2025年, 第17卷, 第8期　
刊出日期：2025-08-10

  

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轻合金成形
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  电辅助条件下钛-铝层状复合板力学性能与微观组织研究

  翟奕涵, 皇涛, 邢兵辉, 张朝民, 相楠, 宋克兴

  精密成形工程. 2025, 17(8): 1-11. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.08.001

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  目的 基于钛-铝层状复合板,在电辅助条件下进行钛-铝金属层状复合板力学性能与微观组织研究,研究成果将进一步丰富非均质金属层合板材的成形理论,并为改善构件成形质量、挖掘其成形潜能奠定基础。方法 在不同电流密度和不同占空比下进行电辅助拉伸试验,对不同状态下的试样进行EBSD微观组织表征,研究电辅助条件下钛-铝层状复合板力学性能与微观组织的演变规律。结果 在非热效应和焦耳热效应作用下,当进行电辅助拉伸时,钛-铝层状复合板的变形抗力和延伸率降低。当电流密度为6 A/mm²时,与室温拉伸相比,电辅助条件下的钛-铝层状复合板力学性能呈现出流动应力基本不变、延伸率有所上升的趋势。这表明选取合适的电流参数可以在不降低强度的情况下,提升材料塑性。在电辅助拉伸过程中,电流可以影响位错结构,减少Frank-Read位错源产生的位错以及Frank-Read位错源附近晶格畸变程度,从而降低位错密度。同时,脉冲电流作用可在较低温度下提高材料晶化过程中的形核率,促进再结晶发生。结论 从力学性能、微观组织2个方面探究了脉冲电流对钛-铝层状复合板变形行为的影响机制,为优化材料加工工艺、提高材料利用率和最终产品性能提供理论基础。
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  Ti6554钛合金连续孔型轧制过程微观组织演化和力学性能研究

  孟亚飞, 王庆敏, 武川, 徐广胜, 王孟超, 姚磊

  精密成形工程. 2025, 17(8): 12-24. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.08.002

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  目的 揭示钛合金孔型轧制的力学性能规律和微观组织演化机制。方法 利用有限元软件Abaqus对Ti6554钛合金棒料进行多道次孔型轧制模拟。研究不同轧制温度（500、600、700 ℃）对驱动辊轧制力、等效塑性应变和温度分布的影响规律,并比较不同轧制温度下棒料轧制后的微观组织和力学性能。结果 与初始棒料相比,轧制后棒料的微观组织更加均匀,晶粒得到了显著细化。随着轧制温度的升高,棒料内部的位错密度显著降低,棒料的室温抗拉强度从1 186.3 MPa降低至984.4 MPa,屈服强度由1 165.2 MPa降低到953.8 MPa;然而,断后伸长率从13.1%增长到27.8%,冲击韧性从10.8 J/cm²增长到29.7 J/cm²。结论 通过有限元模拟和实际实验相结合的方法,从驱动辊轧制力、棒料的温度和截面尺寸方面验证了有限元模拟的准确性和可靠性。在600 ℃轧制时,棒料内部各区域的等效塑性应变分布更加均匀,晶粒尺寸及组织的均匀性得到显著改善。棒料的拉伸断口有着多而深的等轴韧窝,呈现出韧性断裂特征;而在500 ℃轧制时,断口处韧窝的数量较少,并且存在微小的解理平面,表现出准解理断裂特征。
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  工业纯钛TA1多物理场耦合拉伸变形行为研究

  郑世龙, 张宝, 祖宇飞, 付雪松, 周文龙, 陈国清

  精密成形工程. 2025, 17(8): 25-34. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.08.003

