zhong, DING Yi, DONG Tai-bin, A Bu-du. Two Mechanisms for Fracture of Furnace Tube at Elevated Temperature[J]. Journal of Materials Engineering, 2003, 0(10): 46-48.

  通过对过热炉管受热冲击影响的事件考察,指出了在高温炉管的断裂中存在着超温引起过早的蠕变断裂,通常有明显的变形和热冲击导致快速的脆性断裂两种不同的机制。在失效成因的分析中,讨论了Manson-Haferd参量外推技术、热应力沿壁厚的分布和热冲击产生应力峰值问题,给出了热冲击的安全曲线。