工程科學學報

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月刊，1955年創刊

ISSN 2095-9389

CN 10-1297/TF

主管單位：教育部

主辦單位：北京科技大學

編　　輯：《工程科學學報》編輯部

出　　版：科學出版社

主任委員：楊仁樹

副主任委員(主編)：吳愛祥

地　　址：北京市海淀區學院路30號

電　　話：(010)62333436

傳　　真：(010)62333436

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2015年第37卷第2期

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恒定剪切作用下全尾膏體微觀結構演化特征

吳愛祥, 劉曉輝, 王洪江, 焦華喆, 王少勇, 劉斯忠, 薛振林

2015, 37(2): 145-149. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.02.001

[摘要](316)

[PDF 385KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
全尾砂膏體作為一種塑性流體,其內部結構的形貌特征與漿體流動性能緊密相關,研究剪切過程中微觀結構的演化特征,對于分析膏體管道輸送及制備工藝中的流動行為具有十分重要的意義.本文借助掃描電鏡技術,拍攝了不同攪拌時間的膏體微觀結構圖像.綜合應用計算機圖像處理技術和分形理論,估算了膏體微結構的分形盒維數,提出以結構系數λ作為微結構形貌特征的表征指標,建立了攪拌過程中微結構時間演化過程的數學模型.某鉛鋅尾礦膏體相關實驗的結果表明:其結構系數λ隨攪拌時間急劇減小,并逐漸趨于平緩,最終達到某一平衡狀態.通過對實驗數據的擬合,得到其演化模型相關的破壞系數及恢復系數,分別為0.171及0.491.

鐵礦-生物質復合球團還原行為及還原動力學

羅思義, 馬晨, 孫鵬鵬

2015, 37(2): 150-156. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.02.002

[摘要](346)

[PDF 518KB](11) [施引文獻] ()

摘要:
通過分析生物質合成氣氣氛下，不同組分復合球團（添加和未添加生物質）的還原速率、還原度、表面微觀結構和失重變化規律．對球團中添加生物質的作用機理以及含生物質球團還原過程的限制性環節展開研究．添加生物質的復合球團表面結構比無生物質球團疏松，孔隙率高，有利于后續還原的熱質傳遞，增加產物還原度，降低反應活化能；復合球團的還原以收縮核方式進行，在1123~1323K溫度范圍內，界面化學反應是兩種球團還原反應的主要控速環節；添加生物質后，有利于界面化學反應的進行．使得球團的還原表觀活化能由95．448kJ·mol^-1降低到68．131kJ·mol^-1．

印度尼西亞海砂氧化性球團氫氣還原機理

李永麒, 郭漢杰, 李林

2015, 37(2): 157-162. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.02.003

[摘要](327)

[PDF 440KB](13) [施引文獻] ()

摘要:
對印度尼西亞海砂礦氧化性球團氫氣還原的規律做了較詳細的研究.實驗采用失重的方法,通過對反應過程的物相變化、熱力學以及動力學方面的分析,探究了海砂球團礦氫氣還原的機理.結果表明:溫度在800℃和850℃,還原反應的最終產物主要是FeTiO₃,整個反應限制環節是由兩個不同階段的過程組成,反應開始階段由界面化學反應控制,之后由界面化學反應與內擴散共同控制;在900、950和1000℃三個溫度下,反應產物中有鈦氧化物出現,整個還原反應由三個不同的限制性環節組成,開始由界面化學反應控制,反應中間階段是由界面化學反應和內擴散共同控制,反應后期則是由內擴散控制為主.

氧化亞鐵顆粒氫還原過程的結構演變

楊曉波, 胡曉軍, 陳志遠, 黨杰, 方飛, 周國治

2015, 37(2): 163-167. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.02.004

[摘要](335)

[PDF 676KB](15) [施引文獻] ()

