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

郵發代碼：82-303

國內發行：北京報刊發行局

國內訂閱：全國各地郵局

郵　　箱：xuebaozr@ustb.edu.cn

單　　價：40元/期，全年480元

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2011年第33卷第12期

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全尾砂絮凝沉降特性實驗研究

焦華喆, 吳愛祥, 王洪江, 劉曉輝, 楊盛凱, 肖云濤

2011, 33(12): 1437-1441. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.12.005

[摘要](255)

[PDF 313KB](11) [施引文獻] ()

摘要:
采用均勻法進行室內實驗設計,研究絮凝劑單耗、絮凝劑溶液濃度和給料濃度三因素對固液分離技術中沉降速度和沉降濃度的影響.對實驗數據進行回歸分析后認為,各因素對沉降速度的影響程度從大到小為:給料濃度 > 絮凝劑單耗 > 絮凝劑溶液濃度.沉降速度與絮凝劑單耗、絮凝劑溶液濃度正相關,與給料濃度負相關;對沉降漿體濃度影響程度從大到小為:給料濃度 > 絮凝劑單耗 > 絮凝劑溶液濃度.沉降濃度與絮凝劑單耗、給料濃度正相關,與絮凝劑溶液濃度基本無關.利用非線性規劃尋找最優配比,預測值與驗證實驗的實測值誤差小于8%.推薦的深錐濃密機運行參數為絮凝劑單耗5 g·t^-1,絮凝劑溶液濃度0.05%,給料濃度5.233%.

紅土鎳礦含碳團塊直接還原生產鎳鐵粒工藝

黃冬華, 張建良, 林重春, 毛瑞

2011, 33(12): 1442-1447. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.12.015

[摘要](141)

[PDF 802KB](10) [施引文獻] ()

摘要:
以紅土鎳礦和煤粉復合團塊為原料,利用高溫直接還原制備鎳鐵粒.討論了焙燒溫度、焙燒時間、C/O摩爾比和熔劑加入量對鎳、鐵品位和回收率以及對鎳鐵粒質量的影響.當焙燒溫度為1350℃、C/O=1.4、焙燒時間為60 min以及石灰石加入量為20%時,鎳、全鐵品位分別為9.4%和87.5%,鎳、鐵回收率分別為96.6%和97.9%.X射線衍射、掃描電鏡及能譜分析表明,鎳鐵粒中鎳、鐵基本以合金態存在,碳基本固溶在合金中.

RH純循環對Ti-IF鋼潔凈度的影響

王敏, 包燕平, 崔衡, 吳維雙, 吳華杰, 陳斌, 季晨曦

2011, 33(12): 1448-1452. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.12.016

[摘要](132)

[PDF 411KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
利用金屬原位分析儀定量分析了過程Al系夾雜的數量,并用一種深度侵蝕的方法觀察了夾雜物的三維真實形貌.對過程全氧(T.O)、[N]含量變化進行了跟蹤.通過延長RH合金化后的純循環時間對過程潔凈度進行了評價.結果表明:RH在合金化后保持8~10 min的純循環時間T.O可降低到30×10^-6以下;廢鋼加入會極大影響鋼液的潔凈度,合金化完畢后應避免廢鋼加入;加Al 5min后夾雜物數量達到最大,為7.02mm^-2,主要為大型的團簇狀夾雜,經過純循環后,夾雜物數量、尺寸均有較大的降低.

轉爐冶煉新型耐候鋼06CuPNi1Cr2

趙平, 殷樹春, 劉青, 蒼大強, 付國慶

2011, 33(12): 1453-1457. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.12.017

[摘要](120)

[PDF 316KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
為高效利用資源,充分利用低鎳鉻紅土礦中的鎳鉻元素,研發了一種新型耐候鋼06CuPNi1Cr2.針對轉爐冶煉耐候鋼過程金屬液中鉻元素氧化的問題,研究并討論了冶煉溫度和一氧化碳分壓對脫碳保鉻的影響.轉爐冶煉06CuPNi1Cr2耐候鋼模擬實驗表明,頂吹氧氣強度為3.0~3.3 m³·min^-1·t^-1,終點碳的質量分數為0.02%~0.05%,冶煉終點溫度控制在1680~1 700℃時,脫碳保鉻效果顯著.

