2025年, 第17卷, 第6期　
刊出日期：2025-06-10

  

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精密钎焊
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  金刚石光学窗口钎焊使用钎料研究现状

  盛兰兵, 张晓航, 尹东坤, 佘春, 王小宇, 沈元勋

  精密成形工程. 2025, 17(6): 1-12. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.06.001

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  随着科技的迭代升级,对高性能光学窗口的需求日益凸显,金刚石光学窗口在电子、信息、航天等领域具有巨大的应用前景。目前金刚石窗口面临着性能要求高、连接难度大、传统钎焊材料难以满足需求的难题。本文对CVD金刚石光学窗口钎焊研究现状和发展趋势进行了论述,从金刚石使用的钎焊材料着手,分别介绍了Ni基、Cu基、Ag基3种不同类型的钎焊材料在金刚石钎焊中的应用现状。对Ag基钎料钎焊金刚石光学窗口过程进行了重点阐释,概述了添加不同种类合金成分的Ag基钎料对钎焊过程中组织形成及焊缝性能的影响,并探讨了单步及多步降熔法对减轻银铜基钎焊接头应力集中的作用机制。分析了Ni基与Cu基钎料因钎焊温度较高而容易产生严重的石墨化问题以及因存在较大的残余应力而不适用于窗口钎焊的原因,总结了不同钎料及钎焊工艺在窗口钎焊过程中存在的问题。最后探讨了目前Ag基钎料在钎焊金刚石窗口过程中仍存在的问题并提出了解决方案,并对金刚石窗口钎焊连接的未来发展进行了展望。
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  Cu/Al异种金属钎焊及其界面组织调控的研究现状

  高雅, 黄俊兰, 纠永涛, 王红娜, 常云峰

  精密成形工程. 2025, 17(6): 13-13. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.06.002

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  Cu/Al复合结构因具有质量轻、综合性能优良等特点在多领域得到广泛应用。铜铝连接最常用的方法是焊接,但Cu、Al的物理化学性能差异较大,焊接性差。钎焊可以实现Cu/Al异种金属的可靠连接,但焊接过程中接头界面区易反应生成金属间化合物,金属间化合物层过厚会使接头连接强度降低。本文综述了Cu/Al钎焊常用的焊接方法和主要钎料体系,对比了各种焊接方法的优缺点和钎料体系的组织性能特点,重点从钎焊工艺调控、钎料合金化和母材表面金属层改性三方面论述了国内外研究者对钎焊接头界面区组织调控的研究现状。采用超声波复合钎焊、固相焊辅助钎焊、半固态钎焊等钎焊工艺,虽然可以提升接头性能,但设备复杂和操作问题限制了这些方法在Cu/Al钎焊工业中的应用;在母材表面复合中间层/过渡层的方式则需要增加焊前预处理工序,不利于提高生产效率;钎料合金化的研究多是集中在合金元素对钎料组织和性能的实验研究方面,未来可与材料计算相结合,运用材料基因组技术为Cu/Al钎焊材料的研发提供指导。
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  Zr和Cu元素对钎焊TC4蜂窝微观组织与力学性能的影响

  郭琛骏, 孙逸翔, 裴夤崟, 秦建, 李文彬, 马运五

  精密成形工程. 2025, 17(6): 26-35. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.06.003

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  目的 研究Cu、Zr含量对Ti-Zr-Cu-Ni钎料钎焊TC4蜂窝组织及性能的影响。方法 通过SEM、XRD和力学试验机等表征手段,发现钎焊接头主要由α-Ti+β-Ti及(Ti,Zr)₂(Cu,Ni)等金属间化合物（IMCs）组成。随着Cu、Zr含量的增加,钎料对母材的溶蚀加剧,其中高Cu钎料容易在母材与钎缝区域的连接表面发生偏析产生Ti₂Cu等金属间化合物,而高Zr钎料则易在整个钎缝及钎角区域产生Zr₂Ni, Zr₂Cu等IMCs,从而影响接头的力学性能。结果 Zr比Cu更易扩散至母材形成IMCs,通过调控Cu、Zr含量,可优化IMCs的形成,从而提升接头力学性能。力学测试结果显示,富Cu钎料的最大拉脱强度为22.0 MPa,富Zr钎料的最大抗剪切强度为6.9 MPa。结论 富Cu钎料易生成Ti₂Cu,富Zr钎料易生成Zr₂Ni、Zr₂Cu等金属间化合物。这些金属间化合物降低了焊后残余应力并阻碍了裂纹扩展,从而提高了钎焊接头的力学性能。
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  Ti-Zr-Cu-Ni钎料钎焊TA2钛合金的界面组织和拉伸强度研究

  刘全明, 肖俊峰, 唐文书, 高松, 孙华为, 秦建, 程亚芳, 龙伟民

  精密成形工程. 2025, 17(6): 36-45. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.06.004

