2025年, 第17卷, 第12期　
刊出日期：2025-12-10

  

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高熵与非晶合金的先进成型工程
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  基于原子制造的非晶新材料探索

  童星, 闫玉强, 柯海波, 汪卫华

  精密成形工程. 2025, 17(12): 1-14. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.12.001

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  非晶材料在人类文明与科学发展中具有重要地位,而非晶合金作为新型非晶态材料,因长程无序、短程有序的原子结构展现出高强度、高硬度等优异性能,在多个领域具有广阔的应用前景。然而,传统自上而下的快速冷却制备工艺受限于高冷却速率依赖、成分敏感性高、结构均匀性差等问题。近年来,自下而上的原子制造理念为非晶合金制备提供了新思路。原子制造以原子或原子团簇为基本构筑单元,通过可控生成、沉积与拼接实现宏观材料构筑,可绕过熔体冷却路径的限制,突破传统工艺瓶颈。本文综述了原子制造在非晶材料领域的代表性研究进展,包括超稳定玻璃的制备、单质金属玻璃化、结构与性能的多样化调控以及高熵无序合金的精准组装。同时也指出原子制造仍面临团簇源可控生成难、界面连接机理不明、跨尺度性能映射缺失等技术挑战。未来,基于原子制造的非晶材料研究有望推动新型非晶材料探索,深化对非晶形成机制与非晶结构的理解,通过突破性能极限,促进非晶合金在高性能结构件、功能器件及能源转换领域的广泛应用。
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  面向极端环境的增材制造难熔高熵合金：氧化动力学、膜层演化与防护

  祁宏强, 严明

  精密成形工程. 2025, 17(12): 15-24. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.12.002

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  难熔高熵合金（Refractory High-Entropy Alloys, RHEAs）因在超高温环境下仍能展现优异的力学性能,被视为极具潜力的新一代高温结构材料,但其固有抗氧化能力不足的特点限制了其实际应用。增材制造（Additive Manufacturing, AM）技术作为一种新兴的材料加工技术,能够实现复杂构件的成形,并通过独特的凝固特征影响材料的高温氧化行为,因此成为当前研究热点。本文综述了近年来增材制造难熔高熵合金（Additive Manufacturing-Refractory High-Entropy Alloys, AM-RHEAs）的氧化研究进展。首先简要介绍了合金设计、典型增材制造工艺及金属氧化的基本理论。随后系统总结了增材制造对氧化行为的双重作用：一方面,快速冷却生成的细晶与多级次组织有助于保护性元素的快速扩散和致密氧化膜的形成;另一方面,孔隙、裂纹与残余应力等缺陷则加速了氧渗透并诱发了膜层剥落。不同合金体系的对比结果表明,含Al合金能形成稳定的α-Al₂O₃膜,含Cr或Si合金则通过生成Cr₂O₃、SiO₂或复杂氧化物实现协同防护。此外,系统归纳了提升AM-RHEAs抗氧化性能的策略,涵盖了热等静压、退火等后处理技术,以及铝化、硅化和高熵硅化物涂层等表面工程方法。然而当前仍存在长期服役机理不清、工艺参数与性能关联不足等问题。未来需进一步结合多尺度计算模拟与原位表征技术,深化对复杂环境下氧化行为的理解,以推动AM-RHEAs在极端环境下的工程化应用。
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  退火对Al_0.2CoCrFeNiMo_0.3高熵合金组织结构与力学性能的影响

  韩春霞, 吴亚楠, 刘志宇, 刘景顺

  精密成形工程. 2025, 17(12): 25-34. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.12.003

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  目的 研究轧制变形后不同温度退火处理对合金组织结构和力学性能的影响,揭示轧制及热处理对双相高熵合金的强化机制。方法 利用XRD、SEM、EDS及EBSD表征合金组织结构,采用拉伸机及纳米压痕仪对合金进行力学特性测试。结果 铸态合金呈现FCC+σ组织结构,轧制90%后,σ相衍射峰强度显著减弱,在800 ℃退火后增强;不同温度退火处理后合金显微组织变化过程如下：700 ℃回复阶段完成,900 ℃再结晶过程结束,1 000 ℃再结晶晶粒长大。合金的显微硬度在轧制变形后升高,之后随退火温度的升高而逐渐降低,纳米压痕载荷-深度曲线及硬度值也符合此趋势;纳米压痕硬度点阵分布与合金显微组织变化一致;不同温度退火处理后,合金抗拉强度逐渐降低,断后伸长率逐渐升高,其中900 ℃退火后,合金的强塑性匹配最佳,其抗拉强度达873.4 MPa,断后伸长率保持12.8%。结论 与铸态合金相比,CR90+900 ℃退火1 h的工艺参数可改善合金强塑性匹配关系,并使其强化机制转变为以细晶强化为主。
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  C元素在TiNiCuZrNbTa难熔高熵合金中的扩散行为

  王嘉伟, 邵泽西, 吴斌涛, 夏明许

  精密成形工程. 2025, 17(12): 35-44. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.12.004

