2025年, 第17卷, 第10期　
刊出日期：2025-10-10

  

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轻合金成形
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  Mg/Al合金复合材料成形与制备：优势、挑战与突破方向

  谢旭峰, 周弋凇, 赵健行, 王延, 钟韬, 胡红军, 马相

  精密成形工程. 2025, 17(10): 1-20. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.10.001

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  轻量化技术对推动运输行业节能减排有着重要作用,双金属复合材料在该领域潜力巨大。其中Mg/Al复合材料因镁合金和铝合金的独特优势而备受关注,但存在硬脆相金属间化合物影响结合强度的问题,提升其结合强度成为研究热点。本文综述了国内外Mg/Al复合材料制备方法包括焊接、铸造、轧制和挤压等的研究进展,指出不同工艺下扩散层结构和金属间化合物的形成效果有所不同。为提高结合强度,研究主要集中在添加合金元素和工艺优化两方面。在各连接工艺中添加合金元素如Zn、Ni、Ag等能有效改善基体力学性能,但也可能引入新的问题,如硬度降低、引发应力集中和断裂韧性降低等。在工艺优化方面,超声波振动辅助工艺在焊接和铸造中展现出显著优势,能细化晶粒、抑制金属间化合物生长、优化界面结构,提高材料的剪切强度、硬度和韧性,但对挤压工艺的研究较少。此外,本文总结了超声波振动对Mg和Al合金本身的微观组织和力学性能的积极影响,指出了超声波振动辅助技术当前面临的挑战,并对其优化方向和发展前景进行了展望。
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  成形极限辅助纯钛箔微杯多道次微拉深工艺及模具设计

  韩培盛, 杨基鑫, 杨丰源, 成子兴, 池杭杭, 王效岗

  精密成形工程. 2025, 17(10): 21-30. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.10.002

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  目的 通过成形极限图对多道次成形过程中材料的应变进行监控,以确定成形道次及各道次拉延比,实现大高径比的金属箔材微杯形拉深件的经济有效制备。方法 首先,基于数字图像相关技术和Holmberg单轴拉伸测试,确定50 μm厚度退火态TA1纯钛箔的成形极限。其次,基于成形极限和数值模拟,设计直径0.6 mm、高度1.12 mm的目标微杯形拉深件的成形工艺及模具。最后,通过多道次微拉深试验,分析各道次材料的变形行为和可成形性,以验证成形工艺的可行性。结果 通过分别对冲头直径为1、0.8、0.6 mm的三道次微拉深成形工艺方案进行模拟分析,发现随着拉深道次的增加,微杯各部位应变在成形极限图中的位置逐渐从安全区向破裂区靠近,并在第三道次时达到材料成形极限,无失效风险。尽管微杯杯底圆角处和侧壁接近杯口处存在减薄现象,但最终成形的微杯在这2个位置的减薄量分别为18%和21%,厚度分布较为均匀。结论 经过拉延比分别为1.6、1.25和1.33的多道次微拉深成形,成功制备出无表面缺陷、厚度分布较为均匀的目标微杯。成形极限辅助和数值模拟相结合的方法能够有效指导工艺及模具设计。
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  钛合金铸件表面缺陷原因分析与工艺改进

  孙妍, 叶栋, 张光, 杨冬丽, 郄喜望, 赵瑞斌, 南海

  精密成形工程. 2025, 17(10): 31-38. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.10.003

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  目的 针对某类钛合金铸件表面缺陷频发、返修困难、报废率高的问题,研究表面缺陷产生的原因,并提出有效的工艺改进措施,以期改善荧光表现,提高铸件表面质量。方法 采用宏观观察、扫描电镜微观形貌分析、化学成分分析以及硬度检测等方法,确定了表面缺陷类型及产生原因。基于诱因制定两项改进措施,并通过投产试验件对改进效果进行验证。结果 该钛合金铸件表面缺陷为线性裂纹,呈现出典型的准解理断裂特征。表面硬而脆的富氧α层残留是导致铸件开裂的根本原因。采取2个工艺改进措施：控制铸造过程工艺参数,对富氧α层较厚的转接R角结构增加初打磨操作。措施实施后,试验件荧光检验一次合格率大幅提升,由12.5%提高到93.75%,无报废情况。结论 解决了该钛合金铸件表面缺陷频发的问题,使表面质量显著提升,缩短了产品交付周期,对实际生产降本增效具有重要意义。
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  钛合金箔材屈服行为及在双极板成形数值模拟中的应用