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  目的 通过自制Ti-Zr-Cu-Ni钎料实现TA2钛合金钎焊连接,研究Ti-Zr-Cu-Ni钎料合金组织特征、接头界面组织、熔蚀特性及拉伸强度,为燃机损伤部件钎焊修复用钛基钎料及钎焊工艺研发提供理论支撑。方法 采用SEM、XRD分析了钎料及钎焊接头的组织,研究了钎料类型对接头拉伸性能的影响。结果 降低钎料中Cu、Ni的含量并添加Sn或V元素后,（Ti、Zr）固溶体相尺寸减小;Sn、V更倾向于与Ti、Zr结合形成复杂的晶体相并向（Ti、Zr）固溶体中汇集,元素扩散区深度减小,晶间渗入距离未见变化;引入5.0%（质量分数）Sn、1.5%（质量分数）V后,接头拉伸强度分别为300.6 MPa和302.7 MPa;非晶钎料无明显晶体相,晶间渗入距离明显增大,接头拉伸强度为267.0 MPa。结论 钎焊接头界面为完全反应型结构,当钎料中引入5.0% Sn、1.5% V后,拉伸强度小幅降低,非晶钎料钎焊接头拉伸强度大幅降低,塑性指标均有所提升。少量微元素形成的晶体相对接头强度影响有限,非晶钎料钎焊界面冶金反应充分,形成更多脆性相,导致接头强度大幅下降。添加Sn或V后,分别在接头组织中形成Ti₂Sn₃、Ti₆Sn₅、Zr₅Sn₃或Ni₃VZr₂、NiV₃、Ni₂V等晶体相,可改善接头塑性。
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  异质材料钎焊连接润湿性改善与调控策略研究进展

  李胜男, 池强, 封辉, 张雷, 纠永涛, 龙伟民

  精密成形工程. 2025, 17(6): 46-55. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.06.005

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  钎焊具有接头应力小、变形小、可连接异质材料等优点,广泛应用于石油化工、电子封装、能源电力和航空航天等领域。异质材料界面物性差异高、钎焊难度较大,钎料润湿母材是实现钎焊的基础,润湿性问题已成为制约异质材料高可靠连接的关键挑战。本文通过系统的文献调研和分析,详细阐述了润湿本质及其在钎焊中的表征方法。通过对润湿性的影响因素进行分析,总结了改善途径和调控策略,包括改善钎料成分、制定合适的钎焊工艺、改变母材表面的状态等。揭示了提高润湿性的机理,即促进钎料和母材元素之间的溶解和反应,降低界面能。研究结果可用于指导研发新型钎料、制定钎焊工艺,从而提高钎焊接头的质量,为复杂异质材料构件的高精度、高效率、高性能钎焊提供了重要的技术支撑。
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  基于AgMn钎料的Ti₂AlNb合金与GH536镍基合金的钎焊工艺与性能研究

  李银, 周雨萌, 张瑜, 郭伟, 龙伟民, 张雷

  精密成形工程. 2025, 17(6): 56-65. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.06.006

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  目的 探讨银基钎料（AgMn）对Ti₂AlNb合金和GH536镍基高温合金钎焊连接性能的影响机制,分析钎焊接头的微观组织、反应产物及力学性能,评估焊接工艺对接头性能的影响。方法 采用AgMn对Ti₂AlNb合金和GH536高温合金进行钎焊实验,焊接温度设定为960~1 020 ℃,保温时间为5~30 min。通过光学显微镜、扫描电子显微镜（SEM）、能谱分析（EDS）以及X射线衍射（XRD）等手段表征焊接接头的微观组织与物相组成,并通过显微硬度和剪切强度测试评估接头的力学性能。结果 随着焊接温度和保温时间的增加,母材侧的扩散影响区和界面反应层宽度增加,钎焊接头钎缝中Ag层的宽度逐渐减小。当焊接温度为960 ℃、保温时间为20 min时,接头的最大室温抗剪强度为176.9 MPa。接头的断裂发生在Ti₂AlNb合金侧界面反应区,断裂位置为β-Ti层,该层是接头中硬度最高的区域,断裂方式为脆性断裂。结论 AgMn银基钎料可有效实现Ti₂AlNb合金与GH536合金的钎焊连接,且钎焊接头的力学性能受焊接温度和保温时间的显著影响。通过控制焊接工艺参数,可以获得强度较高且无明显缺陷的接头。
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  自然时效对键合银丝拉伸性能的影响

  李元, 李培艳, 郭鹏, 马帅杰, 王梦超, 郭军华, 黄成志

  精密成形工程. 2025, 17(6): 66-73. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.06.007