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  目的 研究C元素在激光熔覆TiNiCuZrNbTa难熔高熵合金沉积态各相结构中的扩散行为及其对组织微观硬度的影响,为合金性能调控提供新途径。方法 以聚乙烯醇为碳源,采用激光熔覆的方式在铜基底制备TiNiCuZrNbTa难熔高熵合金,研究C元素对高熵合金底部、中部、顶部区域组织、物相与硬度的影响。结果 TiNiCuZrNbTa合金试样横截面顶部组织主要由细小等轴晶、富Zr网状枝晶以及弥散于基体的Ta/Nb颗粒相共同构成;随着凝固速率的逐渐降低,中部区域形成以粗大枝晶为主要特征的结构,点状/细小条状的Ta/Nb相主要分布在枝晶臂间的交汇处;而底部区域由于靠近基底,凝固时较大的温度梯度导致局部形成了垂直于界面方向的柱状晶,且产生向中部组织晶粒过渡的趋势。在合金不同相中,C元素主要分布于相界,Ti、Zr、Ta等强碳化物元素也会与C结合形成弥散分布的碳化物颗粒,起到强化作用。其中,O元素产生“介导扩散”方式,对C在不同相中的扩散起到一定促进作用。沿沉积方向靠近铜基底的熔覆层硬度约为465HV,随着C含量的增加,熔覆层硬度增加至约527HV。结论 在该难熔高熵合金体系中,各相中的C元素含量随着熔覆层厚度的增加而增加,适当含量的C元素在不同相中扩散形成的固溶强化和弥散强化能够有效阻碍位错运动,提升表面硬度。
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  抗开裂高温高熵合金激光粉末床熔融工艺参数优化

  伍诗伟, 贾岳飞, Hou Yi Chia, 郑秋菊, 闫文韬, 杨守峰

  精密成形工程. 2025, 17(12): 45-53. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.12.005

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  目的 通过优化激光粉末床熔融工艺参数,制备无欠熔合孔、无裂纹且高致密度的MNiHEA高温高熵合金,以降低缺陷率,优化力学性能,为耐高温合金的激光粉末床熔融增材制造工艺开发提供参考与借鉴。方法 选用MNiHEA预合金粉末为原料,通过正交实验设计激光功率与扫描速度等工艺参数,制备单道与立方块样品,同时引入线能量密度作为参考指标,研究了激光功率与扫描速度对单道熔池截面与表面形貌以及块体欠熔合孔、微裂纹和致密度的影响规律,并对最佳工艺参数下的高致密度样品进行了微观组织分析。结果 当扫描速度为1 600 mm/s时,在100~400 W的激光功率范围内,均观察到球化现象。当激光功率分别增大至200~250 W与300~400 W、扫描速度分别降至1 400 mm/s与1 200 mm/s时,球化现象依然明显。当线能量密度为0.25~0.33 J/mm、激光功率为150~250 W、扫描速度为600~800 mm/s时,可以获得无欠熔合孔、无微裂纹且致密度>99.9%的试样。试样内部的孔洞主要为球形的匙孔与凝固气孔。此外,共获得4组高致密度试样,其微观组织呈现出典型的“鱼鳞状”特征,且随着线能量密度的增大,熔池深度逐渐增加。熔池内部及边界区域由亚稳微米级位错胞组成。结论 高扫描速度更易引发球化现象,且球化的临界扫描速度随激光功率的增大而降低。在线能量密度为0.25~0.33 J/mm、激光功率为150~250 W、扫描速度为600~ 800 mm/s的工艺范围内,可获得无欠熔合孔且无微裂纹的高致密度试样。通过降低扫描速度以增大能量密度容易导致微裂纹的产生,而进一步提高激光功率会加剧欠熔合孔和微裂纹的出现。激光粉末床熔融工艺的高冷却速度促使非平衡快速凝固,形成了亚微米级的胞状结构和细小的枝晶结构。
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  热处理对FeCoNiAlTi高熵合金微观组织和力学性能的影响

  杨圣豪, 孙钦虎, 陈志博, 叶汇, 赵友贤, 马盼, 贾延东

  精密成形工程. 2025, 17(12): 54-61. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.12.006

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  目的 通过真空电弧熔炼、冷轧及热处理工艺,系统研究了热处理制度对(FeCoNi)₈₆Al₇Ti₇（原子数分数）高熵合金微观组织与力学性能的影响。方法 采用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和能谱分析（EDS）等表征手段,系统分析了合金的物相组成、显微结构及元素分布。结果 再结晶态合金由FCC单相固溶体组成,具有典型的等轴晶粒特征,元素分布均匀,无明显的化学成分偏析。经过时效热处理后,合金的相结构与显微组织发生显著变化。在780 ℃时效4 h条件下,合金中形成了不规则片层状L2₁相;随时效温度的升高,不规则片层状L2₁相逐渐消失,仅在晶界观察到微量微米级L2₁相,同时基体中形成高密度、共格分布的球形L1₂纳米析出相。力学性能测试结果表明,780 ℃时效4 h样品具备最优综合性能,其屈服强度、抗拉强度与延伸率分别达到1 067.2 MPa、1 504.4 MPa和14.3%。结论 本研究不仅为调控高熵合金的热处理性能提供了重要理论支撑,还为深入探究(FeCoNi)₈₆Al₇Ti₇高熵合金的微观组织与力学性能的内在关联提供了科学指导。
航天先进制造技术
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  多参数协同调控下GH4065A高温合金低应力拉削加工方案优化与实验验证