Q1030焊接高強鋼的奧氏體晶粒異常長大機理

肖榮亭, 于浩, 周平

2011, 33(12): 1458-1462. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.12.006

[摘要](243)

[PDF 743KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
研究了Q1030鋼在不同加熱溫度下的奧氏體晶粒長大現象.在一定溫度范圍內加熱時,Q1030鋼的部分奧氏體晶粒異常長大而出現混晶現象.分析了位于不同位置的析出相粒子對阻礙奧氏體晶粒長大的作用,用熱力學方法計算不同加熱溫度下析出相粒子的大小和體積分數,并得出了析出相粒子釘扎阻力隨加熱溫度的變化關系.結果表明,在一定溫度范圍內釘扎阻力迅速減小,導致部分晶粒異常長大,產生混晶現象.

Nb-V復合彈簧鋼60Si2CrVAT過冷奧氏體連續冷卻轉變

吳華林, 王福明, 李長榮, 晏輕, 張博

2011, 33(12): 1463-1470. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.12.007

[摘要](239)

[PDF 3093KB](8) [施引文獻] ()

摘要:
利用DIL 805A淬火變形膨脹儀測定了提速列車用Nb-V復合微合金化彈簧鋼60Si2CrVAT過冷奧氏體的連續冷卻轉變曲線,并結合金相-硬度法探討了不同冷速下實驗鋼組織的變化,分析了Nb含量對60Si2CrVAT過冷奧氏體的連續冷卻轉變的影響.結果表明:Nb含量的增加,促進了高溫、中溫轉變,且珠光體轉變區間隨之變寬,馬氏體轉變點由284.2℃降低到258.3℃;鐵素體消失的冷速由0.3·s^-1提高到0.5·s^-1,珠光體消失的冷速由2·s^-1提高到3·s^-1,貝氏體消失的冷速也相應地由3·s^-1提高到5·s^-1,貝氏體開始出現的冷速由0.4·s^-1提高到0.6·s^-1,馬氏體出現的冷速同為1·s^-1.

電化學方法研究混凝土模擬液中細晶粒鋼的耐蝕性

施錦杰, 孫偉, 耿國慶, 蔣金洋

2011, 33(12): 1471-1477. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.12.008

[摘要](262)

[PDF 674KB](12) [施引文獻] ()

摘要:
通過腐蝕電位、線性極化法與循環極化法等電化學方法研究了細晶粒鋼和普通低碳鋼在模擬混凝土孔溶液中的均勻腐蝕與點蝕行為,并考慮了砂磨和未處理兩種鋼筋表面狀況對鋼筋腐蝕行為的影響.結果表明,細晶粒鋼與普通低碳鋼在模擬液中的耐均勻腐蝕的能力很接近;砂磨鋼筋的鈍化效果比未處理鋼筋好;腐蝕末期砂磨鋼筋表現出比未處理鋼筋更強的抑制均勻腐蝕能力.循環極化測試表明:砂磨鋼筋由于其相對均勻的表面組織形貌,故表現出比未處理鋼筋更好的抑制點蝕能力;其次,由于細晶粒鋼含有較多晶界,晶界處含有較多易發生點蝕的夾雜,故表面未處理細晶粒鋼發生點蝕的概率稍大于未處理低碳鋼.