摘要:
采用熱重法實驗研究了773~1273K氧化亞鐵的等溫氫還原動力學，發現873K溫度以上，反應動力學曲線有明顯轉折，說明反應機理發生了變化．在973~1073K的溫度范圍，出現了反常的溫度效應．即反應速率隨溫度升高而減小．為討論產物結構對反應動力學的影響，分別對不同溫度的反應產物，以及一定溫度不同還原狀態（不同反應時間）的產物進行形貌觀察．結果顯示．隨著反應溫度升高，還原產物表面的孔洞增多，枝狀特征顯著增加，而973K和1023K時表面的燒結現象明顯．一定溫度下，隨著反應進行，表面的孔洞增多，并逐漸出現燒結．973K和1023K溫度條件下反應產物大體保留原來的大顆粒外形，而1173K時還原2min開始，就大量出現枝狀產物，并逐漸燒結．結合產物形貌變化和反應動力學曲線，反應前期為界面化學反應控速，隨著反應進行．還原的金屬鐵發生燒結現象，致密的結構阻礙了產物氣體向外擴散，反應控速環節轉變為產物氣體的外擴散，還原速率也隨之降低．

硫含量對中碳非調質鋼中硫化物及組織的影響

李夢龍, 王福明, 孟慶勇, 陶素芬, 李長榮

2015, 37(2): 168-174. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.02.005

[摘要](358)

[PDF 546KB](16) [施引文獻] ()

摘要:
利用真空感應爐冶煉了不同硫含量的中碳非調質鋼，研究了S含量對非調質鋼中硫化物形態分布及顯微組織的影響．結果表明：在0．025％~0．065％范圍內，隨S質量分數的增加，非調質鋼中硫化物的數量增多，偏聚分布現象加重；晶內鐵素體比例隨之升高，組織得到細化．通過熱力學計算及相圖信息研究了硫化物的類型轉變．S含量增加時第Ⅲ類MnS在凝固末期以離異共晶形式較早析出，剩余液相中的S在凝固結束時以共晶形式析出為第Ⅱ類MnS．單獨MnS以及MnS-V（C，N）復合硫化物均可作為晶內鐵素體的有效形核核心，促進鐵素體的生成．

合金元素對曲軸用非調質鋼奧氏體長大和組織細化的影響

張朝磊, 楊忠, 孫景宏, 趙海東, 李柏遠, 劉雅政

2015, 37(2): 175-179. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.02.006

[摘要](349)

[PDF 493KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
通過研究曲軸用非調質鋼奧氏體晶粒長大行為和分析工業生產熱軋材的顯微組織,探討合金元素Nb、Ti和S的組織細化作用.結果表明:添加質量分數0.027%Nb和0.012%Ti,同時S從0.029%提高到0.046%,加熱時間30 min時,能夠把奧氏體晶粒粗化溫度提高100℃,并明顯細化熱軋材邊部組織.彌散分布、釘扎在奧氏體晶界上的未溶第二相粒子MnS和(Nb,Ti)(C,N),能夠有效抑制奧氏體晶粒的長大.在熱加工過程中,合金元素的組織細化作用需要適當的變形制度予以匹配,才能得以體現.

冷卻速度對La脫氧鋼中晶內鐵素體形成的影響

李紅科, 宋波, 王利勇, 胡春林, 毛璟紅

2015, 37(2): 180-184. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.02.007

[摘要](323)

[PDF 737KB](12) [施引文獻] ()

摘要:
采用光學顯微鏡、帶能譜的掃描電子顯微鏡等分析技術觀察了不同冷速下La脫氧鋼的顯微組織，并繪制了靜態連續冷卻轉變圖．實驗結果發現，在4~10℃·s^-1的冷速范圍內，鋼中會有大量晶內鐵素體形成，其中在8℃·s^-1冷卻時可以獲得大量細小且彌散分布的晶內針狀鐵素體．La脫氧鋼中含La夾雜物與α-Fe相有較低錯配度，其中La₂O₂S夾雜物與α—Fe相的品格錯配度最小為0．2％，鋼中含La夾雜物均可誘導晶內針狀鐵素體形核并可促進感生形核．進而細化組織．

700MPa冷軋低合金超高強鋼的典型連續退火工藝

米振莉, 潘殿軍, 江海濤

2015, 37(2): 185-189. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.02.008

[摘要](322)

[PDF 506KB](18) [施引文獻] ()