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  目的 研究工业纯钛TA1脉冲电流辅助拉伸过程中的变形行为,建立多物理场耦合的本构模型。方法 利用自行搭建的电脉冲辅助拉伸平台在应变速率0.001 s^-1条件下对工业纯钛TA1进行拉伸实验,获得该材料在不同电流密度和温度下的应力-应变曲线。基于实验结果建立电辅助拉伸本构模型。结果 与未通入电流相比,当电流密度为0.00、34.28、40.00、45.71 A/mm²时,材料的屈服强度分别下降了15.1%、36.6%、45.7%,抗拉强度分别下降了12.3%、27.1%、33.4%。脉冲电流引入的非热效应降低了材料的流动应力,表明了电辅助拉伸过程中非热效应的存在。基于J-C本构模型、Arrhenius双曲正弦本构模型和电磁场激发位错脱钉理论,考虑热效应和非热效应建立的TA1电辅助拉伸本构模型与实验结果的误差均小于6%。结论 考虑变形温度、电流密度与应变建立了本构模型,该模型具有较高的预测精度,可以对TA1电辅助拉伸过程中的流变应力进行准确预测。
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  不同位置铝合金激光-MIG复合焊接熔滴过渡及成形特性

  徐海威, 查佩君, 曹之南, 朱宗涛, 陈辉

  精密成形工程. 2025, 17(8): 35-43. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.08.004

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  目的 研究焊接位置对铝合金激光-MIG复合焊接熔滴过渡和焊缝成形的影响,为铝合金不同位置激光-MIG复合焊接工艺优化提供依据。方法 采用激光-MIG复合焊接方法焊接A7N01铝合金,利用高速摄像设备观察不同位置（0°、90°、180°、270°）的熔滴过渡和电弧形态,分析其对焊缝成形的影响。结果 在相同的焊接参数下,0°和270°位置呈“一脉一滴”过渡,90°位置为“一脉多滴”,180°位置为短路过渡。不同电弧焊枪倾角对电弧形态产生显著影响,电弧整体向弧长较长一侧发生偏转,激光的引入对电弧偏转影响较小。不同焊接位置的宏观形貌和焊接缺陷也存在显著差异,90°位置焊缝成形最差且伴随较多气孔和裂纹缺陷,270°位置焊缝深宽比显著增大。结论 在铝合金激光-MIG复合焊接过程中,焊接位置通过改变熔滴受力状态显著影响了过渡行为和焊缝成形质量。电弧焊枪倾斜对电弧偏转起主导作用,电磁力方向主要受电弧焊枪倾角的影响。
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  交叉轧制对氢燃料电池用纯钛双极板织构演变及力学性能的影响规律

  刘聪贤, 柳培, 王爱琴, 谢敬佩, 李渤渤, 陶会发, 王非

  精密成形工程. 2025, 17(8): 44-51. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.08.005

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  目的 通过改变轧制变形量探究TA1钛箔在轧制过程中的织构演变规律,以达到改善钛箔各向异性的目的。方法 通过电子束熔炼炉制备纯钛板,再经过多次热轧后退火3 h的方法得到0.5 mm的钛箔。在室温下对钛箔进行交叉轧制,得到变形量为10%、30%、50%的样品。通过金相显微镜、电子背散射衍射技术、电子万能试验机、场发射扫描电镜等手段对不同轧制变形量钛箔的微观组织、织构演变、力学性能、断口形貌进行表征和分析。结果 随着轧制变形量的增加,晶粒逐渐细化,孪晶数量逐渐增多,孪晶界阻碍位错运动,使钛箔的抗拉强度显著提高。在低变形量（0%~30%）条件下,对TA1钛箔的各向异性影响较小,在变形量为50%时,基面织构较为分散,屈服强度趋于一致,表现为弱的各向异性。TA1钛箔的强度随着轧制变形量的增大呈现上升的趋势,原始钛箔在TD和RD方向上的抗拉强度分别为167 MPa和150 MPa,当轧制变形量为50%时,抗拉强度达到了501 MPa（TD）和492 MPa（RD）。钛箔在不同轧制变形量下的拉伸断口形貌大体一致,由韧窝构成,均为韧性断裂。结论 当交叉轧制变形量为50%时,纵横差值减小,基面织构呈分散分布,在提高材料强度的同时有效改善了钛箔各向异性。
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  镁锂合金热变为与超塑挤压成形研究

  吕云翔, 董楹, 傅文亮, 高诗情, 夏祥生, 卢振

  精密成形工程. 2025, 17(8): 52-59. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.08.006