  何春双, 伍爱江, 徐艳, 鲁恒毓, 刘慧茹, 胡宇鑫, 刘俊波

  精密成形工程. 2025, 17(12): 62-72. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.12.007

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  目的 在GH4065A高温合金涡轮盘拉削加工过程中,拉刀结构及拉削参数设计不当常会导致拉削过程中产生涡轮盘加工精度低、拉削应力过大等难题。为了解决这些问题,对拉刀结构及拉削参数进行进一步的研究。方法 针对GH4065A高温合金涡轮盘榫槽拉削加工中的工艺优化问题,通过有限元仿真与实验相结合的方法,系统研究了拉削速度（v_c）、齿升量（a）和刀具前角（B）对材料去除率（MRR）、切削力（F_z、F_y）、切削温度（T）、刀具磨损及表面粗糙度的影响规律。结果 MMR随齿升量和拉削速度的增加显著提升,但高MRR工况（如v_c=2 m/min, a=0.04 mm）伴随高温（242 ℃）和切削力波动,而中等参数组合（v_c=2 m/min, a=0.02 mm）可实现效率与稳定性的平衡（F_z=16.7 kN, F_y=5.43 kN, T=57.5 ℃）。最优表面粗糙度（Ra=1.804 μm）出现在高切削速度与中齿升量组合下,而低速或极端参数导致粗糙度恶化（2.398~2.617 μm）。结论 基于多目标优化,提出采用“高速中齿升量（v_c=2 m/min, a=0.02 mm）+适中前角（15°~18°）”的工艺策略,并辅以冷却控制,为航空发动机涡轮盘榫槽的高效低应力高精度加工提供了理论依据。
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  低成本铸造镁合金研究现状及展望

  华溪如, 董喜旺, 吴海, 陈林枫, 黄鑫垚, 刘波, 杨力祥, 杨唯一, 肖旅

  精密成形工程. 2025, 17(12): 73-84. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.12.008

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  镁合金具备轻质、强阻尼性能、高比强度等特点,在航天领域拥有广阔的应用前景。高强韧铸造镁合金的力学性能提升主要依靠稀土元素高合金化,铸件制备所需的原材料成本高,且大量稀土元素会导致熔体制备流程复杂、铸造成形工艺性不佳,开裂和收缩类缺陷形成倾向强。材料配方、制备和铸造成形性方面的问题造成镁合金铸件强韧性、成形质量与低成本之间仍存在显著矛盾。随着我国对轻量化、低成本高端装备的需求日益迫切,开发出具备从原材料到铸件制备全流程低成本化的铸造镁合金材料具有重要意义。本文基于合金化、熔配工艺以及成形性3个方面,综述了当前低成本铸造镁合金的研究现状。展望了未来铸造镁合金低成本化的研究方向,旨在为新型低成本铸造镁合金的材料配方及配套工艺研发提供参考。
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  卷取温度对工业试制铁素体高扩孔钢显微组织和力学性能的影响

  白燚潮, 崔磊, 刘阳, 卢茜倩, 马聪, Alexander Gramlich, 王晓辉, 胡斌

  精密成形工程. 2025, 17(12): 85-94. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.12.009

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  目的 针对高扩孔钢扩孔性能富余量不足的问题,以4种不同卷取工艺制备的工业试制铁素体基高扩孔钢为研究对象,研究卷取温度对高扩孔钢拉伸和扩孔性能的影响,进而总结出扩孔性能提升存在的问题。方法 采用万能试验机、显微硬度计（HV-1002）、场发射扫描电镜（ZEISS GeminiSEM 300）、电子探针微区分析仪（JXA-8530F Plus）和俄歇电子（AES）-电子背散射衍射仪（EBSD,PHI 710）进行力学性能及显微组织研究。结果 在630 ℃卷曲时,高扩孔钢的屈服强度和抗拉强度达到最大值,分别为722 MPa和798 MPa;然而,此时热轧板的厚度中心由于C/Mn偏析而析出粗大珠光体,在形变过程中,由于中心和近表面位置变形不均匀而易在中心分层开裂,从而导致扩孔率降低至34.1%。降低卷取温度至500~550 ℃和提升卷曲温度至700 ℃均能抑制热轧板厚度中心处珠光体的形成,提升扩孔率;但是由于卷取温度偏离碳化钒的鼻尖析出温度,因此强度降低,屈服强度和抗拉强度分别为530~640 MPa和620~730 MPa。结论 当卷取温度为630 ℃和700 ℃时,厚度中心C元素的偏析会导致生成珠光体/渗碳体组织,进而导致中心与边缘硬度差异增大,从而发生开裂。除此之外,当卷取温度提升至630 ℃时,屈服强度和抗拉强度达到最大值,分别为722 MPa和798 MPa。为了在高强度下提升铁素体扩孔钢的扩孔率,需改善铸坯中心C/Mn的偏析程度,使其在VC析出鼻尖温度附近卷取时能有效抑制厚度中心珠光体的形成。
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  2195铝锂合金薄壁网格筋筒段旋压成形工艺分析