X70管線鋼在含CO₂濕天然氣環境下腐蝕行為

許立寧, 覃慧敏, 常煒, 張雷, 路民旭, 李少飛

2011, 33(12): 1478-1484. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.12.009

[摘要](246)

[PDF 1363KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
利用高溫高壓冷凝釜模擬油氣田濕天然氣CO2腐蝕環境,進行了不同氣體溫度、濕氣-管壁溫差的濕氣冷凝腐蝕實驗,研究了溫度對X70鋼腐蝕形態、速率的變化規律.利用掃描電鏡和能譜儀,分析了腐蝕產物膜的微觀形貌和成分,并與高溫高壓釜中全水相實驗結果進行了對比.建立了濕氣管道腐蝕預測模型,初步探討了濕氣溫度、管壁溫度、溫差、液膜溫度和冷凝率等重要濕氣參數對濕氣頂部腐蝕的影響.結果表明:在相同管壁溫度(5℃)下,濕氣溫度升高使X70管線鋼腐蝕速率升高;在相同的濕氣溫度(25℃和45℃)下,X70鋼的腐蝕速率隨管壁溫度的升高而略有下降;在20~45℃范圍內,腐蝕產物膜與基體的結合較弱,極易從基體剝落,腐蝕形態均為全面腐蝕.

Fe-40Cr-5Al合金陽極在800℃和900℃的電解腐蝕行為

朱宇平, 何業東, 王德仁

2011, 33(12): 1485-1491. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.12.018

[摘要](147)

[PDF 1026KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
采用真空感應熔煉法制備了鋁電解用Fe-40Cr-5Al合金陽極.研究了合金陽極材料在800℃和900℃下的電解腐蝕行為.電解測試采用冰晶石-氧化鋁低溫電解質體系,陽極電流密度為0.5 A·cm^-2,電解時間為10 h.結果表明:隨著電解溫度的降低,合金陽極的腐蝕速率減小;在900℃電解后,合金表面形成了多孔結構的腐蝕層;在800℃電解后,合金表面形成了保護性氧化膜,氧化膜分為兩層,外層為尖晶石結構的Fe(Al,Cr)₂O₄,內層為Fe、Cr和O構成的復合氧化物,其中收集的鋁產品純度為98.552%,合金陽極的腐蝕速率為5.51 cm·a^-1.

連續柱狀晶組織BFe10-1-1合金的電化學腐蝕性能

甘春雷, 劉雪峰, 黃海友, 謝建新

2011, 33(12): 1492-1500. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.12.010

[摘要](129)

[PDF 1453KB](32) [施引文獻] ()

摘要:
采用線性極化、電化學阻抗譜等電化學方法研究了連續柱狀晶組織BFe10-1-1合金在3.5%(質量分數)NaCl溶液中的耐蝕性能,并與普通鑄造多晶組織BFe10-1-1合金進行了對比.極化曲線測試結果表明,兩種合金具有相似的電化學行為,極化曲線都包括活性溶解區、活化-鈍化轉變區和極限電流區,但連續柱狀晶組織合金腐蝕速率小于普通鑄造多晶組織合金,主要是由于連續柱狀晶組織BFe10-1-1合金的微觀偏析程度較小,能有效避免枝晶間局部腐蝕的發生.電化學阻抗譜測試結果也表明,該合金的電荷傳遞電阻和腐蝕產物膜電阻均大于普通鑄造多晶組織合金,具有更高的耐蝕性.

GH864合金組織特征對裂紋擴展速率的影響

姚志浩, 董建新, 張麥倉

2011, 33(12): 1501-1507. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.12.011

[摘要](116)

[PDF 1597KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
利用光學顯微鏡、場發射掃描電鏡等手段,研究了GH864合金三種軋制態組織經熱處理后的演變過程,分析了熱處理后不同組織對室溫沖擊韌性及高溫650℃裂紋擴展速率的影響.結果表明,GH864合金由初始軋制態組織經標準熱處理后(1020℃,4h/空冷→845℃,4h/空冷→760℃,16h/空冷)獲得的晶粒組織,其晶粒組織演變具有明顯的一致性,而合金的晶界碳化物分布及基體γ'強化相沒有明顯差別,其分布狀態及尺寸大小基本一致.熱處理后的晶粒尺寸越大,抗裂紋擴展能力越好,合金的室溫沖擊韌性越低;熱處理后形成的項鏈狀組織,對合金沖擊韌性及裂紋擴展速率有較好的影響.