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  目的 通过塑性成形工艺实现镁锂合金构件的高性能成形制造。方法 采用热压缩试验研究了铸态LAZ931镁锂合金不同温度与不同应变速率下的热变形行为,通过多向锻造技术制备镁锂合金锻坯,并通过等温超塑挤压成形。结果 铸态镁锂合金具有较好的热变形性能,它在低温高应变速率下易失稳,热加工失稳区随变形量的增加逐渐增大;多向锻造可通过动态再结晶显著细化其两相微观组织,使合金获得良好的超塑性变形能力,在300 ℃和应变速率5×10^-4 s^-1条件下,锻态合金的延伸率和流变抗力分别达到200%以上和8 MPa左右;通过超塑性挤压成形实现了筒体构件的成形,成形后力学室温屈服强度、抗拉强度及延伸率分别达到了163 MPa、197 MPa和22%左右,相比于铸态合金,分别提高了20.7%、19.4%和83%。结论 通过热压缩变形研究了镁锂合金的热变形行为,其流变应力随温度的升高而降低,随应变速率的增加而增加,表现出正的应变速率敏感性;通过超塑性等温挤压可制备出具有良好综合性能的镁锂合金筒体结构。
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  Al添加对Sn-9Zn-3Bi钎料显微组织及力学性能的影响

  陈思, 涂文斌, 胡志华, 胡锦扬, 王善林, 陈玉华

  精密成形工程. 2025, 17(8): 60-67. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.08.007

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  目的 研究不同Al含量对Sn-9Zn-3Bi无铅钎料熔化特性、润湿性、抗氧化性、显微组织及硬度的影响。方法 采用DSC200F3差示扫描量热仪测试Sn-9Zn-3Bi-xAl（x=0、0.05、0.1、0.15）的相关熔化特性,再通过Phenom XL型扫描电镜（SEM）与能谱（EDS）系统观察该钎料焊点的润湿性与显微组织形貌;最后通过热重分析仪与维氏硬度计测量Sn-9Zn-3Bi-xAl（x=0、0.05、0.1、0.15）的抗氧化性与硬度。结果 添加微量Al对钎料的熔点不产生影响,但会增加钎料的熔程和过冷度,熔程和过冷度随Al含量的增加呈现先升高后降低的规律,润湿角则不断降低;当加入0.05%（质量分数）的Al时,钎料增重明显,随着Al含量的增加,钎料高温增重逐渐降低;当添加微量Al后,Sn-9Zn-3Bi钎料显微组织中的粗大针状富Zn相变细小,且分布也更加均匀。结论 随着Al的加入,钎料的熔化性能降低,但钎料的过冷度提高,使得钎料的显微组织被细化,提升了钎料的硬度;随着Al含量的增加,钎料的润湿性得到提高;当加入0.05%（质量分数）的Al时,钎料的抗氧化性最低,而随着Al含量增多,钎料的抗氧化性能得到提升。
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  SiC颗粒对WAAM 2319铝合金高温组织与性能的影响

  汪峰, 任玲玲, 王帅, 李承德, 王伟, 明珠

  精密成形工程. 2025, 17(8): 68-76. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.08.008

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  目的 研究电弧增材制造工艺下SiC颗粒对2319铝合金丝材高温下组织与性能的影响规律。方法 在2319铝合金丝材中分别添加质量分数为0%、0.15%和0.3%的SiC（颗粒直径为3~5 μm）颗粒,使用WAAM冷金属过渡交流脉冲焊接技术制备了堆积体,通过在堆积体上截取金相和拉伸试样,使用金相、SEM、EDS、TEM和拉伸等实验方法分析试样高温下的组织和力学性能。结果 添加SiC颗粒能够减小晶粒的尺寸,当SiC颗粒添加量（质量分数,下同）为0.15%和0.3%时,堆积体T6态高温下晶粒的平均尺寸从27.39 μm减小至22.79 μm和24.46 μm,分别减小了16.8%和11.0%。添加SiC颗粒会使2319铝合金初生θ相的尺寸发生改变。当SiC颗粒的添加量为0.15%时,SiC颗粒在堆积体中分散良好,并未出现团聚现象,且SiC颗粒与2319铝合金基体的结合面未见空洞或者间隙,结合良好。与未添加SiC颗粒相比,当添加0.15%和0.3% SiC颗粒后,横向抗拉强度均从296 MPa提高至342 MPa,提高了15%;纵向抗拉强度从284 MPa提升至343 MPa和327 MPa,分别提高了20%和15%。结论 添加SiC颗粒能细化微观组织晶粒,提高WAAM 2319铝合金的高温力学性能。
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  Al/Mg/Al层状复合板微观组织及力学性能的研究