  孟佳杰, 徐晨, 涂宇杰, 石文展, 王玮, 周贤军, 于忠奇, 彭赫力

  精密成形工程. 2025, 17(12): 95-103. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.12.010

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  目的 针对2195铝锂合金薄壁网格筋筒段旋压成形过程中存在的流动性不足、薄壁网格筋筒段筋条部位材料填充不充分、最终影响筒段综合性能的问题,分析旋压过程中关键工艺参数对2195铝锂合金薄壁网格筋筒段筋条填充的影响。方法 基于有限元模拟仿真的方法分析了旋压过程中的关键工艺参数,选取筒段典型筋条特征截面位置展开分析,以旋压成形后筋条的高度作为成形后网格筋筒段筋条填充饱满程度的指标,分析了旋压温度、进给比、旋轮径向错距量分配方式3种工艺参数对2195铝锂合金薄壁网格筋筒段筋条填充饱满程度的影响。结果 仿真结果表明,相对的旋压温度对网格筋筒段筋条填充饱满度影响并不大,但适当升温有利于降低材料弹性模量、强度和结构刚性,从而实现旋压后回弹的降低,提高材料贴模度,提高成形精度;随着旋压进给比的增加,网格筋筒段的筋条填充性先升后降,当旋压进给比为2~4 mm/r时,筋条填充性能较好;对于径向错距量,当采用平均分配方式时,有利于筋条填充。结论 当采用本文仿真分析获得的工艺参数时,旋压成形出具有较高尺寸精度、直径200 mm及550 mm的2195铝锂合金网格筋筒段缩比样件及全尺寸样件。
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  旋转速度对铝/钢异质金属μFSLW接头成形及力学性能的影响

  叶洪歆, 薛冰, 于欣, 杜巍, 王金锴, 李鹏

  精密成形工程. 2025, 17(12): 104-112. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.12.011

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  目的 针对超薄板铝/钢微搅拌摩擦搭接焊中形变翘曲及界面结合难以有效控制的问题,通过调节旋转速度来研究其对接头成形、界面组织及力学性能的影响规律。方法 以5052铝合金与304不锈钢为研究对象,在不同旋转速度条件下进行微搅拌摩擦搭接焊实验,结合焊缝表面成形、界面微观组织结构表征及拉剪性能测试,分析材料塑性流动行为随工艺参数变化所呈现的接头成形及力学性能的变化规律。结果 当采用无针式搅拌头、旋转速度为375 r/min时,热输入不足,搅拌区塑性流动受限,焊核区存在轻微回填不充分现象;在旋转速度为475 r/min下,材料流动与热输入达到平衡,成形质量最佳;当旋转速度为600~750 r/min时,热输入过大,板材翘曲变形严重,材料挤出及堆积加剧,导致焊核区回填不足,与接头区域减薄增大。当旋转速度超过最优参数区间后,减薄量显著增加,有效承载面积减小,成为力学性能下降的主导因素。在旋转速度475 r/min条件下,焊缝表面成形较为平整,拉剪力可达860 N,继续提高转速将导致断裂区域由界面转移至铝侧热机影响区。结论 合理控制旋转速度是实现超薄板铝/钢微搅拌摩擦焊中接头成形与界面冶金结合协同调控的关键,旋转速度过高会引起形变翘曲缺陷的产生,进而导致材料塑性流动失稳与接头减薄加剧,劣化了接头的力学性能。
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  基于实测TTT曲线的H11钢模块可淬透厚度仿真计算与验证

  涂宇杰, 石正波, 徐晨, 孟佳杰, 陈雪芬, 徐琅, 吴晓春

  精密成形工程. 2025, 17(12): 113-123. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.12.012

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  目的 准确预测H11钢模块在不同淬火方式下的可淬透厚度,为航天装备的生产应用提供理论依据。方法 采用DI805A热膨胀仪测定了H11钢准确的等温转变（TTT）曲线,并基于该曲线建立了相变计算模型,然后结合有限元仿真的方法,模拟了不同厚度的H11钢模块（200~700 mm）在油淬和气淬2种淬火方式下温度和组织的演变过程,并对模块的可淬透厚度进行了理论预测,最后利用真空气淬炉对500 mm模块进行了气淬工业试验验证。结果 相变特性试验结果表明,H11钢过冷奥氏体在等温转变过程中会发生珠光体和贝氏体转变,相变温度区间分别为675~790 ℃和295~395 ℃。淬火仿真结果表明,当油淬条件下模块厚度超过500 mm和气淬条件下模块厚度超过400 mm时,模块心部冷却速度不足以抑制贝氏体转变,导致出现明显体积分数的贝氏体组织。工业试验结果表明,500 mm模块心部实测获得的温度曲线、显微组织类型和贝氏体体积分数与仿真结果较为吻合。结论 H11钢模块的可淬透厚度油淬为500 mm左右,气淬为400 mm左右。
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  铝锂合金电流辅助再结晶退火晶粒细化研究