  柯文正, 杨培勇, 郑楒禹, 杜瑜宾, 武飞宇, 陆维

  精密成形工程. 2025, 17(10): 39-47. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.10.004

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  目的 探索钛合金箔材在不同加载条件下的屈服行为,评估不同屈服准则的适用性。然后通过有限元仿真,为钛合金双极板的成形过程提供理论依据,研究其在多步成形过程中的变形特性。方法 在不同比例加载条件下进行单向与双向拉伸实验,获得0.1 mm钛箔的基本力学性能参数及初始屈服轨迹,然后采用Hill48屈服准则、Barlat89屈服准则、Yld2000-2d屈服准则对其进行理论预测。基于Hill48屈服准则进行有限元模拟,探究钛合金箔材在多步成形双极板过程中的变形行为,建模时通过减少微流道数目,同时保留双极板基本细节特征,来提高计算效率。结果 Hill48与Yld2000-2d屈服准则预测能力接近,平均误差为4%~7%,Barlat89屈服准则的预测误差最大;采用Hill48屈服准则预测的精度最高,平均误差仅为1.4%。在多步成形模拟过程中,钛双极板微流道转角处的减薄率较大,而型腔边缘减薄率在10%以内;保压卸载后的微流道中仍然有较大的残余应力,说明该部分容易产生应力集中,从而导致箔材的损伤开裂。结论 在钛合金箔材的屈服预测中,Hill48屈服准则具有较高的精度,有限元仿真结果为钛合金双极板的成形工艺优化提供了重要的理论支持。
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  镁铝复合板制备工艺研究进展

  杨娜, 高榆岚, 范晓杰, 雷聪

  精密成形工程. 2025, 17(10): 48-63. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.10.005

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  在全球节能减排和“双碳”目标的推动下,金属结构材料的轻量化技术成为关键发展方向。镁铝复合材料具有轻质、高强、耐腐蚀等优点,被认为是替代传统金属结构材料的优选轻量化材料之一。本文综述了制备镁铝复合板的热轧复合法、累积轧制法、包覆轧制法、固液轧制法4种复合工艺制备方式。通过分析轧制温度、轧制道次、轧制压下率、轧制前的去应力退火和轧制后的退火处理以及退火时间等工艺参数对性能和组织的影响,总结了这几类轧制工艺的优缺点,综合分析得知,热轧复合法工艺简单、质量稳定、生产效率高,有望实现工业化;针对中间层对Mg/Al金属间化合物界面结构与力学性能的显著影响,探索了将中间层作为界面过渡层以提升界面强度的新途径;鉴于当前关于复合方法及其工艺条件对镁铝复合板结合性能与组织影响的研究仍不充分,系统总结了通过形成梯度第二相抑制界面脆性相生成的控制工艺;概述了各种制备工艺过程中复合板性能改善的机理,综述了中间植入层对改善镁铝复合板性能的影响因素,并对轧制镁铝复合板今后的研究重点作了展望,以期为相关领域研究工作者以及相关技术人员提供参考。
钢铁成形
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  高性能改性灰铸铁制动鼓铸造缺陷预测及控制

  孙恒, 冯玮, 肖书义, 朱春东, 余中全

  精密成形工程. 2025, 17(10): 64-72. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.10.006

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  目的 针对某企业研制的高性能改性灰铸铁制动鼓铸件充型凝固行为,建立改性灰铸铁制动鼓铸造成型有限元模型,模拟其充型及凝固过程,达到预测和控制铸造缺陷、优化工艺参数和提高产品质量的目标。方法 通过JMatPro软件计算改性灰铸铁材料属性并修正材料模型,基于Procast软件建立有限元模型,模拟其成型过程,分析改性灰铸铁铸造成型工艺特点和缩松分布特点;以浇注系统结构、浇注温度和浇注时间为设计变量,以缩松孔隙率为优化目标,优化改性灰铸铁制动鼓的铸造工艺,并进行试验验证。结果 改性后灰铸铁的固相含量、密度发生了显著改变,固相线和液相线下降至1 072 ℃和1 190 ℃。在铸造过程中,熔体按自下而上的顺序充填,无飞溅及支流汇合,充型过程良好;在凝固过程中,在工件加强筋靠近内浇口处出现孤立液相区,导致出现缩松缺陷,实验结果与模拟结果一致;改进优化浇注系统结构和工艺参数后的改性灰铸铁制动鼓的缩松孔隙率为0.86%,成型质量较好,最佳浇注温度为1 425 ℃,最佳浇注时间为30 s。结论 将材料属性计算、有限元模拟和工艺实验相结合,能够有效预测和控制铸件缺陷,指导生产过程中的工艺改进,提高产品质量。
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  超声滚压工艺参数对激光热处理4J32因瓦合金表面完整性的影响研究