摘要:
為了開發新一代冷軋低合金超高強鋼，利用連續退火實驗機對Ti-0．12％、Nb-0．076％的冷軋低合金超高強鋼進行連續退火實驗，設計了760~830℃四種不同退火溫度，研究了退火溫度對實驗鋼的相組成、晶粒尺寸和力學性能的影響．在800℃退火、400oC過時效的條件下，可得到鐵素體和少量貝氏體的組織，鐵素體晶粒尺寸約為1．4μm，屈服強度可達700MPa．同時利用掃描電鏡和透射電鏡觀察到鋼中存在大量納米尺寸的亞晶結構、少量位錯以及納米級的Ti、Nb的析出物．這些微結構單元對強度有較大的提升作用．

熱處理對奧氏體不銹鋼00Cr24Ni13鑄坯高溫熱塑性的影響

舒瑋, 李俊, 廉曉潔, 王學敏

2015, 37(2): 190-195. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.02.009

[摘要](366)

[PDF 584KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
采用熱處理實驗方法，同時結合熱模擬壓縮和熱模擬拉伸試驗，研究了熱處理對奧氏體不銹鋼OOCr24Ni13鑄坯高溫熱塑性的影響．實驗結果表明：熱處理能夠明顯改變實驗鋼鑄坯中δ鐵素體的形貌；經1200℃保溫3h空冷后，原始鑄坯中存在的大面積連續網狀δ鐵素體完全轉變為彌散分布的細小顆粒狀組織．具有顆粒狀δ鐵素體的熱處理試樣與熱處理前相比，不同溫度壓縮時的變形抗力略有增加，但并沒有急劇惡化；熱模擬抗拉強度基本保持不變；相同溫度下的斷面收縮率（Z）顯著提高，其中Z≥60％的溫度區間由1150—1280℃擴展為1050~1300℃，高塑性（Z≥80％）溫度范圍在150℃左右（1150~1300℃）．

冷變形316L不銹鋼在高溫高壓水中的應力腐蝕

杜東海, 沈朝, 陳凱, 余論, 張樂福, 石秀強, 徐雪蓮

2015, 37(2): 196-203. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.02.010

[摘要](177)

[PDF 584KB](12) [施引文獻] ()

摘要:
采用恒應力強度因子K=33 MPa·m^1/2的加載方法,利用直流電壓降方法在線監測核輔管道316L不銹鋼在高純水中應力腐蝕裂紋擴展速率.對比200、250、280和325℃溫度下,氬氣除氧和含有2 mg·L^-1溶解氧的水化學環境中材料的裂紋擴展速率發現:溶解氧為2 mg·L^-1時的裂紋擴展速率明顯比氬氣除氧時的裂紋擴展速率高.氬氣除氧時,裂紋擴展速率在250℃時有一個最高點;溶解氧為2 mg·L^-1的條件下,裂紋擴展速率隨溫度的升高而升高.

變形Mg-1.5Zn-xCe合金織構及室溫成形性能

江海濤, 馬昭, 蔡正旭, 舒瀅, 康強

2015, 37(2): 204-210. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.02.011

[摘要](180)

[PDF 765KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
實驗研究了不同Ce元素含量對變形Mg-1.5Zn合金的織構及室溫成形性能的影響.結果表明:在相同的熱軋和退火工藝處理后,添加不同含量的Ce元素均可以有效弱化鎂合金織構強度.Mg-1.5Zn合金中添加質量分數為0.2%的Ce元素后表現出了優異的室溫成形性能,織構強度最大值僅為2.20,織構沿著橫向分裂,并且基面法向即c軸沿著橫向發生約為±35°偏轉,室溫下軋向方向延伸率達到23.2%,埃里克森杯突值為5.46,平面各項異性系數Δr=0.01;然而,Mg-1.5Zn合金中添加質量分數分別為0.5%和0.9%的Ce元素后,織構強度增加,埃里克森杯突值減小,由于在合金中生成了粗大的第二相粒子,使得Mg-1.5Zn-xCe合金的室溫成形性能變低.