鑄造共晶鋁硅合金中析出相對斷裂行為的影響

王恩睿, 惠希東, 王建國, 谷鳳龍

2011, 33(12): 1508-1515. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.12.012

[摘要](152)

[PDF 1431KB](7) [施引文獻] ()

摘要:
通過對鑄造共晶Al-Si合金斷口及析出相的分析研究了拉伸過程中基體內析出相的斷裂特點.結果發現:拉伸過程中基體內初、共晶硅以穿晶斷裂為主,這與顆粒內部存在的結構缺陷有關;直徑小于2.0μm的初晶硅能夠抑制二次裂紋的擴展.塊狀富鐵相表現出穿晶斷裂特點,魚骨狀富鐵相中的微裂紋沿一次枝晶軸向生長.富銅相對裂紋擴展具有強烈地偏折作用;以富鐵相為核心析出的富銅相能抑制富鐵相中微裂紋的形成.提高合金中Cu含量可以降低富鐵相的有害作用,改善合金的力學性能.

鋅還原法制備多晶硅過程影響硅產率的因素分析

侯彥青, 謝剛, 陶東平, 俞小花, 李榮興, 姚云

2011, 33(12): 1516-1522. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.12.019

[摘要](153)

[PDF 459KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
對鋅還原法過程中影響硅產率的因素進行研究.分析了當反應達到平衡,在0.1、0.3和0.6 MPa以及進料配比x_Zn/x_SiCl₄為2、4和8時,氣相平衡組分分布與溫度的關系.討論了硅產率隨溫度、壓強及x_Zn/x_SiCl₄的變化情況.結果表明,低溫、一定壓力和高x_Zn/x_SiCl₄對鋅還原過程有利.確定了影響硅產率的主要副反應.最后得到鋅還原法的最佳操作條件為溫度控制在1 200 K左右、0.2 MPa及進料配比x_Zn/x_SiCl₄=4,在此條件下硅的理論產率可為90.3%.

礦物棉纖維的非等溫析晶動力學研究

唐續龍, 張梅, 郭敏, 張作泰, 王習東

2011, 33(12): 1523-1528. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.12.003

[摘要](264)

[PDF 570KB](11) [施引文獻] ()

摘要:
利用差熱分析儀和X射線衍射儀研究了礦物棉纖維的析晶行為.礦物棉纖維的差熱曲線上存在兩個重疊的析晶峰.X射線衍射結果和掃描電鏡分析結果表明該礦物棉在高溫下析出兩個結晶相:鈣鎂黃長石和鈣長石,前者的析晶溫度范圍為850~920℃,后者的析晶溫度范圍為880~1 010℃.利用Ozawa方程和修正的Kissinger方程分析了兩個析晶相的析晶機理和析晶活化能.鈣鎂黃長石的Avrami指數n為0.682,屬于表面析晶機理,與掃描電鏡觀察到的結果相吻合;掃描電鏡觀察到鈣長石生長方式為三維生長方式;計算得到鈣鎂黃長石和鈣長石的晶體生長活化能E_G分別為248 kJ·mol^-1和347 kJ·mol^-1.