  贾济语, 徐静, 冯晓伟, 冯波, 李健, 向青春, 郑开宏, 潘复生

  精密成形工程. 2025, 17(8): 77-84. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.08.009

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  目的 研究轧制压下量对Al/Mg/Al层状复合板组织及性能的影响规律,理清不同压下量下复合板界面、组织与力学性能的关系。方法 在轧制温度为400 ℃时,对Al/Mg/Al层状复合板进行一道次轧制,轧制压下量为40%、50%、60%,采用扫描电子显微镜（SEM）和电子背散射衍射（EBSD）技术,对界面及微观组织进行观察,利用万能试验机对复合板进行力学性能测试表征。结果 Al/Mg/Al层状复合板界面结合良好,无孔洞和金属间化合物生成。随着压下量的增加,Mg层晶粒组织更加均匀细小,晶粒尺寸为4.34 μm,Al侧晶粒更加细长,Mg层和Al层的再结晶粒占比增大。随着压下量的增加,Al/Mg/Al层状复合板的抗拉强度和屈服强度逐渐增大,延伸率则与之相反。60%压下量复合板的最大抗拉强度、屈服强度和延伸率分别为336 MPa、266 MPa、6.16%。随着压下量的增加,复合板抗弯强度逐渐降低,在最大抗弯强度下,50%和60%压下量复合板界面未发生分层,界面结合良好。随着压下量的增加,复合板的断裂模式由韧性断裂转变为韧性+解理的混合断裂模式。结论 一道次轧制Al/Mg/Al层状复合板无金属间化合物生成,界面结合良好。相比于40%压下量复合板,60%压下量复合板抗拉强度和屈服强度分别提高了20.8%、18.7%。
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  Al-Cu-Sc合金板材高温力学性能及断裂机制研究

  阴世杰, 崔晓磊, 刘章光, 马向宇, 华坤

  精密成形工程. 2025, 17(8): 85-93. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.08.010

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  目的 对Al-Cu-Sc RR耐热铝合金板材的力学性能、中高温-低应力条件下的蠕变特性以及高温失效机制进行研究,为该板材成形工艺的制定及相关部件的服役选材提供一定理论依据。方法 分别对O态和T6态Al-Cu-Sc耐热铝合金板材进行室温及高温拉伸实验;并通过SEM对T6态板材的高温拉伸断口形貌进行观察,分析其高温断裂机制;进一步通过蠕变测试评价其高温服役性能。结果 该Al-Cu-Sc合金O态板材室温抗拉强度为207 MPa,在300 ℃下显著降低,仅为86 MPa;经“回归-再时效”（RR热处理）后,T6态板材的室温抗拉强度可达471 MPa,且在300 ℃下仍能保持280 MPa的较高强度,相较于室温强度衰减了41%。T6态Al-Cu-Sc板材具备在300 ℃×60 MPa和400 ℃×15 MPa条件下服役时间超过120 min的能力。O态和T6态板材在400 ℃以下的断裂机制均为韧性断裂;T6态板材在500 ℃时的断裂机制转变为“脆性+韧性”混合断裂。结论 该T6态Al-Cu-Sc合金板材兼具优异的室温和高温强度,且在300~400 ℃的高温区间内表现出良好的抗蠕变性能,对热力耦合条件下服役的轻量化构件有着巨大的应用潜力。
钢铁成形
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  高氮无镍不锈钢研究进展及应用

  曲青博, 王星星, 施建军, 李花兵, 王青川, 彭岩, 贾连辉, 陈金虎, 李桂变, 方乃文

  精密成形工程. 2025, 17(8): 94-106. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.08.011