  罗廷霞, 胡雄风, 林波, Kostandin Gjika, 班生涛, 韦仕豪

  精密成形工程. 2025, 17(10): 73-82. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.10.007

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  目的 为改善4J32因瓦合金表面完整性,提高其表面服役性能,采用激光热处理辅助超声滚压技术探究4J32因瓦合金表面性能的影响规律。方法 通过单因素变量强化实验,探讨了滚压力、超声振幅和滚压道次对试样表面粗糙度、塑性变形深度以及表面显微硬度的影响。结果 滚压参数可显著影响材料表面粗糙度、晶粒细化层深度和表面显微硬度。当超声振幅为7 μm、滚压力为1 300 N、滚压道次为6时,表面粗糙度达到最小值0.148 μm,相比于未滚压试样,降低了64.4%;当超声振幅为7 μm、滚压力为1 300 N、滚压道次为10时,晶粒细化层深度达到最大144 μm。过大的滚压力会导致晶格扭曲,影响细化层深度。超声滚压处理后材料表面形成加工硬化层,表层显微硬度随滚压力的增大而增加,但超声振幅过大会对表层显微硬度产生负面影响;在最佳条件（1 300 N滚压力、7 μm超声振幅、8道次）下,表层显微硬度达到241.7HV0.1,相比于未滚压试样,提高了89.3%。结论 超声滚压处理通过位错运动和层错机制实现晶粒细化,从而贡献强度和加工硬化能力,并有效改善因瓦合金的表面完整性,为其表面强化提供重要研究基础。
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  通过同步进给长度补偿抑制再生长丝直径波动引起的挤出不稳定性研究

  李俊美, 黄子帆, 张德海, 杨春晖

  精密成形工程. 2025, 17(10): 83-94. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.10.008

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  目的 揭示3D打印长丝直径波动与挤出不稳定性之间的定量关系,并提出了通过同步进给长度补偿来解决因长丝直径波动而引起的挤出缺陷。方法 首先,分析长丝直径波动的来源,并基于扁平椭圆截面挤压长丝模型,探讨长丝直径波动对挤压宽度的影响;其次,提出实时测量长丝直径并动态校正进给长度的补偿方法,以实现精确控制挤出量;最后,通过对照实验对该方法进行验证。结果 同步进给长度补偿方法能够有效抑制由再生3D打印长丝直径波动而导致的挤出不稳定性。结论 为推动3D打印领域的循环经济提供了技术支撑。
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  Q355B冷轧镀锌板弯折开裂成因分析

  王圆永, 许迎春, 高光勇, 蒋月月, 戴庆伟

  精密成形工程. 2025, 17(10): 95-102. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.10.009

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  目的 探究Q355B在成形过程中常出现弯折开裂现象的原因。方法 以Q355B冷轧镀锌板为研究对象,通过显微组织观察、能谱仪（EDS）分析以及维氏显微硬度测试等宏观与微观表征手段,分析比对了开裂样品与正常样品的微观组织、夹杂物分布、化学成分及硬度特性。结果 开裂样品在轧制方向上呈现出更明显的带状组织,且在开裂样品与正常样品表面均观察到数量相似且呈长条状分布的夹杂物,观察开裂样品断口,发现其断口处存在大尺寸夹杂物。EDS分析结果表明,开裂样品与正常样品表面长条状夹杂物为MnS,开裂样品断口处存在的大尺寸夹杂物为Al₂O₃,且开裂样品在宏观表面和微观组织中均表现出较为明显的铜元素（Cu）偏析现象。此外,维氏显微硬度测试结果表明,开裂样品的整体硬度较高于正常样品的整体硬度。结论 带状组织与大尺寸夹杂物是导致Q355B弯折开裂的原因,而Cu在宏观表面及微观组织中的显著偏析则是加剧材料开裂倾向的关键因素。
增材制造
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  基于RSM和NSGA-Ⅱ的SLM 316L医用不锈钢薄壁结构残余应力与硬度的优化研究

  周春红, 舒玉强, 陈杰

  精密成形工程. 2025, 17(10): 103-115. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.10.010