Bi₂O₃-BaO-SiO₂-R_xO_y玻璃的結構及其封接性能

于立安, 杜俊平, 韓敏芳, 彭蘇萍

2011, 33(12): 1529-1533. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.12.002

[摘要](311)

[PDF 466KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
研究了Bi₂O₃-BaO-SiO₂-R_xO_y玻璃體系的結構及封接性能.應用密度泛函理論計算獲得了Bi₂O₃在SiO₂玻璃網絡中的能量最優結構,從理論上確定了鉍作為網絡中間體最可能以[BiO₃]形式存在,并討論了Ba²⁺、Al³⁺等在玻璃中的作用及其存在的可能結構.結果表明,該玻璃的熱膨脹系數在50~530℃溫度為11×10^-6 K^-1,與氧化釔穩定氧化鋯(熱膨脹系數10.2×10^-6 K^-1)電解質和不銹鋼SUS430(熱膨脹系數11.3×10^-6 K^-1)合金連接體相匹配.對玻璃粉體進行物相分析表明,該硅酸鹽玻璃為非晶體,與理論分析相一致.將氧化釔穩定氧化鋯電解質和SUS430合金連接體用Bi-Ba-Si-O玻璃在高溫下進行封接實驗,結果說明三相界面結合緊密,氣密性良好.實驗選定的Bi-Ba-Si-O玻璃材料基本滿足固體氧化物燃料電池對封接材料的要求.

RF-PCVD法制備納米TiO₂粒徑分布的數值模擬及進料濃度的影響

王俊文, 董占祥, 趙煜, 張林香

2011, 33(12): 1534-1537. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.12.004

[摘要](228)

[PDF 285KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
射頻等離子體反應器適用于氣相法快速合成高純納米微晶.針對小流量TiCl₄氧化合成TiO₂納米微晶反應體系,在Matlab軟件中采用有限差分法,以求解溫度場的二階偏微分方程模擬出反應器內的溫度分布.通過將溫度場與長大過程動力學方程偶聯,沿每條氣體流線計算,模擬出最終TiO₂納米微晶粒徑及其粒度分布.不同進料濃度條件下的數值解與實驗結果基本吻合.由于流動狀態和濃度分布過于理想以及未考慮長大過程中傳質因素的影響等,數值解與實驗結果還存在一定的差距.

展寬角對楔橫軋一次成形氣門毛坯心部缺陷的影響

王曉飛, 張康生, 劉晉平, 胡正寰

2011, 33(12): 1538-1543. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.12.013

[摘要](112)

[PDF 622KB](5) [施引文獻] ()

摘要:
以DEFORM-3D 6.0軟件為有限元模擬工具,模擬了楔橫軋一次成形氣門毛坯過程,對不同展寬角下軋件中心點的應力應變場及交變次數進行了研究.在楔橫軋H500軋機上進行不同展寬角軋制實驗,計算了每個軋件中心孔洞面積,并對其比較分析.結合有限元模擬和實驗結果,揭示了展寬角對心部缺陷的影響規律,即相對較大的展寬角有利于改善心部缺陷.實驗結果表明:中心孔洞面積隨展寬角的增大而減小;在其他參數不變的情況下展寬角取8°40'有利于改善楔橫軋一次成形氣門毛坯心部缺陷.

齒輪軸齒形軋制成形的模具設計與實驗

于杰, 王寶雨, 胡正寰

2011, 33(12): 1544-1549. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.12.014

[摘要](213)

[PDF 437KB](12) [施引文獻] ()

摘要:
將齒輪的軋制成形與傳統的楔橫軋原理相結合,在軋制成形軸類零件的同時實現齒形部分的軋制成形,不僅可以實現齒輪軸零件的近凈成形,而且可以提高齒的承載能力及使用壽命.在軋制齒形部分的過程中,對軋件的進給采用分段階梯式進給方式,軋件在模具的帶動下以自由分度方式進行軋制.通過數學模型和實驗,給出了軋制各階段模具齒距的計算方法和變化規律、模具的齒形設計方法、模具對軋件首次分度時最小進給量的計算方法以及軋制各階段進給量的變化規律.用De-form-3D數值模擬仿真軟件模擬軋制過程,在H630軋機上軋制出模數m=2,齒數z=20,壓力角a'=20°的齒輪軸上的齒形,實驗證明在楔橫軋機上軋制齒輪軸上的齒形是可行的.