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  近年来,功能性高氮无镍不锈钢的研究引起了广泛关注。与传统含镍不锈钢相比,高氮无镍不锈钢通过用氮元素代替镍元素进行合金化,不仅保持了不锈钢的优异特性,还能大幅度降低镍的使用量,减少对这一贵重金属的依赖。氮元素的加入能够显著提升不锈钢的耐点蚀性以及力学性能,使其在工业领域展现出良好的应用前景。本文首先对近年来国内外关于高氮无镍不锈钢的研究进展进行归纳与总结,对材料制备、性能优化等方面的研究成果进行了概述。其次,从成分设计与制备、组织和力学性能等多个关键方面对高氮无镍不锈钢的研究进行详细评述,耐腐蚀性分析和生物相容性方面的研究显示,高氮无镍不锈钢在多种腐蚀介质中表现优异,特别适用于海洋、化工等腐蚀环境。其次,总结了高氮无镍不锈钢研究中存在的不足,如何平衡氮元素含量与材料综合性能,仍是当前研究的难点之一。最后,指出优化成分、调整热处理工艺提升高氮钢性能,是实现该材料在力学性能、加工性能方面更大突破的主要方式,为高氮无镍不锈钢相关研究及应用提供理论依据和参考信息。
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  预应变速率对QP1180钢微观组织和力学性能的影响

  徐飞越, 李兵, 张鹏, 陈文轩, 张红霞, 邢俊峰

  精密成形工程. 2025, 17(8): 107-114. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.08.012

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  目的 研究不同预应变速率对QP1180钢的影响,探究适宜的预应变速率,分析不同预应变速率下的微观组织演变与力学响应,从而优化QP1180高强钢的综合性能。方法 首先通过QP1180钢进行不同速率的预应变处理,随后采用光学显微镜、扫描电镜、XRD测试和拉伸试验及硬度测试等方法系统研究QP1180钢的变化规律和力学性能。结果 不同预应变速率下的微观组织类型没有明显变化,随着预应变速率的增加,残余奥氏体含量下降,马氏体含量增加。当预应变速率为10^-1 s^-1时,试样硬度值达到最高为398.7HV。随着预应变速率由10^-4 s^-1增加至10^-1 s^-1,QP1180钢的屈服强度逐渐增加,由1 157.2 MPa增大至1 297.6 MPa,伸长率由15.8%下降到13.2%,而抗拉强度并没有明显差异,用强塑积的大小来反映材料综合性能的好坏,在低预应变速率10^-4 s^-1下,强塑积最高为21.3 GPa·%,综合性能最优。试样的拉伸断口断裂方式均属于韧性断裂,且都存有明显的韧窝状花样。结论 系统分析了不同预应变速率下QP1180钢的组织演变规律和力学性能,得出材料在预应变量为4%、速率为10^-4 s^-1条件下,综合性能最好,研究结果对QP1180钢的安全服役具有一定的指导意义。
高熵合金和非晶合金成形
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  增材制造FeCrNi中熵合金的工艺开发、微观组织和力学性能

  王烁然, 向超, 桂新元, 张涛, 孙桂芳, 韩恩厚

  精密成形工程. 2025, 17(8): 115-126. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.08.013