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  目的 为了同时改善选区激光熔化（SLM）成形薄壁结构的残余应力和显微硬度,提出了一种集成响应面法（RSM）和非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）的多目标优化方法。方法 首先采用RSM建立激光功率、扫描速度、扫描间距与薄壁结构残余应力和显微硬度的非线性模型。通过NSGA-Ⅱ算法和TOPSIS法进行多目标优化,同时筛选出最佳解决方案并进行实验验证。结果 通过响应面法建立了残余应力和显微硬度的高精度非线性模型,其决定系数依次为0.969 6、0.934 4;算法在迭代3 000次下获得了最佳的Pareto解集,并通过TOPSIS筛选出了最佳解决方案：激光功率为157 W、扫描速度为1 100 mm/s、扫描间距为0.11 mm;验证结果表明,优化结果与实验结果的误差较低,与未优化前相比,优化后样品残余应力降低了37.2%,显微硬度提高了12.3%。结论 基于所提出的方法能够有效实现316L薄壁结构残余应力和显微硬度的多目标优化,研究结果可为SLM成形316L不锈钢薄壁结构件工艺参数优化提供有效理论参考。
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  成分变化率对激光增材制造TiC/TC4功能梯度材料组织和性能的影响

  高川云, 张彦霄, 虞文军, 张家豪, 王磊磊, 占小红

  精密成形工程. 2025, 17(10): 116-126. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.10.011

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  目的 研究不同TiC含量下梯度材料微观组织的演变机理与高温性能的变化趋势。方法 基于激光直接能量沉积方法制备不同成分变化率的TiC/TC4梯度材料试块,其中TiC含量（质量分数）分别为1.5%和3.0%,通过观察不同成分变化梯度试块的微观形貌,分析了组织演变机理,通过EDS测试分析了不同成分变化梯度试块中各析出相的元素分布情况,并开展了高温拉伸测试,研究了高温拉伸性能与断裂机制。结果 共晶TiC主要呈现出链状、颗粒状特征,初生TiC的形貌以枝晶状为主,共晶TiC中固溶了更多的Al元素;变化梯度为1.5%（质量分数）的试块底部、中部和顶部的抗拉强度分别为860、845、548 MPa,而变化梯度为3.0%（质量分数）的试块底部、中部和顶部的抗拉强度分别为859、875、662 MPa。结论 随着TiC含量的增加,不同成分变化梯度下的TiC析出相形貌均由颗粒状、链状逐渐转变为树枝状,3.0%（质量分数）变化梯度下的梯度试块顶部树枝晶更加发达。成分变化率对梯度试样底部与中部区域高温强度的影响较小,在3.0%（质量分数）变化梯度下,梯度试块顶部高温强度较高。
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  线能量及轨迹夹角对304不锈钢CMT增材成形的影响

  徐望辉, 李占雷, 袁浩, 张田, 赵荣泽, 余陈, 董春林, 刘莉, 李雨, 艾尔马托夫·祖亚杜拉·多斯马托维奇

  精密成形工程. 2025, 17(10): 127-134. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.10.012

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  目的 得到表面质量良好的304不锈钢薄壁构件,研究线能量及轨迹夹角对CMT（Cold Metal Transfer,冷金属过渡焊接）增材件组织和性能的影响。方法 对尺寸为300 mm×150 mm×8 mm的304不锈钢基板进行CMT电弧增材制造试验,对增材件进行金相切割和腐蚀,利用金相显微镜观察成形件的组织,利用万能拉伸试验机检测成形件的力学性能,并对实验过程中热输入对成形件组织和性能的影响进行分析与讨论。结果 线能量每增加50 J/cm,层高增加10.9%,层宽增加6.3%;在同样的线能量情况下,角度越小,宽度和高度越大;随着线能量的增加,电弧增材试样中柱状晶的组织数量增加;随着轨迹夹角的减小,夹角处的组织更为粗大;随着焊接线能量的增加,试样的抗拉强度增加,从线能量为150 J/cm时的563 MPa增加到了300 J/cm时的604 MPa,增加了7.3%。结论 随着线能量的增加,熔覆层的宽度和高度均增加,熔覆金属的织构尺寸增大,抗拉强度随着线能量的增加而增加;夹角处熔覆层的宽度和高度随着轨迹夹角的减小而增大,夹角处的柱状晶组织随着轨迹夹角的变小而增大;通过计算轨迹夹角处熔覆面积,获得了夹角处熔覆金属重叠区域的数学模型,该模型可用于表征夹角处熔覆层的尺寸,增加轨迹夹角和减小线能量更容易获得尺寸均匀的增材结构。
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  送丝速度对S216铜合金CMT熔敷层成形工艺及组织性能的影响研究