  薛韶曦, 徐振海, 彭赫力, 单德彬, 郭斌

  精密成形工程. 2025, 17(12): 124-132. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.12.013

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  目的 将异步轧制与电流辅助退火引入到铝锂合金的热机械处理工艺中,以细化晶粒,改善铝锂合金的组织均匀性与力学性能。方法 通过固溶、过时效、异步轧制和电处理四步法,研究异步比和退火方式对晶粒细化的影响,并对其力学性能和充填行为进行测试,对比分析得出异步轧制和电流对晶粒细化的积极作用。结果 异步轧制可以引入剪切应变,随着异步比从1提高到3,电退火90 s后的晶粒尺寸从10.44 μm降低到7.78 μm,织构逐渐弱化,同时形成典型的剪切织构;过时效促使大量粗颗粒析出,在后续的退火过程中可通过颗粒激发形核机制,进而有效促进晶粒细化;当异步比为3时,与传统退火1 800 s时相比,电流辅助退火90 s后晶粒尺寸从9.90 μm降低到7.78 μm,并且更加接近等轴晶;电流的引入提高了再结晶形核率,从而促进了晶粒细化;细化的晶粒可以同时提高材料的强度与塑性,并在表面微结构充填过程中提高晶粒变形均匀性,有效抑制表面裂纹的产生。结论 异步轧制与电流辅助退火的共同作用可有效细化2A97铝锂合金晶粒,改善微观组织均匀性与提高综合力学性能,具有良好的工程应用前景。
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  ZK61M镁合金口盖热冲压成形工艺参数数值模拟

  石文展, 赖彩芳, 何军, 马平义, 周贤军, 汤国伟, 彭赫力

  精密成形工程. 2025, 17(12): 133-139. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.12.014

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  目的 针对镁合金在实际生产中材料利用率低、无法在室温下进行冲压批量生产的问题,以飞行器镁合金口盖为研究对象,确定其热冲压成形最佳工艺参数。方法 基于Abaqus有限元仿真软件,建立了飞行器镁合金口盖热压成形有限元模型,分别探究了压边力、温度、侧壁斜度、凸缘圆角半径、底部圆角半径、摩擦系数对镁合金口盖热压成形的影响规律,基于有限元仿真结果对镁合金口盖三维模型进行尺寸优化。结果 镁合金口盖热压成形选用无压边的方案效果更佳;当温度为220 ℃时,壁厚减薄率最小;当镁合金口盖侧壁斜度为60°时,可使镁合金口盖凸缘区域保持较小的壁厚差;当凸缘圆角半径≤4 mm或底部圆角半径≤10 mm时,镁合金口盖热压成形后会发生失效;凸缘圆角处壁厚、底部圆角处壁厚及底部平面区域壁厚均随摩擦系数的变大而变小。结论 在凸缘圆角半径为8 mm、底部圆角半径为14 mm、侧壁斜度为60°、成形温度为220 ℃的条件下,能够成功获得满足使用要求的镁合金口盖零件。在该工艺参数下,可实现ZK61M镁合金口盖的快速大批量生产。
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  稀土镁合金舵翼蒙皮超塑成形仿真及工艺分析

  周贤军, 石文展, 汤国伟, 薛韶曦, 彭赫力, 黄裕乾

  精密成形工程. 2025, 17(12): 140-146. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.12.015

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  目的 为了探索镁合金舵翼蒙皮成形新途径,进一步拓展稀土镁合金的应用范围,对稀土镁合金舵翼蒙皮超塑气胀成形工艺进行了分析。方法 通过有限元仿真分析了不同成形参数下的稀土镁合金舵翼蒙皮超塑气胀成形过程,以最佳应变速率为目标优化气压加载曲线,并采用优化气压加载曲线进行了稀土镁合金舵翼蒙皮超塑气胀成形试验。结果 通过分析仿真结果,确定了超塑成形的最佳温度为420 ℃,最佳成形压力为1 MPa,最佳成形时间为1 h。在最佳成形参数下,2 mm镁合金板料成形后贴模紧密,蒙皮最小厚度为1.78 mm,减薄率为11%,蒙皮使用区域内板料厚度分布区间为1.8~2.0 mm。通过提取蒙皮截面位移,分析了不同空腔跨度下的板料超塑成形特性。通过“高温成形,带压降温”工艺,在优化超塑成形参数下制备得到稀土镁合金超塑成形舵翼蒙皮。结论 采用激光扫描设备测量舵翼表面,舵翼成形精度达到±0.2 mm,仅在舵翼面折角处存在轻微凹陷,实现了稀土镁合金舵翼蒙皮高精度超塑气胀成形。
轻合金成形
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  2219铝合金带螺旋交叉内筋筒形件旋压充筋行为研究