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  目的 厘清自然时效状态下纯银键合线拉伸性能的演变规律,探索超细丝拉伸性能波动的原因,为高稳定性键合丝的制备提供指导。方法 首先选择同一批次纯银坯料,调控拉拔与中间退火工序,制备不同等效应变的超细丝;其次在常温下对拉拔态超细丝进行时效处理;最后测试不同时效时间下超细丝的拉断力与延伸率,分析其演变规律。结果 拉拔态超细丝的拉断力随自然时效时间的延长而不断减小;应变越高,初始抗拉强度越高,但不同应变的超细丝抗拉强度均逐渐稳定于约180 MPa;延伸率随时效时间的延长而不断增大,但其演变时间曲线的特征节点滞后于拉断力的特征节点;不同应变超细丝初始延伸率的绝对波动较小,在时效后期,绝对波动值呈杂乱波动状态;延伸率相对波动初始较大,当时效0~2 d时,出现相对波动高峰期,高峰期持续1~5 d,后续相对波动会减小。结论 纯银超细丝拉伸性能自然时效演变存在孕育期、快变期、稳定期;延伸率的相对波动存在起始期、高峰期、稳定期;在拉伸性能的快变期、延伸率相对波动的高峰期制备键合丝易导致性能不稳定。
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  Haynes 214合金与GH5188合金钎焊界面组织分析

  徐彦强, 梅寒, 马广璐, 刘悦, 董佳鹏, 赵万棋, 郭伟, 龙伟民, 郭伟

  精密成形工程. 2025, 17(6): 74-81. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.06.008

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  目的 研究不同钎料钎焊Haynes 214合金与GH5188合金钎焊界面的熔蚀现象。方法 针对Haynes 214合金蜂窝与GH5188合金板材的焊接需求,使用HBCo51CrNiSiW、HBNi71CrSi和B-Ni73CrSiB-40Ni-S 3种不同钎料进行钎焊工艺实验,并对钎焊界面进行组织和成分分析。结果 当采用B-Ni73CrSiB-40Ni-S钎料进行钎焊时,钎焊界面显示出良好的组织均匀性,并未出现熔蚀现象。当使用HBCo51CrNiSiW和HBNi71CrSi 2种钎料进行钎焊时,于Haynes 214合金蜂窝根部产生熔蚀,且HBCo51CrNiSiW钎料对Haynes 214合金蜂窝的熔蚀程度更严重。进一步分析表明,产生这种熔蚀现象的主要原因为,在高温钎焊过程中,钎料与母材之间发生了元素扩散,钎料中的Si元素不断向母材扩散,与母材形成了低熔点共晶相,造成母材熔蚀。结论 B-Ni73CrSiB-40Ni-S钎料在钎焊Haynes 214合金蜂窝与GH5188合金板材时表现出更优异的性能,能够有效防止母材熔蚀问题的发生。
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  滚珠丝杆材料表面感应淬火工艺研究

  杨雷, 郝庆乐, 丁翔, 袁世峰, 赵凯鹏, 王陆军, 龙伟民

  精密成形工程. 2025, 17(6): 82-88. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.06.009

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  目的 提升机床用磨制滚珠丝杠生产加工精度,提高机床用滚珠丝杠的精度保持性及服役寿命。方法 根据机床用磨制丝杠的不同规格,确认滚珠丝杠坯料感应淬火硬度和有效淬火层深。利用常用磨制滚珠丝杠材料4150和GCr15进行感应器结构设计研究,利用有限元软件comsol进行电磁仿真,使感应器磁场聚集在工件表面,并针对相同规格的4150和GCr15材料,分别设计感应器并进行表面感应淬火,研究2种不同材料的感应淬火差异性。结果 利用设计的感应器进行淬火工艺试验研究,得到相同淬硬层深下4150、GCr15 2种材料的滚珠丝杠的不同淬火工艺。结论 研究了4150、GCr15棒材感应淬火工艺,研究结果可为生产不同材料的滚珠丝杆提供感应器设计理论依据,提高滚珠丝杠坯料淬火精度,进而提升机床用磨制丝杠生产精度及精度保持性。
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  Zn-Al钎料钎焊Al-Si-Cu压铸铝合金组织及性能

  王伟番, 路全彬, 雷小伟, 方乃文, 林三宝, 李渤渤

  精密成形工程. 2025, 17(6): 89-96. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.06.010

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  目的 以Al-Si-Cu系压铸铝合金AC4B为研究对象,研究不同成分的Zn-Al钎料配合氟铝酸铯膏状钎剂对钎焊接头微观组织和力学性能的影响,以期为压铸铝合金钎焊及其应用提供技术参考。方法 采用金相显微镜（OM）、电子扫描电镜（SEM）、能谱分析（EDS）对母材和钎焊接头组织进行分析;采用万能电子试验机对钎焊接头进行压缩剪切试验,并对剪切断口进行分析。结果 不同成分的Zn-Al钎料均能获得致密的钎缝组织;钎缝组织主要由Zn基固溶体/Al基固溶体、Zn-Al共晶组织、块状Si组成;随着钎料中Al元素含量的增加,钎焊接头的剪切强度增加。98Zn02Al钎料的剪切强度最低,剪切强度为92 MPa,85Zn15Al钎料的剪切强度最高,达到112 MPa。剪切试样均断裂在钎缝位置,断口平齐,无明显塑性变形;断口存在明显的解理特征,为脆性断裂。结论 采用Zn-Al钎料钎焊Al-Si-Cu系压铸铝合金,获得了较为致密的钎焊接头,可为后续压铸铝合金的钎焊研究及应用提供一定的技术参考。
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  Zn对Cu-20Sn-10Ti钎焊金刚石界面特征和耐磨性的影响