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  目的 通过优化激光粉末床熔融工艺参数获得高致密度的FeCrNi中熵合金,以避免缺陷影响服役性能,为FeCrNi系中熵合金工艺开发提供参考。方法 以FeCrNi粉末为原料,设计工艺参数表进行样品制备,引入体积能量密度作为参考指标,研究工艺参数对致密度的影响规律,并对最佳工艺参数下的样品进行微观组织分析和力学性能测试。结果 成功制备出致密度达99.96%的FeCrNi中熵合金,最佳工艺参数如下：激光功率为220 W,扫描速度为950 mm/s,扫描间距为0.09 mm,粉层厚度为30 μm,体积能量密度为85.77 J/mm³,该中熵合金由单一面心立方相组成。在垂直于构建方向和平行于构建方向上可以观察到清晰的熔道和熔池,平均晶粒大小分别为16.83 μm和18.01 μm,在晶界处观察到大量的几何必要位错,残余应力主要集中在熔道和熔池的边缘处,熔池和熔道元素分布均匀。FeCrNi中熵合金屈服强度和抗拉强度分别为597 MPa和705 MPa,断后伸长率为27.6%,断裂模式为韧性断裂。结论 在一定范围内,过低或过高的体积能量密度会导致粉末熔化不完全或过度熔化,影响稳定熔池的形成,导致致密度较低。控制体积能量密度适中是工艺优化的方向。激光粉末床熔融高冷却速度导致非平衡凝固,使材料成形后晶粒细化,并形成胞状结构和柱状结构,且熔池熔道边缘处残余应力大。异质微观组织和残余应力的共同作用使FeCrNi中熵合金拥有良好的力学性能。
铜合金成形
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  稀土元素Y对Cu-9Ni-6Sn合金组织及性能的影响

  马镜涵, 张剑, 刘健, 彭博, 陶美悦, 李涛, 接金川, 曹志强

  精密成形工程. 2025, 17(8): 127-135. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.08.014

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  目的 研究了不同含量的稀土元素Y对Cu-9Ni-6Sn合金组织、性能及时效过程中不连续沉淀析出的影响,并最终确定对不连续沉淀抑制效果最佳的Y含量。方法 通过传统大气熔炼法制备不同Y含量的Cu-9Ni-6Sn-xY合金（x分别为0、0.05、0.2、0.4）。运用维氏硬度计和拉伸试验机测试并分析各样品的力学性能,通过金相显微镜和扫描电子显微镜观察各样品不同状态的微观组织,分析Y元素的含量对晶粒尺寸、第二相转变及不连续沉淀析出的影响。结果 Y元素的添加对晶粒有明显的细化效果,随着Y含量的增加,晶粒尺寸的细化效果逐渐减弱。Cu-9Ni-6Sn合金经400 ℃时效4 h后达到峰时效,Cu-9Ni-6Sn-xY（x=0.05, 0.2, 0.4）合金经400 ℃时效6 h后达到峰时效。Cu-9Ni-6Sn-xY（x=0.05, 0.2, 0.4）合金峰时效后的硬度值分别为355HV、335.7HV、333.1HV,强度分别为833、817、786 MPa,导电率分别为14.6%IACS、15.5%IACS、15.2%IACS。结论 加入Y元素后,会形成NiY相和NiSnY相,这些第二相在固溶处理过程中不会进入基体中,并且在时效过程中这些第二相占据了不连续沉淀的形核位点,抑制了不连续沉淀的析出。当Y含量（质量分数）为0.05%时,晶粒细化效果以及不连续沉淀的抑制效果最为显著。
高温合金成形
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  GH4169高温合金铸锭开坯锻造的组织模拟预测研究

  吴雨萌, 姚志浩, 董建新

  精密成形工程. 2025, 17(8): 136-149. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.08.015

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  目的 针对GH4169锭型逐渐增大、铸锭开坯时的锻透性更差的问题,通过有限元模拟技术,探究开坯阶段坯料温度、等效应变与晶粒组织的分布及演变特征,以优化开坯工艺设计。方法 利用DEFORM-3D平台,基于弹塑性有限元法建立三维热力耦合模型,对GH4169镍基高温合金铸锭的开坯自由锻造工艺进行数值模拟。结果 模拟结果表明,镦粗后坯料芯部温度可达1 110 ℃,径向温差小于50 ℃,芯部与边缘等效应变差值约0.2,再结晶体积分数最高达36%;终锻时,坯料温度为970~1 070 ℃,表面应变约7.5,芯部应变约4,晶粒尺寸均小于20 μm,且径向尺寸差小于10 μm,组织均匀性得到显著提升;损伤因子分析结果揭示了最大损伤区域的分布规律。结论 所设计的工艺流程显著改善了GH4169合金的微观组织,使晶粒均匀细化,有效提升了锻件的组织均匀性,为优化GH4169合金大规格铸锭的开坯工艺提供了理论依据。
增材制造
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  316L不锈钢选区激光熔化工艺参数对成形温度场影响的数值模拟研究