不同錘鍛方式下Ti-6Al-4V合金組織及取向演變

李偉, 張麥倉, 李昕, 彭桃

2015, 37(2): 211-218. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.02.012

[摘要](231)

[PDF 791KB](11) [施引文獻] ()

摘要:
利用掃描電鏡和背散射衍射技術研究了Ti-6Al-4V合金在不同錘鍛變形方式下的組織與取向變化.結果顯示:隨著鐓拔變形次數的增加,Ti-6Al-4V合金中α相及β相組織均趨于均勻,而且兩相的取向聚集越不明顯;進一步熱處理后,鍛造過程中形變儲存能得到釋放,在釋放過程中兩相也會發生一定的傾轉,軸向三次鐓拔或者換向三次鐓拔對組織均勻性改善明顯.綜合分析發現,密排六方結構的α相的取向分布對變形方式較敏感:原始棒材以及一次鐓拔時,合金中α相的取向{0001}基面織構占了很大部分;隨著鐓拔次數增多,形變能增加,雖然{0001}基面滑移被抑制,但是{1010}、{1120}等柱面滑移以及{0111}、{1123}等錐面滑移得以開動,大幅地增加了取向的種類,進而降低了取向的集中性,使得取向更趨均勻化.

Fe-Sialon復合材料中Fe₃Si合成熱力學分析及實驗驗證

郝洪順, 蘇青, 連芳, 郭偉華, 靳閃閃, 劉貴山, 高文元

2015, 37(2): 219-224. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.02.013

[摘要](197)

[PDF 369KB](11) [施引文獻] ()

摘要:
對淤泥沙原料中Fe₃O₄及其中間產物Fe O和Fe可能參與的反應進行了熱力學分析.結合繪制的不同CO分壓下Fe-Si體系在C和SiO₂過量下的優勢區相圖及Fe-O-N體系熱力學參數狀態圖,得出體系中Fe元素最終以Fe₃Si形式存在,為淤泥沙合成O'-Sialon-SiC-Fe₃Si(即Fe-Sialon)復合材料提供了熱力學理論依據.在熱力學分析的基礎上,以淤泥沙為主要原料,采用碳熱還原氮化法制備了Fe-Sialon復合材料,并借助X射線衍射儀和掃描電子顯微鏡對燒結體的物相和顯微形貌進行了表征,得出產物的主晶相為O'-Sialon,還含有少量的SiC和Fe₃Si相,晶粒呈現為纖維狀、絮狀或短柱狀,與熱力學分析結果(Fe元素最終以Fe₃Si存在)吻合.

高爐灌漿過程爐襯應力分布規律

李峰光, 張建良, 左海濱, 祁成林, 孫輝

2015, 37(2): 225-230. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.02.014

[摘要](161)

[PDF 449KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
高爐灌漿補爐是高爐爐體維護的重要技術手段之一,目前國內的灌漿實踐均根據經驗進行,經常出現爐殼發熱、燒紅、爐墻頂穿、泥漿料通過磚縫滲入鐵液引起爆炸等事故.本文基于有限元理論及彈性力學理論,利用ANSYS軟件建立了灌漿過程爐襯應力計算模型,計算了不同灌漿壓力、灌漿面積及灌漿位置等條件下爐襯的應力分布.研究發現:灌漿壓力的增大僅引起爐襯內最大應力值的變化,不會造成應力穿透,條件允許的情況下可適當增大灌漿壓力;單孔灌漿量的增大將導致爐襯應力集中位置向爐內遷移,應采用‘少量、多孔’的灌漿操作方針;在爐襯最薄位置灌漿時易造成爐襯熱面開裂,應避免在此位置灌漿.模型應用實例表明,本模型計算準確且對灌漿過程的指導是合理有效的.

帶鋼平整軋制過程中板形缺陷的遺傳和演變規律

李博, 張清東, 張曉峰

2015, 37(2): 231-237. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.02.015

[摘要](146)

[PDF 574KB](16) [施引文獻] ()

摘要:
應用ABAQUS有限元軟件對平整軋制過程進行三維彈塑性建模及仿真研究,通過溫度場模擬入口帶鋼的初始板形缺陷,利用剛性工作輥的輥形變化綜合表達各板形控制手段對承載輥縫形狀的調控功效.基于以上力學模型,針對具有初始板形缺陷的帶鋼,仿真研究平整軋制后帶鋼的板形缺陷及其與初始板形缺陷及平整工藝條件的關系,揭示帶鋼平整軋制過程中板形缺陷的遺傳與演變的規律.仿真計算結果表明,承載輥縫形狀是決定帶鋼板形缺陷遺傳和演變的最主要因素,軋前帶鋼的初始板形缺陷的程度,即最大縱向延伸差的大小,對平整后帶鋼的板形缺陷僅有一定程度的遺傳性影響.