  杜全斌, 姜雪, 崔冰, 陈广明, 李昂, 王蕾, 于奇, 方占江

  精密成形工程. 2025, 17(6): 97-108. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.06.011

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  目的 改善Cu-20Sn-10Ti钎焊金刚石宏观形貌和界面区钎料合金显微组织,减少钎焊接头孔洞、裂纹和粗大脆性相等缺陷,提高钎焊金刚石工具的磨削性能。方法 采用扫描电子显微镜（SEM）、能谱分析仪（EDS）、X射线衍射仪（XRD）和摩擦磨损试验机等设备,研究了Zn对Cu-Sn-Ti钎焊金刚石界面特性及磨削性能的影响规律。结果 当Zn质量分数为4.5%时,钎焊金刚石近界面区及钎料层没有产生裂纹和孔洞,具有最佳的宏观形貌和最适宜的金刚石出露度55%。界面区钎料合金显微组织主要由灰色α-Cu相和灰白CuSn₃Ti₅相组成,随着Zn含量的增加,CuSn₃Ti₅相逐渐细化,当Zn质量分数为4.5%时,细化效果最佳。不添加Zn时,钎焊金刚石表面形成了连续致密易剥离的TiC层,随着Zn含量的增加,TiC层逐渐变为断续长絮状、颗粒状,且TiC层厚度逐渐减小。当Zn质量分数为7.5%时,局部生成TiC且无法完全覆盖金刚石表面。随着Zn含量的增加,钎焊金刚石试样的摩擦因数、不均匀磨损率呈先减小后增大的趋势,去除量呈先增大后减小的趋势。当Zn质量分数为4.5%时,钎料金刚石试样具有最小的摩擦因数（0.25）和不均匀磨损率（16.67%）以及最大的材料去除量（49.15 mg）。结论 综合钎焊金刚石试样的宏观形貌、界面结合状态和磨削性能,在Cu-20Sn-10Ti钎料中添加Zn的最佳质量分数为4.5%。
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  真空灭弧室钎焊温度场仿真分析

  李小钊, 赵芳帅, 柴娜, 郭润韬, 谷凤娟, 周许升, 裴夤崟

  精密成形工程. 2025, 17(6): 109-118. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.06.012

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  目的 通过对真空灭弧室真空钎焊温度场进行计算研究,获取温度场分布、温度差和保温时间的相关数据,以指导灭弧室钎焊工艺。方法 使用COMSOL Multiphysics多场耦合有限元分析软件,构建灭弧室真空钎焊传热模型,根据工件实测温度,对仿真结果进行校核,并研究升温速度、装炉量和加热带对温度场均匀性和钎焊保温时间的影响规律。结果 灭弧室真空钎焊全工艺过程温度场仿真的平均误差低于2%,模型准确度高。随着升温速率的增加,工件最大温度差显著上升,保温时间先增加后几乎不变;在批量生产条件下,当升温速率为5 ℃/min时,温度场均匀性最佳,同时所需保温时间较短;灭弧室钎焊温度场均匀性随着装炉量的增加而显著下降,所需保温时间呈线性增长趋势。通过增加中间加热带,灭弧室批量钎焊时温差可降低16%,保温时间可缩短50%。结论 建立了准确可靠的真空灭弧室真空钎焊温度场模型,利用该模型计算得到了适于批量生产的升温速率,经计算验证,增加中间加热带可以有效提高温度场均匀性和缩短保温时间,温度场优化效果显著。
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  脉冲磁场频率对铝/钢CMT熔钎焊接头组织及性能的影响

  石晓辉, 浦娟, 许祥平, 龙飞, 饶嘉威

  精密成形工程. 2025, 17(6): 119-128. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.06.013

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  目的 研究不同脉冲磁场频率对铝/钢焊接接头结合质量的影响,实现铝/钢异种金属的高效焊接。方法 采用脉冲磁场辅助CMT熔钎焊方法,对6061铝合金试板和Q235B钢板进行对接焊,通过光学显微镜、扫描电子显微镜和万能力学试验机等设备对铝/钢接头微观组织、力学性能和耐腐蚀性能进行分析。结果 添加脉冲磁场后没有改变焊接接头的组织构成,焊缝主要由Al-Si共晶组织和α-Al固溶体构成。铝/钢界面层由θ-Fe₂(Al, Si)₅和τ₅-Al_7.2Fe_1.8Si组成。随着脉冲磁场频率的增加,焊缝组织晶粒尺寸发生细化,当脉冲磁场频率为20 Hz时,Al-Si共晶组织尺寸最小。此时,接头的平均抗拉强度最大,为193.5 MPa。脉冲磁场频率大小对铝/钢接头耐腐蚀性能有一定影响。随着脉冲磁场频率的增加,接头的耐腐蚀性先升高后降低。当磁场频率为20 Hz时,铝/钢接头耐腐蚀性能最好。其实质是脉冲磁场频率影响界面层的IMC厚度,最终抑制了接头的电偶腐蚀。结论 脉冲磁场频率大小可以影响铝/钢界面IMC层的厚度,添加合适的磁场频率可以进一步提高铝/钢界面的结合质量,接头的抗拉强度和耐腐蚀性均能得到提高。
轻合金成形
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  航天用铝合金渐进成形韧性断裂数值预测的研究进展

