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主办单位：中国机械工程学会
主 编：周 玉
编辑出版：《材料热处理学报》编辑部
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刊 号：ISSN 1009-6264
CN 11-4545/TG
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发行：北京报刊发行局
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定价：60元/册
镍基单晶高温合金复合疲劳断裂特征
刘佳宾;刘新灵;赵子华;万嘉伟;罗钘水;镍基单晶高温合金叶片在真实服役过程中往往受交变的拉伸和弯曲载荷的复合作用，其断裂机制和断口特征往往与单纯的拉伸疲劳和弯曲振动疲劳不同。基于实际叶片服役环境的复合疲劳载荷特点，采用高温轴向低周复合高频弯曲振动疲劳试验系统，对合金开展了不同高、低周载荷水平下的拉弯复合疲劳试验，并观察其断口的宏观及微观形貌。结果表明:拉-弯复合疲劳裂纹主扩展面均起源于试样表面，在亚表面及内部缺陷处存在小疲劳扩展面;裂纹的萌生和早期扩展区域可见明显的氧化特征，扩展后期为疲劳弧线和河流状花样形貌，瞬断区为台阶状的类解理形貌;低周拉伸载荷的增加会显著降低合金的复合疲劳寿命，当高周载荷增加时，疲劳开裂对缺陷更加敏感，更易于在内部缺陷处发生开裂。
易拉罐拉伸机冲杆的断裂失效分析
吴从风;单金秀;王俊;某易拉罐拉伸机的冲杆在运行过程中发生了断裂。采用光学显微镜、扫描电镜、能谱仪和维氏硬度计等对冲杆的断口形貌、化学成分和硬度等进行了观察及测试，进而分析了冲杆的断裂原因。结果表明:断裂冲杆的材质为有低温回火脆性倾向的低碳合金钢，原始棒材中存在粗大的魏氏组织，在不合理的中频感应淬火和低温回火工艺下产生了不均匀的显微组织和导致低温回火脆性的晶界θ碳化物薄层;在设备运行过程中产生的垂直于冲杆尾部螺纹面的分力作用下，裂纹起源于螺纹根部，并沿脆性组织中的薄弱面快速扩展，最终导致冲杆发生脆性疲劳断裂。
压入载荷对304不锈钢耐腐蚀性能的影响
胡明磊;陈乐;胡斌;洪晓峰;张维;宁方强;李红军;核电结构用304不锈钢(SS)在海洋环境中易受应力腐蚀开裂威胁，而仪器化压入法作为微损检测手段可能通过表面压痕影响其耐蚀性。通过模拟海洋大气环境(5 mass%Na Cl盐雾，(35±2)℃)，采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)和盐雾腐蚀实验等分析了不同压入载荷(50、100和200 N)对304不锈钢腐蚀行为的影响。结果表明:较低载荷(≤100 N)压痕对304不锈钢的耐蚀性能影响有限，而200 N高载荷压痕会增加腐蚀质量损失;高载荷压痕通过诱发局部塑性变形和残余应力集中，在压痕边缘区域促进Cl~-吸附并破坏钝化膜稳定性，导致腐蚀发生;本研究揭示了压入法引发的微观缺陷对材料耐蚀性的不利影响，为核电站用304不锈钢的关键部件压入检测参数选取提供了理论依据。
2507超级双相不锈钢焊缝裂纹机理分析