  徐育烺, 吴正锋, 丁立南, 曾志豪, 刘健, 赵宏权

  精密成形工程. 2025, 17(10): 135-145. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.10.013

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  目的 研究S216铜合金CMT电弧增材过程中送丝速度对铝青铜单层单道熔敷层成形的影响。方法 分析了单层单道熔敷层组织特征和力学性能,以为单道多层薄壁墙体的增材制造提供数据支撑。结果 在控制焊接速度、干伸长和焊枪倾角等参数不变的情况下,随着送丝速度的增加,熔敷层的层宽、熔深、层高系数、截面积及稀释率均增大,而熔敷层层高则呈现先增大后减小的趋势。当送丝速度过大时,熔敷层表面出现铺展不均匀且褶皱氧化的现象。在微观组织方面,铝青铜熔敷层主要由α-Cu相、β′相及富Fe相组成。随着送丝速度的增加,富Fe相的形态由针尖状和颗粒状向雪花状和树枝状过渡。在高送丝速度下,由于熔敷层与基体之间形成了冶金结合,有渗透裂纹出现。在力学性能方面,当送丝速度为7 m/min时,熔敷层的显微硬度因为富Fe相显著增加而达到最高值165HV,且熔敷层与基体的剪切强度均超过640 MPa。结论 在Q235低碳钢基体上熔敷铝青铜时,熔敷层和基体的结合强度较高,二者发生了良好的冶金结合。
先进制造技术与装备
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  扩散时间对异质双相不锈钢扩散连接界面显微组织及性能的影响

  刘亚飞, 赵艳君, 李林泽, 曾胤杰, 罗莹莹, 杨琦琦

  精密成形工程. 2025, 17(10): 146-156. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.10.014

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  目的 探究扩散时间对异质双相不锈钢扩散连接接头显微组织演变及力学性能的影响,优化工艺并探讨机理。方法 通过Gleeble-3500热力模拟机,在真空环境8 MPa、1 000 ℃、扩散时间5~30 min条件下,制备了S32304/S32750异质双相不锈钢扩散连接接头。结果 随着扩散时间由5 min增加至30 min,扩散连接接头的剪切强度由410 MPa增加至492 MPa,接头界面处的显微硬度呈现相同的趋势,由288.2HV升高至315.4HV,接头S32750侧的硬度由330.1HV降低至319.4HV;S32304侧硬度先升高后降低,在20 min时达到最大值304.8HV。扩散动力学模拟证明：Fe、Cr、Ni元素的扩散速率均随着扩散时间的增加而减小,按扩散速率由大到小的顺序依次为：Fe、Cr、Ni,Fe元素扩散速率受扩散时间的影响最大。当扩散时间为5 min时,扩散界面缝隙较大,界面处存在Mo和Cr元素富集,剪切断口存在大量未连接区域;随着扩散时间的增加,扩散界面缝隙逐渐连接,部分未连接区域演变为孔洞,Mo和Cr元素富集降低并最终消失,界面变得模糊,剪切断口的未扩散区域逐渐减少并消失,断口形貌完全以韧窝为特征,断裂方式逐渐演变为完全韧性断裂。结论 扩散时间对异质双相不锈钢扩散连接界面组织性能具有显著影响。在适当的扩散时间（5~20 min）内,Mo和Cr元素的充分扩散可以促进界面缝隙的连接和晶界的迁移,形成牢固的冶金结合,从而提高接头的力学性能,继续增加时间对接头质量影响较小。在扩散时间20 min时,扩散连接界面综合性能达到最优,剪切强度和显微硬度值分别为486 MPa和313.7HV。
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  基于传热模型和有限元模拟的内螺纹管材换热性能改进研究

  云红杰, 陈大勇, 刘劲松, 龙海生, 宋鸿武, 张士宏, 陈传来, 褚晓光

  精密成形工程. 2025, 17(10): 157-166. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.10.015