  高正源, 李沛豪, 李正芳, 安治国, 李治兵, 孙鹏飞, 任重, 李江, 张义, 乔正阳

  精密成形工程. 2025, 17(6): 129-142. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.06.014

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  随着现代工业的进步,为了满足航天制造和汽车工业领域日益增长的高精度定制零件需求,轻量化制造已成为航天和汽车工业的重要发展方向,其中渐进成形技术以其柔性无模的特性满足了高精度、低成本、个性化生产的需求。铝合金因其优异的比强度和成形性,成为渐进成形的首选材料,但其在复杂应力条件下易发生韧性断裂,这对零件的质量和性能提出了挑战。近年来,随着计算机等相关学科的进步,有限元仿真技术与相关韧性断裂准则已成为预测铝合金成形断裂缺陷的重要手段。本文总结了材料发生塑性变形时的本构模型,并对宏观场景下快速预测的耦合韧性断裂准则与微观分析和高精度模拟的非耦合韧性断裂准则的研究现状进行了详尽综述,探讨了各类本构模型和断裂准则在渐进成形中的适用性和精度,同时分析了通过优化网格尺寸、温度和刀具路径等工艺参数来提高成形性能并提升断裂预测精度的方法。最后,结合实验与数值仿真结果,验证了数值仿真在预测韧性断裂缺陷方面的准确性,并综述了工艺参数对材料韧性断裂预测精度的影响。在此基础上,未来应聚焦于提升铝合金渐进成形性能和断裂预测精度,发展更精确的本构模型与韧性断裂准则,优化温度、网格尺寸和刀具路径等工艺参数。同时,探索新型铝合金及复合材料的断裂预测方法,结合多场耦合仿真技术,为高端制造中的应用提供支持。
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  超声振动辅助对6061铝合金拉伸性能及微观组织的影响

  吕源, 潘熙祥, 易聪, 杨坪川, 林芯仪, 李鑫, 王岩, 王一凡

  精密成形工程. 2025, 17(6): 143-149. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.06.015

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  目的 在不同振幅的超声振动辅助情况下,研究6061铝合金材料拉伸性能和微观组织的变化。方法 在不同超声振幅条件下进行了不同拉伸速率的超声辅助拉伸试验。通过显微硬度计对拉伸试件的硬度进行测量。采用扫描电子显微镜观察分析断口形貌。采用金相显微镜观察超声振动作用下材料微观组织的变化。结果 随着超声振动的施加,拉伸试件的显微硬度显著提升,显微硬度的增幅与超声振幅和振动施加时长成正比,试件断口中的韧窝尺寸和韧窝数量显著提高,大尺寸晶粒数量显著下降,细小晶粒持续增加。拉伸过程中的流动应力显著下降,屈服强度从285.01 MPa下降至264.51 MPa,抗拉强度由355.71 MPa下降至336.09 MPa,伸长率变化较小。结论 在拉伸过程中超声振动起到硬化作用,硬化作用效果的主要影响因素是超声振动的振幅大小和超声作用时长。产生超声硬化效果是因为在超声的作用下,材料的小尺寸晶粒数量显著提升,从而产生的细晶强化效应导致力学性能增强。
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  7A52铝合金激光-MIG复合焊接数值模拟

  刘庭, 赵晓鑫, 朱加雷, 张子钺, 王程远, 祁式孔, 姜成云

  精密成形工程. 2025, 17(6): 150-159. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.06.016

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  目的 探究7A52铝合金激光-MIG复合焊接过程中温度场变化、熔池演变行为及材料形变缺陷形成的耦合机制,为优化复合焊接工艺参数与抑制焊接缺陷提供有力依据。方法 使用Abaqus有限元分析软件,采用圆锥体热源与双椭球热源组合模型,对中厚板7A52铝合金激光-MIG复合焊接进行数值模拟,通过焊接实验验证数值模型的可靠性。结果 实际焊接过程中的最大变形量约为2 mm,模拟最大变形量为1.72 mm,模拟温度峰值达2 050 ℃、等效应力峰值达301 MPa,数值模拟的焊缝截面尺寸形貌与实际焊缝截面的基本一致。结论 所选用的组合热源模型适用于铝合金的激光-MIG复合焊接,实验优化后得到了最佳的焊接工艺参数,采用优化后的焊接工艺参数能有效抑制焊接过程中温度非均匀分布与残余应力集中引发的材料形变缺陷。
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  喷射沉积7075铝锭的部分熔融及半固态触变成形性能研究

  吴道祥, 陈华标, 胡嘉航, 孟毅

  精密成形工程. 2025, 17(6): 160-168. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.06.017