王丽欣;靳印宝;赵明勇;韩潮宇;朱平;周杰;陈忠兵;针对2507超级双相不锈钢法兰-管道焊接接头在工程应用中出现的开裂问题，研究了裂纹的产生时间、组织特征及形成机理。采用宏观检测、光学显微镜、扫描电镜(SEM)、能谱仪(EDS)和维氏硬度计等对裂纹区域母材、热影响区(HAZ)及焊缝金属进行了对比分析。结果表明:裂纹主要分布于法兰侧热影响区，呈贯穿型特征，裂纹扩展路径以穿晶扩展为主，终止于熔合线，未向焊缝金属内扩展;裂纹区域HAZ内铁素体晶粒明显粗化，奥氏体析出数量不足，形成亚稳态双相组织，其断裂韧性显著降低;硬度测试结果显示，裂纹区域HAZ的硬度水平与未开裂区域整体相当，未出现异常硬化现象，表明裂纹形成并非由局部硬度突变直接引起;此外，在裂纹附近可观察到一定数量的稀土氧化物夹杂，其分布具有不均匀性，在不利组织和应力条件下表现出促进裂纹萌生的作用;结合焊接顺序与结构约束条件分析认为，前半圈焊接区域在焊后冷却过程中承受较高的横向残余拉应力，裂纹主要在焊后阶段发生萌生与扩展，具有典型的焊后延迟开裂特征。研究结果表明，焊接裂纹的形成是母材冶金缺陷、热影响区组织脆化及焊接残余应力协同作用的结果。
大型轴承端盖开裂机理与工艺改进
胡寒婷;毛宽亮;张澳;赵学谦;采用宏观及微观显微组织观察、化学成分与力学性能测试、微观断口形貌分析及计算机辅助工程(CAE)工艺模拟等研究了大型轴承端盖的开裂机理，并对其生产工艺进行优化。结果表明:淬火过程中的冷速对轴承端盖热应力的分布有明显影响，冷速较慢时，最大主应力位于端盖横截面中心位置，当冷速较大时，最大主应力向内、外圆偏移;同时由于钢板上存在中心偏析，偏析位置在淬火过程中产生了高碳马氏体组织，使厚度中心位置产生微裂纹，使实际的裂纹源与最大主应力位置并不完全一致;在垂直于中心偏析面方向上，在远远小于材料屈服强度的情况下就能使其沿厚度方向开裂。据此制定了包括优化淬火冷却方式、调整加热工艺及加强原材料控制在内的工艺改进方案，为解决同类构件开裂问题提供参考。
换热器管束开裂原因分析
尤景泽;刘凯;商学欣;孙浩宇;于海洋;王汉奎;宋明;针对某公司粗合成气加热器/中低压蒸汽过热器S32168换热管束的开裂情况，采用宏观观察、化学成分分析、硬度检测、金相检验、断口分析、垢样能谱及物相分析和材料敏化分析等对其失效原因进行了分析。结果表明:裂纹形貌为典型的树枝状形貌，换热管表面存在点蚀坑，在换热管表面腐蚀坑以及垢样中发现了Cl元素;分析认为，导致换热管开裂的原因为Cl~-引起的应力腐蚀开裂，Cl~-来源于参与换热的工艺介质。
高温过热器管焊缝开裂失效机理分析
孙永辉;柳旺;禹婷;杜旭然;于海洋;于宇新;宋明;王汉奎;刘嘉晨;对某在役高温过热器管对接环焊缝开裂泄漏事故展开深入分析。采用光学显微镜、扫描电镜、维氏硬度计及微损拉伸试验等对失效焊缝的裂纹特征、母材及焊接接头组织性能进行了全面表征。结果表明:裂纹起源于焊缝焊趾及收弧区等应力集中部位，沿管材侧焊接接头的粗晶热影响区(CGHAZ)呈沿晶扩展;断口呈典型“冰糖状”解理形貌，符合氢致延迟裂纹特征，裂纹扩展后期伴有蠕变损伤迹象;焊接冷裂纹是导致开裂的主要原因，未进行焊后热处理是关键工艺缺陷，致使焊接残余应力未消除、热影响区组织敏化及氢聚集;在后续高温运行过程中，裂纹在持续应力作用下扩展，最终因蠕变损伤的协同作用导致泄漏失效。
某粗煤气预热器管程泄漏原因分析
孙浩宇;何俊;周群群;汤侃;宋明;王慧;杜旭然;郭静;在Shell煤气化低水气比改造的合成氨装置中，粗煤气预热器频繁发生堵管及腐蚀泄漏问题，严重影响装置长周期安全运行。基于金属材料失效分析理论，通过宏观形貌观测、微观表征、显微组织分析及离子成分检测，揭示了Cl~-(4.8×10~4ppm)与NH+_4(3.2×10~4ppm)在酸性环境(p H<5.5)下诱发垢下点蚀的介质与环境耦合失效机制，创新性提出“氯离子控制-酸碱调节-除尘优化”协同防护措施。研究成果不仅完善了煤气化装置腐蚀失效理论模型，更通过工程实践将预热器运行周期从3个月提升至18个月以上，为煤化工行业高腐蚀工况设备延寿提供了可复用的技术范式。
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