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  目的 针对强化传热机理和微小齿形参数复杂导致的内螺纹管的传热性能评测较难、成本较高这一问题,借助理论计算与流场仿真改进管材换热性能,研究齿形参数对换热系数的影响规律,为管材的参数设计提供依据和指导。方法 基于Cavallini换热理论,结合Python语言编写的自主计算程序,通过设定各项物性参数,定量计算了换热系数随齿数、齿高、螺旋角、齿顶角在一定范围内的变化结果;建立了管材的三维模型,针对内螺纹管的流固接触区域,采用耦合方法对其进行六面体网格划分,使用流场仿真软件对光管、现有内螺纹管、改进后的内螺纹管进行管内换热模拟,在一定流动条件下,对比了不同管材结构的换热效果。结果 理论模型与模拟结果均表明,通过合理调整管材的结构参数,与光管相比,内螺纹管的换热性能提升了接近3倍。改进后的内螺纹管相比于现有内螺纹管换热性能提升了4.69%。结论 所提出的增大螺旋角、减小齿高和齿顶角的优化逻辑可以在一定范围内提升内螺纹管的换热性能,同时对内螺纹管的参数改进有一定的参考价值。
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  轴向超声对2195铝合金搅拌摩擦焊接头组织与性能的影响

  赵宏博, 金正男, 刘旭, 张会杰, 赵运强

  精密成形工程. 2025, 17(10): 167-174. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.10.016

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  目的 研究轴向超声辅助搅拌摩擦焊（UAFSW）对铝锂合金焊缝组织与性能的影响规律,分析超声辅助焊接工艺对焊缝微观组织演变及接头力学性能提升的作用机理。方法 对2195-T8铝合金板进行搅拌摩擦焊（FSW）和UAFSW,利用光学显微镜、电子背散射衍射、透射电子显微镜等检测手段分析焊缝成形、微观组织及接头性能。结果 各转速下得到的UAFSW接头的抗拉强度与断后伸长率均高于常规FSW接头的,UAFSW接头的抗拉强度最高达到母材强度的74%。分析2种接头的薄弱位置焊核区发现,与常规FSW相比,UAFSW焊缝的焊核区宽度变小,热机影响区宽度增大。引入轴向超声使焊核区晶粒细化了5.8%,再结晶组织占比提高了10%,位错分布呈现出更多的弯折,T₁相密度提升。结论 UAFSW工艺能明显提高2195铝合金的接头力学性能,这是由于施加超声不仅促进了动态再结晶并细化了晶粒,还通过增加位错弯折提升了应变能,从而促进了T₁相的析出。
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  液压胀形四通管的TRB坯料设计与优化

  张渝, 蒋国保, 陈真一, 何嘉宁, 越豪杰

  精密成形工程. 2025, 17(10): 175-182. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.10.017

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  目的 为了解决四通管液压胀形过程中壁厚分布不均的问题,设计一种连续变厚度的管坯。方法 首先,对等厚管坯进行液压胀形仿真,分析壁厚变化规律,并基于仿真结果提出连续变厚度管坯设计方案;其次,采用正交试验法研究管坯厚度变化规律,得出连续变厚度管坯厚区和过渡区的关键参数;最后,结合泛克里金模型和多目标粒子群算法,对管坯设计进行多目标优化,获得最佳参数。结果 优化后的连续变厚度管坯壁厚均匀性得到了显著提高。有限元仿真验证结果表明,相对最大减薄率和平均厚度值相对误差均在2%以内,壁厚均匀值较等厚管坯减少了0.22 mm。结论 相比于传统等厚管坯,连续变厚度管坯可显著改善四通管液压胀形的壁厚均匀性,提高产品质量。
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  基于ABAQUS的内沟形环件轧制成形仿真及优化分析

  李艳芹, 吴中雷, 张金, 卫剑, 张德海, 杨春晖

  精密成形工程. 2025, 17(10): 183-189. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.10.018

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  目的 探究高性能内沟环件轧制成形技术以提高内沟环件的加工质量。方法 基于环形轧制理论,建立了内沟环件径-轴向轧制运动模型,并利用ABAQUS仿真软件,结合应力应变的大小与分布、截面成形情况、等效塑性应变值及其标准差等指标,对轧制过程中芯辊速度、锥辊速度等关键参数进行了优化。结果 当上下锥辊的进给速度为0.3 mm/s时,可以有效避免环件截面出现凹坑缺陷。随着芯辊进给速度的增加,环件的等效塑性应变值逐渐增大,同时等效塑性应变标准差逐渐减小,即轧制成品的晶粒变得更加细小。结论 本研究为高性能内沟环件的轧制工艺提供了理论基础与仿真支持,并为进一步优化环件的加工质量提供了有价值的研究方向。
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  送丝速度对S32101双相不锈钢激光填丝焊接成形质量及性能的影响