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  目的 探索喷射沉积7075铝合金在半固态触变成形过程中的微观组织演变规律及工艺参数对成形性能的影响,为优化触变成形工艺提供理论支持和实践指导。方法 选取直径900 mm、高度600 mm的喷射沉积7075铝锭为研究对象,通过热模拟试验平台设计等轴压缩模具,开展不同温度（510、540、570、600 ℃）、不同保温时间（60、120、300 s）及不同压下量条件下的半固态触变成形试验。在试样触变成形结束后快速水冷并分割,利用光学显微镜分析微观组织特征。同时,结合有限元模拟对不同区域的等效应变量进行计算,研究应变分布与微观组织之间的关联。结果 随成形温度与保温时间的增加,喷射沉积7075铝合金的晶粒逐渐粗大并趋于球形化,晶界区域液相体积增加并形成网络状结构。在较高温度（570 ℃）条件下,液相从中心区域向边缘流动,引发液相偏析现象。此外,孔隙数量减少但孔隙体积有所增大。结论 喷射沉积7075铝合金在半固态触变成形过程中表现出显著的微观组织演变特征,成形温度对液相分布及晶粒球化的影响显著。570 ℃和60 s的成形参数能够有效平衡晶粒球化与共晶物溶解过程,提升成形性能。为解决裂纹与孔隙问题,建议采用闭式模具设计以促进液相填充并抑制液相外流导致的偏析现象。
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  超声喷丸角度对AZ31B镁合金耐蚀性的影响机理研究

  柴彬, 刘震, 刘桂平

  精密成形工程. 2025, 17(6): 169-176. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.06.018

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  目的 探究超声喷丸角度对AZ31B镁合金耐蚀性的影响机理。方法 采用不同的超声喷丸角度对AZ31B镁合金进行了超声喷丸处理,研究了不同喷丸角度对AZ31B镁合金耐蚀性能的影响规律,并通过表征材料的微观组织及表面形貌,分析了喷丸角度对AZ31B镁合金耐蚀性的影响机制。结果 改变超声喷丸角度可以有效改善材料表层的宏观形貌,使材料表层形貌更加平整。超声喷丸角度的降低减小了丸粒对材料表层的冲击作用,缓解了传统超声喷丸在材料表层造成的高应力状态。90°、45°、30°超声喷丸后,试样的稳态开路电势分别为-1.595、-1.552、-1.538 V。结论 3种喷丸角度的处理方式按镁合金开路电位从大到小的顺序依次是30°超声喷丸、45°超声喷丸、90°超声喷丸。喷丸角度的增加有效提高了材料的耐蚀性能,这为进一步提高AZ31B镁合金耐蚀性提供了新方法和借鉴。
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  层间搅拌摩擦加工对电弧增材制造铝合金温度场与应力场影响研究

  刘莉, 徐望辉, 刘锐哲, 徐虎, 黄永宪, 董春林

  精密成形工程. 2025, 17(6): 177-186. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.06.019

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  目的 针对电弧增材制造铝合金缺陷多、晶粒粗大、力学性能低的难题,采用电弧-搅拌摩擦加工复合增材制造的新工艺,研究层间搅拌摩擦加工对电弧增材制造铝合金温度场与应力场的影响。方法 通过建立铝合金电弧（Wire and Arc Additive Manufacturing, WAAM）-搅拌摩擦加工（Friction Stir Processing, FSP）复合增材的热力耦合模型,对单独电弧增材制造和WAAM-FSP复合增材过程中的温度场和应力场进行对比,分析层间FSP对电弧增材制造铝合金温度场和应力场的影响。结果 在WAAM过程中,2319铝合金最高温度达到1 575 ℃;在堆积下一道次时,前一道增材层峰值温度超过2319铝合金的液相线,使增材层发生部分重熔。层间FSP使增材试样峰值温度由1 575 ℃升高至1 619 ℃,在第一层增材时,层间FSP使工件的温度升高至约395 ℃。后续电弧增材及层间FSP对已增材层产生的温升影响随层数的增加而降低。此外,引入层间FSP后,增材构件起弧端、基板与堆积层交界处的应力集中面积减小,使熔敷层内峰值应力值降低约20 MPa。结论 层间搅拌摩擦加工可降低增材工件的冷却速度以及温度梯度,同时层间FSP过程中产生的热力耦合作用使增材构件中的应力分布更均匀,解决了增材件中应力集中的问题。
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  热处理对205B铝合金激光-CMT复合增材成形件组织及性能的影响

  牛晨旭, 张嘉, 吕蒙, 郭海伟, 杨丰豪

  精密成形工程. 2025, 17(6): 187-196. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.06.020