徑向流吸附器內部結構對變壓吸附制氧效果的影響

王浩宇, 劉應書, 施紹松, 孟宇

2015, 37(2): 238-242. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.02.016

[摘要](234)

[PDF 344KB](13) [施引文獻] ()

摘要:
建立了兩塔徑向流變壓吸附制氧實驗裝置,研究了徑向流吸附器的氣體流動型式、外流道寬度和流道結構對制氧效果的影響.結果表明:對于變壓吸附制氧,徑向流吸附器采用向心流動最為合適;在實驗條件下,外流道寬度減小到13 mm時,氧和氮分離效果最佳;與Z型流道相比,∏型流道結構改善分子篩的利用率,產氧效果最好.

內置高導C/C材料的疏導式熱防護結構防熱效果

劉冬歡, 張憬, 尚新春

2015, 37(2): 243-249. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.02.017

[摘要](197)

[PDF 578KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
本文建立了內置高導C/C材料的疏導式熱防護結構原理模型,通過實驗的方法給出了高導C/C材料與耐熱三維編織C/C材料間的接觸熱阻,并利用數值仿真針對影響結構熱防護效果的若干關鍵參數進行了參數影響研究.研究結果表明:減小耐熱層厚度是一種降低駐點溫度的有效方法,但是必須同時考慮由此引起的強度問題;界面接觸熱阻對熱防護效果影響很大,必須通過工藝處理降低界面熱阻才能實現有效的熱防護.

基于最小費用流建模的目標跟蹤器研究與仿真

奚崢皓, 趙寶永, 劉賀平, 劉濤, 孫富春

2015, 37(2): 250-254. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.02.018

[摘要](163)

[PDF 423KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
針對目標跟蹤中的物體遮擋、光照影響、雜波擾動等問題,設計一種基于最小費用流建模的跟蹤器.該跟蹤器把整數規劃與最小費用流模型相結合,將目標跟蹤問題轉變為可解的線性規劃問題.與其他同類型跟蹤器相比,該跟蹤器具有更好的跟蹤準確性.實驗結果表明:運用最小費用流模型的跟蹤器可以對復雜環境下的多個目標進行穩定跟蹤,提升了跟蹤的魯棒性.

基于萬有引力的個性化推薦算法

王國霞, 劉賀平, 李擎

2015, 37(2): 255-259. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.02.019

[摘要](136)

[PDF 295KB](9) [施引文獻] ()

摘要:
本文把物理學中的萬有引力定律引入推薦系統,提出一種個性化推薦算法,即基于萬有引力的個性化推薦算法.算法把用戶使用的標簽看作用戶喜歡物體的組成顆粒,標注項目的標簽被看作項目物體的組成顆粒,社會標簽的類型就是顆粒的類型,由此構建了用戶喜好物體模型和項目物體模型.喜好物體和項目物體間存在著萬有引力,并且引力大小遵循萬有引力定律.計算喜好物體和項目物體間的萬有引力,并把該引力大小作為二者的相似度度量,引力越大,二者的相似度就越高,對應的項目物體就越有可能被用戶喜歡.實驗結果證明本文提出的算法可以獲得好的推薦性能.

約束形式對鋼筋混凝土復合防護梁抗撞性能的影響

楊潤林, 趙力, 聶婷

2015, 37(2): 260-265. doi: 10.13374/j.issn2095-9389.2015.02.020

[摘要](159)

[PDF 469KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
在前期研究的剛柔復合防護結構體系的基礎上,針對鋼筋混凝土復合防護梁的抗撞性能進行了分析研究,重點在于探討梁端約束條件可能對防護效果產生的影響.在數值模擬的過程中,分別考慮了無防護、剛性防護、柔性防護和陣列式剛柔復合防護四種不同的措施以及兩端固支、兩端鉸支和一端固支一端鉸支三種不同的梁端約束形式.通過觀測鋼筋混凝土梁的應變、位移、加速度、沖擊力等參數,對比分析不同防護裝置的抗撞效果.數值結果表明,在相同的沖擊條件下,盡管復合防護的效果最優,但梁的約束形式仍對動力反應峰值的抑制效果有顯著影響,其中又以兩端固支梁的防護效果為最好.