  王俞轲, 朱加雷, 李丛伟, 陈常勇, 赵成露, 邵明星

  精密成形工程. 2025, 17(10): 190-197. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.10.019

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  目的 研究激光焊接时送丝速度对焊缝成形及其性能的影响。方法 采用激光填丝平板堆焊方式,选用不同送丝速度进行S32101双相不锈钢焊接试验,并从金相组织、拉伸性能、显微硬度、断口形貌等方面分析了焊接接头的微观组织与力学性能。结果 当送丝速度较小时,焊缝中填充金属较少,焊缝成形质量与力学性能较差,随着送丝速度的增加,焊缝填充金属增多,激光能量更多作用于焊丝端部,致使出现熔宽先增后减、熔深减小、余高增加的现象,焊缝铁素体含量降低,晶内奥氏体增加,焊接接头抗拉强度呈先上升后下降的趋势,当送丝速度为510 cm/min时,抗拉强度达到最大值,为835 MPa。此外,随送丝速度的增加,焊缝显微硬度总体呈增大趋势,且各接头显微硬度从母材到焊缝中心均呈现先减小后增大的趋势,并且热影响区处的硬度达到最小,存在明显的软化现象。结论 综合各项检测结果可知,在激光功率为6 000 W、焊接速度为7 mm/s的条件下,当送丝速度为470 cm/min时,焊缝成形与力学性能均达到较为良好的情况。
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  拨弹轮工艺优化研究

  李世广, 梁卫和, 王廷军

  精密成形工程. 2025, 17(10): 198-206. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.10.020

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  目的 针对拨弹轮原材料利用率低的问题,提出工艺优化方案,通过30CrNi2MoVA钢棒旋转摩擦焊制备毛坯,并验证工艺的可行性。方法 采用30CrNi2MoVA钢棒分体式旋转摩擦焊技术制备毛坯,将焊后未正火样坯与正火样坯进行对比,经超声波探伤、调质处理后取样、制样,通过对化学成分、硬度、拉伸性能、显微组织、冲击性能等进行检测分析,确定拨弹轮优化工艺流程。结果 焊接接头和母材区域经超声波检测均符合标准I级要求;焊接接头和母材化学成分一致性好;与未正火直接调质处理的样坯相比,正火调质处理后的样坯硬度更高、偏差更小、分布均匀度更好;正火后的30CrNi2MoVA试样通过860 ℃淬火+ 650 ℃回火处理后,力学性能可满足GJB 2720A—2019《轻武器用结构钢钢棒规范》要求。结论 正火（随炉升温,880 ℃,空冷）可消除30CrNi2MoVA钢旋转摩擦焊焊接应力和组织遗传性,细化组织晶粒,均匀组织,为最终热处理作预备热处理;通过旋转摩擦焊制备的拨弹轮毛坯,经正火、淬火（860 ℃,油冷）、回火（550 ℃,水冷）处理后,达到图纸技术要求（37HRC~42HRC）;通过重构“分体式旋转摩擦焊+正火调质”一体化工艺流程,拨弹轮实现原材料利用率提升9%,同时满足使用需求,达到了工艺优化的目的。
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  始锻温度对IN718合金锻件性能和组织的影响

  董海澎, 何曲波, 王方军, 周大地, 吴畏, 蒋威, 徐永福, 杨承刚, 吴国蓁

  精密成形工程. 2025, 17(10): 207-215. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.10.021

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  目的 深入研究IN718合金的热变形行为,以提升合金锻件的性能。方法 研究了5种不同始锻温度（930、980、1 040、1 080、1 120 ℃）对IN718合金锻件微观组织及性能的影响。通过室温拉伸实验评估合金的力学性能,并利用光学显微镜、扫描电镜、能谱分析及电子背散射衍射对微观组织进行表征。结果 在始锻温度930 ℃和980 ℃下,在IN718合金的晶界处观察到少量的动态再结晶小晶粒,这些再结晶小晶粒形成了典型的项链状拓扑结构。合金强度的提升主要归因于位错强化,位错作用导致930 ℃和980 ℃试样的屈服强度分别提高了215 MPa和193 MPa。而在1 040、1 080、1 120 ℃温度下,合金呈现明显的等轴晶状态。强度的提升主要归因于细晶强化,晶界强化分别使其屈服强度提高了270、283、284 MPa。结论 通过探究不同始锻温度下的微观组织及力学性能,明确了在该实验条件下获得均匀细化晶粒组织的温度范围,揭示了热变形温度对微观组织演化及力学性能的影响机制,从而为开发高性能镍基合金提供了数据支撑。
难熔金属成形
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  基于SYSWELD对V-N-Cr微合金钢T型接头焊接数值模拟分析