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  目的 针对205B增材制造成形件存在组织均匀性差、强度低和力学性能各向异性大等缺陷问题,对其进行了热处理以期改善合金的相关性能。方法 以激光-电弧（CMT）复合增材205B铝合金为研究对象,采用固溶淬火+时效热处理的研究方法,对不同热处理工艺下材料的宏微观组织形貌、第二相分布、显微硬度及拉伸强度进行表征。结果 随固溶时间的延长,晶界处α+θ共晶组织逐渐消失,Cu元素固溶到Al基体中;当固溶时间为120 min时,材料的显微硬度、横向和纵向平均拉伸强度分别为152.48HV、439.51 MPa、429.15 MPa。随时效时间的延长,晶内T相不断长大和聚集,并形成“黑色块状物质”;且试样的显微硬度、横向和纵向拉伸强度均随固溶时间的延长呈现出先上升后下降的趋势,当时效时间为360 min时,材料获得了最佳的力学性能（硬度154.67HV、横向拉伸强度448.05 MPa、纵向拉伸强度435.59 MPa）。结论 采用固溶淬火+时效热处理的方法能有效改善复合增材205B铝合金宏微观组织的均匀性,且能大幅提高其硬度并降低拉伸强度的各向异性。
钢铁成形
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  PHS1800热成形钢电阻点焊接头的力学性能及断裂机制分析

  陈嘉隆, 刘岩, 李博, 叶海青

  精密成形工程. 2025, 17(6): 197-205. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.06.021

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  目的 研究电阻点焊工艺参数对PHS1800热成形钢焊接接头力学性能的影响规律,并分析其断裂机制。方法 采用扫描电镜、拉伸试验机和显微硬度计等手段,对PHS1800热成形钢电阻点焊接头的力学性能进行测试。通过观察接头显微组织、测量拉伸强度及显微硬度分布,系统分析了接头的断裂机制。明确了焊接工艺参数对焊接接头拉伸性能的影响规律。结果 在焊接电流为11.5 kA、焊接时间为0.6 s、电极压力为2.0 kN的条件下,焊接接头的拉伸性能最优。结论 焊接时间和焊接电流对焊接接头拉伸性能的影响较大,电极压力的影响较小。焊接接头的断裂机制分为拔出断裂和界面断裂,2种断裂机制均为脆性断裂,这主要是因为母材与焊接接头部分均有马氏体存在,在拉伸性能上,拔出断裂时接头的抗拉剪能力更好;焊接接头各区域按平均硬度值由大到小的顺序依次为母材区（727.47HV0.2）、熔核区（687.69HV0.2）、热影响区（632.23HV0.2）,这是由于焊接后各个区域的马氏体组织含量不同,以及焊接完成后形成了回火马氏体和铁素体等组织,导致热影响区与熔核区的显微硬度均低于母材区硬度。
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  15CrMoG合金钢Hansel-Spittel本构模型的建立与精度分析

  付文涛, 王伟, 马世博, 穆振凯, 王宝雨, 刘宏伟

  精密成形工程. 2025, 17(6): 206-214. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.06.022

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  目的 掌握不同条件下15CrMoG的高温流变规律,为热加工工艺提供参考。方法 在变形温度为900~ 1 200 ℃、应变速率为5~20 s^-1条件下,采用Gleeble热模拟试验机对15GrMoG耐热钢进行等温压缩试验。基于试验数据,采用线性拟合及自定义非线性拟合方法,求解Hansel-Spittel（H-S）本构模型的材料参数。由于H-S本构模型中的参数A对应变的敏感性较高,因此采用应变的多项式拟合方法,替代常规的数值平均法,以修正参数A,从而提升H-S模型的精度。结果 随变形温度的降低或应变速率的升高,15CrMoG合金钢的真实应力-应变曲线整体向高应力区偏移,表明该合金钢的流动应力符合典型合金钢的热变形行为。所构建的本构模型的预测应力值与等温压缩试验应力值的相关系数R和平均绝对相对误差分别为0.997 45和2.324 3%。经修正后,相关系数R达到0.998 13,同时平均绝对相对误差降低至1.812 3%。结论 对Hansel-Spittel进行修正可更准确地描述15CrMoG的高温变形行为,修正参数A后的H-S本构模型具有较高的准确性和预测效能。
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  SP2215和HR3C异种钢焊接接头长期服役后的微观组织和力学性能

  吝江, 张永辉, 王晓春, 马志宝, 曲桂阳, 高静, 王庆峰, 周浩, 图嘎

  精密成形工程. 2025, 17(6): 215-224. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.06.023

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  目的 对比国内外超超临界机组锅炉用奥氏体耐热钢及异种钢焊接接头的服役状况差异及可靠性。方法 通过室温拉伸测试、冲击测试以及光学显微镜和扫描电子显微镜,对620 ℃下服役4 000 h的再热器蒸汽管的母材HR3C、SP2215以及这2种钢焊接接头的显微组织和力学性能进行精确表征和测试。结果 服役后,母材SP2215、HR3C以及焊接接头均具有较高的强度,但塑性和韧性较低。与焊接接头相比,母材的强度、塑性和韧性均更高,且SP2215的强度性能优于HR3C的。对微观组织进行观察后发现,母材和接头的断口形貌都呈现出明显的冰糖状,是典型的沿晶断裂模式。结论 母材SP2215由奥氏体基体组成,晶界处富Cr碳化物M₂₃C₆已形成链状结构,HR3C也由奥氏体基体组成,晶界处发生Cr元素聚集,焊缝金属也为典型的奥氏体组织,晶界处有M₂₃C₆和G相析出。母材SP2215和HR3C的晶粒内部均有富Nb相析出,焊缝处的晶粒内部则有富Nb相和γʹ相析出。晶界的析出相对母材及接头的塑性和韧性都产生了不利影响,而晶粒内部的析出相使母材及接头在服役后仍保持着较高的强度性能。
高温合金成形
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  激光熔融沉积GH4169合金熔池形态及微观组织形貌模拟和实验研究