  吕伟, 龚熠莉, 任志朋

  精密成形工程. 2025, 17(12): 147-156. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.12.016

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  目的 揭示2219铝合金带螺旋交叉内筋筒形件流动旋压过程中内筋的充填高度规律及其影响因素,为内筋充填高度的主动调控提供依据。方法 通过单因素试验设计结合有限元仿真,获得不同进给比、减薄率、旋轮圆角半径、旋轮成形角等旋压成形参数下内筋的充填高度规律及影响机制。结果 进给比的增加使旋轮前方材料堆积增多,减薄率的增加不仅使旋轮前方材料堆积增多,而且使材料充筋的趋势得到增强,因此内筋的充填高度随进给比和减薄率的增大而显著提高;旋轮圆角半径的变化对旋轮前方材料堆积的影响较小,而旋轮成形角的增加虽然增加了旋轮前方的材料堆积,但削弱了材料充筋的趋势,因此内筋的充填高度随旋轮圆角半径和成形角的增加无明显变化。结论 进给比和减薄率是影响内筋充填高度的2个主要成形参数,增加进给比可以增加旋轮前方的材料堆积,增加减薄率不仅可以增加旋轮前方的材料堆积而且能增强材料充筋的趋势,使内筋的充填高度随进给比和减薄率的增加而显著提高。
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  基于多工艺协同优化的8011铝合金铸轧坯料组织与性能改进研究

  年涛, 彭言之, 浦治平, 徐尊严, 李才巨

  精密成形工程. 2025, 17(12): 157-168. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.12.017

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  目的 系统阐明冷轧预变形量、均质化退火及中间退火三大关键工艺对8011铝合金铸轧坯料显微组织与力学性能的多维度调控机制,从而解决因组织不均而导致的铝箔断带、针孔等生产问题,为高精度铝箔的生产工艺路线提供坚实的理论指导。方法 以含Al₉Fe₂Si₂第二相、表层3~5 μm细晶/心部10~15 μm粗晶梯度组织的铸轧坯料为对象,首先通过75%（轧制总变形量）冷轧预变形引入3.58 μm超细晶粒并强化β取向线Brass{011}<211>与S{123}<634>织构,使再结晶活化能降至14.97 kJ/mol;继而在530 ℃×3 h条件下进行均质化退火,促使第二相均匀弥散、晶粒长大至37.28 μm并削弱立方织构强度至5.4;最后在0.24 mm厚度阶段进行400 ℃×1 h中间退火,使析出相含量（体积分数）升至峰值4.28%、晶粒尺寸统一至18.16 μm并显著降低平面各向异性Δr至0.023 4。在上述工艺链的协同作用下,材料强塑性实现同步跃升,抗拉强度UTS达108.2 MPa,延伸率EI达40.55%;杯突值提高至9.38 mm,Δr降至0.023 4,表明塑性成形能力与厚度均匀性得到显著改善;显微组织由梯度不均转变为均匀弥散、晶粒细化且织构受控的优化状态,从根本上抑制铝箔断带与针孔缺陷。75%冷轧预变形+530 ℃/3 h均质化退火+400 ℃/1 h中间退火的综合优化工艺,不仅改善了铸轧坯料组织不均所导致的铝箔质量问题,而且提升了铝箔产品整体性能与质量稳定性,为高精度铝箔生产提供了理论依据与工艺指导。
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  飞行器材料与工艺成型研究进展

  马昕迪, 陶勇鹏, 柳扬

  精密成形工程. 2025, 17(12): 169-179. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.12.018

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  飞行器材料与成型工艺是决定航空航天装备性能、可靠性及经济性的核心基础。随着高超声速、长航时、可重复使用等先进技术的发展,对飞行器选材与工艺制备指标的要求更为苛刻。本文系统梳理了国内外在飞行器材料与先进成型工艺方面的研究现状与发展动态。在材料方面,重点阐述了高性能金属材料与复合材料的性能、应用情况与研究进展。在成型工艺方面,详细总结了熔模精密铸造、增材制造以及复合材料成型技术的原理、适用材料与应用实例,对比了国内外在工艺装备与工程应用方面的差异。最后展望指出,未来飞行器材料与工艺将朝着智能化设计、多功能集成与极端环境适应等方向持续发展。本文通过系统分析飞行器选材的典型特点、发展现状、成型工艺及其实际应用,旨在为未来飞行器结构功能一体化设计与制造提供参考。
钢铁成形
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  船用双曲鞍形板水火弯板工艺变形控制方法

  张志俊, 张保柱, 刘凯, 刘肖, 张庭伟, 张灿

  精密成形工程. 2025, 17(12): 180-188. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.12.019