  马梦泽, 郑晓明, 杨奥, 刘悦, 冯晓勇

  精密成形工程. 2025, 17(10): 216-223. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.10.022

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  目的 利用Visual-Environment焊接仿真软件和Sysweld求解器,结合双椭球焊接热源模型,对V-N-Cr微合金钢T型接头进行焊接数值模拟,并探究焊缝中心及其周边区域的温度场分布特征、相变行为以及残余应力生成机制。方法 通过Solidworks建立精确的T型接头模型,并导入Visual mesh中进行网格划分,共划分20 960个2D单元、70 300个3D单元和77 556个节点,以确保模拟结果的准确性。焊接参数设置如下：线能量输入为10 kJ/cm,焊接速度为5 mm/s,冷却方式为空冷,冷却时间为200 s。在边界条件设置中,根据牛顿冷却定律和斯蒂芬-波尔兹曼定律计算基材与周围介质的换热,同时施加刚性固定约束以限制焊接件的自由移动。结果 在焊接过程中,焊缝中心温度可达2 750 ℃左右,而未参与焊接的基材最高温度约为617 ℃,未超过V-N-Cr微合金钢的奥氏体转化温度A_c3。焊接完成后,焊缝微观组织主要由铁素体（56%）和贝氏体（63%）组成。残余应力分析结果表明,等效应力最大值为565.826 MPa,横向残余应力为555.572 MPa,纵向残余应力为533.444 MPa,两者相差仅12.128 MPa。最大变形量为0.261 mm,出现在距离焊道结尾约15 mm处。结论 采用的焊接工艺参数能够有效预测焊接过程中的温度场分布、相变行为以及残余应力的产生,从而显著降低焊接变形。这一结果表明,在该焊接工艺参数下,焊接接头的残余应力分布均匀,变形量小,焊接质量良好。
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  轧制复合深冷处理对4Cr5MoSiV1模具钢组织性能的调控

  冯美龙, 张洁琦, 时虹

  精密成形工程. 2025, 17(10): 224-233. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.10.023

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  目的 探讨不同热处理温度和复合深冷处理技术对4Cr5MoSiV1模具钢性能的影响,优化热处理工艺,实现模具钢在强度和塑韧性之间的良好平衡。方法 模具钢经过冷轧变形后,分别在950、1 000、1 050 ℃ 3种不同温度下进行热处理,并随后进行复合深冷处理。采用扫描电子显微镜（SEM）、电子背散射衍射（EBSD）和能谱分析（EDS）等手段对显微组织、碳化物形态及元素分布进行观察。通过拉伸和硬度测试来评估样品的力学性能。结果 随着热处理温度的升高,碳化物逐渐向基体溶解,950 ℃热处理样品表现出最佳的塑性,而1 050 ℃热处理样品则在强度和硬度方面表现最好,抗拉强度达到2 GPa,硬度为640.4HV。复合深冷处理技术对力学性能的提升起到了积极作用,能够进一步优化碳化物析出及显微组织稳定性。结论 研究结果为模具钢的热处理工艺优化提供了理论依据,同时为其在工程应用中的实际使用提供了有价值的指导。
高温合金成形
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  A286高温合金板材室温成形极限及组织研究

  李旭健, 高达, 殷小健, 高靖靖, 柯书忠, 赵文龙, 马叙

  精密成形工程. 2025, 17(10): 234-242. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.10.024

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  目的 探究A286高温合金板材在室温下的成形性能和微观组织。方法 对A286合金板材在室温下的成形性能及成形机理进行研究,通过对A286金属板材进行钢模胀形实验、拉伸试验,并且利用X射线衍射、OM、SEM、EDS等表征方法,系统评估板材的成形性能并观察显微组织特征,进而探究微观组织与力学性能之间的关联。结果 得到了A286高温合金板材的成形极限图（FLD）、拉伸曲线以及断口微观组织形貌。结论 A286板材成形性能良好且不同厚度A286板材的成形性能随厚度的增加呈上升趋势;A286板材断裂是典型的韧性断裂,其屈服韧性与拉伸速率有关。随着拉伸速率的增加（从0.001 s^-1到0.01 s^-1）,板材的伸长率、屈服强度上升,抗拉强度基本不变,板材断裂断口更加不平整且韧窝数量减少,呈现逐渐向脆性断裂转变的趋势。