  闫学伟, 金银满, 胡文学, 杨雪梅, 孙德建, 刘仕龙

  精密成形工程. 2025, 17(6): 225-237. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.06.024

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  目的 探究激光功率及扫描速度对激光熔融沉积（LMD）GH4169合金熔池宏观形貌及微观组织的影响,获得最佳工艺参数。方法 基于COMSOL软件建立了LMD温度场数值模型,对不同工艺方案LMD过程的温度场开展数值模拟研究,探究激光功率和扫描速度对沉积层熔宽、熔高、宽高比以及稀释率的影响规律。通过控制变量法,开展LMD单道沉积实验,分析激光功率和扫描速度对沉积层微观组织及Laves相形貌的影响规律。结果 随着激光功率的增大,一次枝晶臂间距（PDAS）逐渐增大,Laves相由颗粒状转变为块状或长链状;随着扫描速度的增大,PDAS逐渐减小,Laves相由块状或长链状转变成颗粒状。当激光功率为1 400 W、扫描速度为6 mm/s时,LMD过程中熔池内的最高温度约为2 750 K,熔宽约为2 976 μm,熔高约为833 μm,宽高比约为3.57,稀释率约为38.5%,沉积层的平均硬度约为266.36HV,室温和高温条件下试样的屈服强度约为623.60 MPa和581.66 MPa,抗拉强度约为955.92 MPa和823.83 MPa,延伸率约为39.08%和24.60%。结论 实验结果与模拟结果吻合较好,验证了本文所建立模型的准确性。熔宽和熔高与激光功率呈正相关性,与扫描速度呈负相关性;宽高比和稀释率与激光功率和扫描速度呈正相关性。当激光功率为1 400 W、扫描速度为6 mm/s时,所制备的GH4169合金试样的力学性能较好。
先进制造技术与装备
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  D406A超大长径比薄壁壳体旋压成形与去应力研究

  吴龙梅, 康权, 周明军, 石研诚, 张宏

  精密成形工程. 2025, 17(6): 238-246. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.06.025

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  目的 针对长径比大于10、长度超3 m的D406A超高强度钢细长薄壁壳体整体旋压成形难度大、旋压后产品内部残余应力难以有效去除的问题,对旋压工艺和去应力方法进行研究。方法 首先,根据产品特点制定旋压成形工艺方案,为确定合理的旋压工艺参数,设计不同道次减薄率、进给比、旋压道次的旋压实验,并对每组实验的结果进行分析;其次,根据旋压实验的分析结果,对旋压工艺参数与工装进行优化,并进行了实际生产;最后,为有效去除产品内部残余应力,采取去应力退火方法,分组进行低温退火（300~350 ℃）和高温退火（600~650 ℃）实验,并对退火后的应力与金相组织进行检测。结果 实际生产加工结果满足产品的加工质量与精度要求,同时经高温退火后,产品残余应力消除比较完全,且金相组织无变化,为细小球状珠光体。结论 本文的旋压工艺方法切实可行,所选取的道次减薄率、进给比等旋压参数合理,可为大长径比薄壁壳体旋压成形提供借鉴,且高温退火是消除D406A超高强度钢旋压后产品内部残余应力的有效且合理的方法。
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  全浮式半轴法兰盘短流程近净成形工艺研究

  邹喆

  精密成形工程. 2025, 17(6): 247-259. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.06.026

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  目的 针对目前全浮式半轴制造工艺存在的锻件余量大、锻件折叠缺陷多等问题,根据某型号全浮式半轴法兰盘的结构特点,提出一种新的短流程近净成形工艺,以提高生产效率,降低生产成本。方法 首先利用高温压缩实验得到全浮式半轴法兰盘所用材料40Cr的真实应力-应变曲线,将数据导入数值模拟软件Deform-3D中,其次,对全浮式半轴法兰盘的短流程近净成形关键工艺参数进行正交实验优化,通过优化得到合理的工艺参数,并对优化后的成形过程进行有限元模拟分析,分析等效应力场分布和模具应力分布等。最后,根据数值模拟结果选择合适设备并进行模具结构设计、加工制造,并进行了相应的工艺试验验证。结果 通过优化得到全浮式半轴法兰盘聚料过程最优的工艺参数组合如下：成形温度为1 150 ℃、成形速度为20 mm/s、摩擦因数为0.3。工艺试验得到的全浮式法兰盘锻件充填饱满,尺寸满足设计要求,经过后续机械加工后,未出现锻造裂纹、折叠等缺陷。结论 本文提出的全浮式法兰盘短流程近净成形工艺是可行的,可为该类零件的现有制造工艺提供指导,且该工艺易于实现自动化生产,从而实现该类零件的绿色高效生产。