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  目的 针对船体复杂曲面外板在传统水火弯板工艺中成型困难、存在多次火工矫正现象等问题,以典型的船用双曲鞍形板为研究对象,提出一种一次水火加热成型的新工艺方案,旨在通过控制成型过程中的横向变形,以减免后续火工矫正工作,提升水火弯板成型效率与形状精度。方法 建立水火弯板工艺变形预测的仿真分析模型,并通过实验验证模型的准确性;在此基础上,分析不同工艺路径方案对结构横向变形控制效果的影响,重点对比所提出的交叉火焰路径与传统路径的差异。结果 所建立的仿真模型能够有效预测水火弯板工艺中的变形行为。在相同翘曲变形条件下,提出的交叉火焰路径方案中的横向变形量显著降低,仅为传统工艺方案的23.5%;实验验证结果进一步表明,该路径能够有效抑制横向变形,证实了“非调整、一次成型”工艺方案的可行性。结论 交叉火焰路径在一次加热成型过程中能够有效控制双曲鞍形板的横向变形,实现高效、高精度的水火弯板成型,为船体外板复杂曲面加工提供了新工艺方向。
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  DP1180钢连铸坯高温热塑性研究

  高兴健, 刘鑫, 王文礼

  精密成形工程. 2025, 17(12): 189-198. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.12.020

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  目的 研究DP1180钢的高温热塑性,以提高DP1180钢连铸坯的质量和成材率。方法 利用热模拟试验机Gleeble-3800对DP1180钢进行热膨胀试验,获得钢的相变温度点;并在应变速率为0.01 s^-1和1 s^-1、变形温度为650~1 250 ℃条件下进行高温拉伸试验,获得不同变形条件下的应力-应变曲线。利用扫描电镜、金相显微镜、电子背散射衍射分析仪对试样的断口及纵切面进行观察分析,分析材料的断裂方式及DP1180钢的热塑性变化规律。结果 DP1180钢的奥氏体相变开始和结束温度点为715 ℃和855 ℃。在相同应变速率下,高温流变应力随变形温度的升高而减小;当变形温度不变时,流变应力则会随着应变速率的增加而增大。在变形条件范围内,试验钢的断面收缩率均大于60%。试样的断口形貌由不同尺寸的韧窝组成。试样在高温高变形速率下产生明显的动态再结晶。结论 DP1180钢在应变速率为0.01 s^-1和1 s^-1、变形温度为650~1 250 ℃条件下未出现脆性区间。试样的断裂方式主要为韧性断裂与微孔聚集型断裂。在应变速率1 s^-1、变形温度850~1 250 ℃条件下,材料组织塑性变形剧烈,发生明显动态再结晶,再结晶奥氏体在晶界处形核,使组织软化程度增加,提高了材料的塑性。
增材制造
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  黏结剂改性对黏结剂喷射3D打印316L不锈钢显微组织及力学性能的影响

  陈辉, 陆子洋, 徐龙, 王凡, 袁康, 陈超, 贾延东

  精密成形工程. 2025, 17(12): 199-207. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.12.021

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  目的 提高黏结剂喷射3D打印金属零部件组织致密度,进而提高金属零部件综合力学性能。方法 在现有黏结剂基础上添加金属盐,调控黏结剂黏度和表面张力,进而促进生坯烧结过程中金属粉末致密化过程,最终提高金属材料力学性能。结果 在黏结剂中添加适量醋酸铜可以保证黏结剂性状稳定。在打印过程中,黏结剂喷射3D打印316L不锈钢稳定无异常,打印生坯尺寸精度高且表面粗糙度低。316L不锈钢烧结试样致密度显著提升;拉伸性能同步提高,其中塑性提升44%,抗拉强度提升3.5%。结论 在黏结剂中添加适量醋酸铜,可以提高黏结剂喷射3D打印金属零部件致密度,提高金属零部件力学性能。
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  超声振动辅助激光熔覆IMI834组织与性能研究

  朱迅, 李子怿, 李九霄, 焦诗曼, 多丽娅, 闫百岁, 陈正

  精密成形工程. 2025, 17(12): 208-216. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.12.022

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  目的 采用超声振动辅助激光熔覆技术,系统研究超声功率比对熔覆IMI834高温钛合金显微组织演化、硬度及摩擦磨损性能的影响规律。方法 采用金相显微镜观察显微组织变化,利用激光共聚焦显微镜观察磨损后的3D轮廓。结果 超声振动显著改变了熔池凝固行为与组织形貌,促进了晶粒等轴化与细化,使其分布更加均匀,组织致密性与界面连续性得到明显改善。随着超声振动功率比的增大,显微硬度整体有所提高,且呈先升高后降低的变化趋势。在超声功率比为8%的条件下,平均显微硬度最高。此外,摩擦磨损性能也随着超声振动的施加有所改善。当超声功率比为8%时,摩擦系数及磨损量最低,分别为0.45和0.008 1 g。结论 超声振动能有效改善激光熔覆IMI834的硬度和摩擦磨损性能,但低功率改善有限,当超声功率比为8%时,硬度和摩擦磨损性能最优,而过高功率则因组织失稳而导致性能下降。在超声辅助激光熔覆过程中合理选择功率窗口对获得最佳耐磨性能具有关键意义。
先进制造技术与装备
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  航天用柔性接头关键结构优化及密封性能仿真研究