  张恒, 余小鲁

  精密成形工程. 2025, 17(8): 150-160. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.08.016

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  目的 解决传统依靠经验获取316L不锈钢选区激光熔化制件最优打印参数耗时久、成本高、精确度低的问题。方法 运用有限元分析方法,构建包含传热方程、边界条件、相变潜热处理等要素的模型,对不同工艺参数下316L不锈钢选区激光熔化过程中的温度场展开研究。研究涵盖单层单道、单层多道及单道多层粉床模型,深入分析激光功率、扫描速度和扫描间距对熔池温度的影响。结果 当激光功率过高或扫描速度较低时,熔池最高温度超过材料沸点,冷却速率绝对值随激光功率和扫描速度的升高而增加。熔池预热范围随激光扫描的进行而扩大,当扫描间距为100 μm时较理想。层数的增加使最高温度上升。模拟结果显示,激光功率200 W、扫描速度900 mm/s是选区激光熔化30 μm层厚316L不锈钢的最优参数组合,与企业现行打印参数基本保持一致。结论 通过有限元分析明晰了工艺参数对316L不锈钢选区激光熔化成形温度场的影响规律,模拟结果与企业实际参数相近,验证了模型的有效性和研究方法的可行性,实现了研究目标,为打印参数优化提供了理论支撑。
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  ZL114A合金电弧熔丝增材修复组织性能分析

  宾浩宇, 梁洁, 李然, 王颢铭, 张宏凯, 方学伟, 黄科

  精密成形工程. 2025, 17(8): 161-168. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.08.017

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  目的 探究电弧熔丝增材工艺和热处理制度对ZL114A修复件组织性能的影响规律,为后续实际修复提供参考。方法 基于电弧熔丝增材沉积技术对T6态ZL114A铝合金进行修复,对比了不同电弧模式对增材修复交界区冶金结合的影响,并分析了电弧增材修复对修复区组织变化和力学性能的影响。结果 采用CMT-P电弧模式进行增材修复能够实现良好的冶金结合,但在增材修复交界区域存在共晶硅的聚集;增材修复区域的共晶硅呈片状连续分布。修复区显微硬度远小于T6态基体的显微硬度,且交界区存在0.5 mm左右的热影响区。经T6全域热处理可以显著提升修复件的整体性能,使基体热影响区消失,修复件抗拉强度、延伸率分别达到338 MPa、5.6%。结论 与未热处理前相比,热处理后修复件的抗拉强度和延伸率均有所提升,修复试样力学性能达到HB962标准。
先进制造技术与装备
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  电解辅助微电铸法制备微混合器镍金属模具

  杜立群, 王忠民, 郭柄江, 刘柄男, 尚柄泽

  精密成形工程. 2025, 17(8): 169-179. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.08.018

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  目的 采用微电铸技术在不锈钢基底上进行微混合器镍金属模具的制备,以满足对高载荷下长期高精度的使用要求。方法 为获得与镍铸层具有较高界面结合强度的金属基底,采用Materials Studio软件模拟了3种不锈钢基底（304、316和S136）与镍铸层的分离功。此外,采用电解刻蚀方法提高了镍铸层与S136不锈钢的界面结合强度,并通过实验对电解刻蚀参数进行了优选。通过垂直拉伸法验证了分子动力学求解分离功的可靠性,并测量了较优刻蚀参数下和未刻蚀时镍铸层与S136不锈钢间的界面结合强度。结果 S136不锈钢与镍铸层的分离功最大,界面结合强度最高,更适合作为微混合器镍金属模具的基底。通过分子动力学得到的3种不锈钢基底与镍铸层的分离功与实际的界面结合强度变化趋势相同。在刻蚀时间为60 s、刻蚀电压为10 V条件下,能获得合适的刻蚀深度、单边侧蚀量以及较大的表面粗糙度,该参数是提高界面结合强度的较优参数。刻蚀后镍铸层与S136不锈钢的界面结合强度为29.56 MPa,相较于未刻蚀时提高了218%。结论 基于以上仿真和实验结果,制备了满足要求的微混合器镍金属模具,其模芯高度为59.3~ 61.4 μm,最小线宽为60.2~61.5 μm。
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  基于芯棒内支撑的管材自由弯曲起皱失稳特性预测研究