基于協同進化機制的欠采樣方法

翟云, 楊炳儒, 王樹鵬, 張德政, 安冰

2011, 33(12): 1550-1557. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.12.020

[摘要](160)

[PDF 665KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
針對非平衡數據集分類中"少數類樣本精度難以提高"這一瓶頸問題,提出了一種基于協同進化機制的欠采樣方法.此方法將少數類樣本與多數類樣本劃分為兩類種群,采用種群協同進化原理,利用提出的動態交叉變異算子自適應協同進化過程,實現種群間自動調節和自動適應.仿真試驗結果表明,此采樣方法增強了局部隨機搜索能力,改善了種群的分布特性,加強了算法的全局收斂能力,在不降低多數類樣本分類性能的基礎上有效提高了少數類樣本的精度.與其他經典重采樣方法相比,本文辦法抗噪能力好,具有更強的魯棒性.

幾種工業固體廢棄物固結土壤中NaCl的機理

王兢, 倪文

2011, 33(12): 1558-1564. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.12.001

[摘要](205)

[PDF 498KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
隨著NaCl加入量的增大,利用礦渣、粉煤灰、脫硫石膏、石灰和硫酸鋁作為土壤固化劑的固結土試塊的抗壓強度先增加后減小.當NaCl的質量分數為2%左右時,固結土試塊的抗壓強度在不同的養護齡期都是最大的;而Na⁺和Cl^-的固結率在養護時間為3~7 d增長速度很快,在養護時間為7~28 d增長速率減緩,但還是保持增長的趨勢,在養護28 d以后基本趨于穩定,基本都保持在60%~80%.通過²⁹Si和²⁷Al的核磁共振譜測試,發現在C—S—H網絡狀結構中大量存在四配位和六配位的鋁,而Al對Si位的取代是Na⁺被固化的關鍵;同時發現NaCl能夠促使Al從四配位向六配位轉化,使硅氧體系的聚合度增加.

彎剪型-彎曲型雙重抗側力結構體系水平位移的解析解

郭猛, 牟在根, 袁泉

2011, 33(12): 1565-1571. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.12.021

[摘要](135)

[PDF 425KB](4) [施引文獻] ()

摘要:
對中高層彎剪型-彎曲型雙重抗側力結構體系的水平位移計算方法進行了研究.將彎曲型子結構視為僅發生彎曲變形的懸臂墻,將彎剪型子結構視為同時發生彎曲變形和剪切變形的Timoshenko懸臂墻,在此基礎上建立了彎剪型-彎曲型雙重抗側力結構體系的位移微分方程,結合邊界條件,推導了均布荷載等三種荷載下結構的彎曲變形、剪切變形和總水平位移的解析解.探討了彎剪型-彎曲型雙重結構與剪切形-彎曲形雙重結構位移計算方法的關系.結果表明,剪切形-彎曲形雙重結構可視為彎剪型-彎曲型雙重結構在彎剪型子結構抗彎剛度取無窮大時的一種特殊表現形式.

考慮初始缺陷的加勁板的非線性穩定性

羅曉玲, 宋波, 許曉慧

2011, 33(12): 1572-1578. doi: 10.13374/j.issn1001-053x.2011.12.022

[摘要](152)

[PDF 641KB](6) [施引文獻] ()

摘要:
實際板殼結構中的初始缺陷會影響結構的安全性和穩定性.以某實際鋼結構工程為研究背景,重點考慮初始缺陷的影響,研究了不同的缺陷大小、加勁形式、加載方式及邊界條件下,加勁板的非線性穩定性情況.結果表明:對于四邊簡支板,板的厚度越小,缺陷的影響越明顯;初始缺陷相同,扁鋼的非線性應力值最大;單邊加載狀況下,初始缺陷對板的非線性穩定性影響較大;初始缺陷對四邊簡支和四邊固結加勁板的影響較平穩.