  夏志成, 牛志亮, 张帅, 郭龙昊, 许爱军, 岳振明

  精密成形工程. 2025, 17(12): 217-226. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.12.023

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  目的 为了对航天管路柔性接头的结构进行优化,利用仿真模拟的手段,对密封圈的预压缩量、密封槽深度、密封槽倒角进行优化,并对优化后的结构进行不同液压及偏转角度下的密封性研究。方法 首先,通过迭代优化的处理方式,并利用Abaqus软件进行有限元仿真（FEM）,依次对密封圈的预压缩量、密封槽深度、密封槽倒角等结构参量进行优化处理,并采用响应面法（Response Surface Methodology, RSM）对优化后的结构参量进行再次寻优处理,从而得出一组最优的结构参量。最后,在最优结构参量下对柔性接头进行极限耐压测试,对其不同液压下的密封性规律进行研究,并对其不同偏转角度下的密封性规律进行研究分析。结果 进行了多目标优化研究,得出了一组柔性接头最优的结构参数,对于极限耐压的研究,仿真结果表明,当液压超过3.6 MPa后,柔性接头将出现损伤,在所研究的偏转角度（柔性接头可实现的全部角度）下,密封圈表面最大接触应力均大于液压,密封性能良好。结论 本研究为进一步优化航天用管路柔性接头提供了思路和方法。通过仿真的手段,可以更有效地对柔性接头的结构进行优化,并对柔性接头在不同液压及偏转角度下的密封性规律进行了研究,从而为多工况柔性接头密封性规律分析提供了指导。
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  焊接角度对TA15钛合金激光填丝焊接头组织性能的影响

  刘宏伟, 蒋青, 郑敏, 张昭, 王善林, 陈玉华

  精密成形工程. 2025, 17(12): 227-240. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.12.024

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  目的 实现薄板TA15钛合金的高质量焊接并满足其在航天环境下的服役要求。方法 采用激光填丝焊接技术对TA15钛合金薄板进行对接焊接,系统研究不同焊接角度对焊缝成形、微观组织及力学性能的影响。结果 不同焊接角度下接头表面形貌相似,而底部宽度随焊接角度的增大呈先增后减的趋势,在60°时整体宽度最大,呈“X”形结构。随着焊接角度的增大,气孔率显著降低,气孔主要分布于焊缝底部,以冶金气孔为主。微观组织分析结果表明,60°焊接接头中出现大量马氏体集束,其余角度则以网篮状马氏体为主。热影响区组织均由块状α相、残余β相和针状马氏体组成,与平焊接头相似。所有接头的大角度晶界比例均超过92%。拉伸性能分析结果表明,各焊接接头的抗拉强度均高于母材强度,其中60°焊接接头抗拉强度最高,达1 121 MPa,断后伸长率为55%~64%。拉伸变形主要集中于硬度最低区域,断裂位置位于热影响区。结论 激光填丝焊接工艺参数对TA15钛合金接头性能具有显著影响,可为航空航天领域钛合金焊接提供参考。
铜合金成形
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  颗粒芯模对T2铜管弯曲成形质量的改善研究

  朱英霞, 王磊, 元琛, 陈炜, 李晖

  精密成形工程. 2025, 17(12): 241-249. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.12.025

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  目的 探究颗粒芯模填充对T2铜管数控绕弯成形质量的影响机制,分析其在控制截面塌陷、抑制壁厚减薄与减轻损伤方面的效果,提高弯曲构件的成形精度与服役可靠性。方法 建立基于Drucker-Prager本构模型的颗粒介质芯模的有限元模型,并通过实验验证该模型的可靠性。在此基础上,系统研究颗粒芯模对管材绕弯成形过程中截面塌陷率、壁厚减薄率及损伤因子分布的影响规律,并与无芯模填充、刚性芯模填充和PE芯模填充3种填充条件做对比分析。结果 颗粒芯模填充时的平均截面塌陷率（9.94%）显著低于无芯模填充时的,并随弯曲角的增大逐渐稳定;颗粒芯模填充时的平均壁厚减薄率（8.55%）明显低于刚性芯模（10.18%）与PE芯模的（10.47%）;颗粒芯模对应的管材弯曲最大损伤值（0.88）低于刚性芯模（0.93）与PE芯模的（0.90）。结论 颗粒芯模在截面稳定性、壁厚均匀性和损伤控制三者之间实现了较优平衡,综合性能优于传统刚性芯模与PE芯模的综合性能。其柔性填充体在弯曲过程中逐步被压实,既可提供有效内部支撑,又能减缓应力集中,为高精度管材弯曲制造提供了可靠新方案。