  潘志国, 丁潼, 舒送, 崔前林, 钟琪平, 郭训忠, 程诚

  精密成形工程. 2025, 17(8): 180-193. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.08.019

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  目的 基于内支撑作用下三维自由弯曲成形过程中铝合金和不锈钢薄壁管起皱失稳等缺陷,通过理论推导、有限元仿真、物理模拟试验相结合的方式,进行基于芯棒内支撑的管材自由弯曲起皱失稳特性预测研究。方法 首先,基于失稳起皱能量预测模型,构建内支撑作用下管材失稳起皱的能量预测模型;其次,构建了纯弯和轴向压缩条件下的几何微缺陷,通过能量最小原理,合理选取了几何微缺陷的形式、屈曲模态及缩放系数;再次,基于AA5052和SS304管材力学性能实验及有限元物理模拟实验验证有限元模拟的准确性;最后,探讨管材失稳起皱特性的预测方法,结合0.618搜索方法研究管材起皱敏感区的变化规律。结果 实现了管材自由弯曲成形过程失稳起皱的高效准确预测,揭示了管材自由弯曲失稳起皱特性。结论 AA5052管最大起皱因子所对应的起皱敏感区越大,与直线段相比,弯曲段的起皱可能性越大;随着弯曲角度的增加,弯曲段的起皱敏感区越大,管材抵抗起皱的能力越低。当成形比为100%时,SS304管材直线段敏感区的长度最短;随着管材弯曲成形的进行,管材最大轴向压应力在成形比为70%时达到最大,当成形比达到70%后,最大轴向压应力减小,从而使起皱发生的可能性降低,并趋于稳定。
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  基于原位自动铺放成形工艺的丢层结构轨迹规划方法

  胡诗睿, 李彦锐, 廖文强, 陈志坤, 黄志高, 周华民

  精密成形工程. 2025, 17(8): 194-202. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.08.020

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  目的 针对复合材料丢层结构的特点,对自动铺放工艺的轨迹规划进行研究。方法 首先基于CATIA平台对复合材料丢层结构进行了详细的结构建模与设计,分析了丢层区域的几何特征及其对铺层轨迹生成的影响。针对丢层铺层面的形状复杂性,提出了一种结合铺层面填充、轨迹生成与轨迹投影的综合轨迹规划方法。该方法通过铺层填充策略,确保了轨迹在复杂区域内的覆盖完整性,最后采用几何投影对丢层区域进行路径划分。在实验部分,利用搭建的自动铺放平台对典型丢层结构样件进行了铺放验证。结果 采用所提出的方法能够高效生成适应丢层结构特征的铺放轨迹,在不考虑非工艺因素的情况下,轨迹精度和铺放质量均达到较高水平。结论 为实际工程中处理类似丢层复杂结构的轨迹规划提供了理论和技术支持。
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  铝/铜异种金属搅拌摩擦焊接工艺研究

  贾璐璐, 赵书杰, 孙武魁, 周少珍, 吴明孝, 景元坤, 叶伟成, 高嵩, 石磊

  精密成形工程. 2025, 17(8): 203-212. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.08.021

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  目的 探究不同转速的焊接工艺对铝/铜搅拌摩擦搭接焊接头组织与性能的影响。方法 主要通过控制搅拌头转速的焊接工艺参数实现了2.5 mm厚6061-T6铝合金和2 mm厚T2纯铜的铝/铜异种材料搅拌摩擦搭接焊,成功获得了表面成形美观、界面结合良好、力学性能和耐蚀性能优异的搭接接头,并研究分析了此类接头的焊缝表面成形、接头横截面组织结构、断口形貌、断裂方式、拉伸性能与抗腐蚀性能。结果 最终获得的FSW搭接接头的断裂方式主要有界面直接剥离与铜侧“粘铝”的界面断裂2种,其中以铜侧“粘铝”界面断裂模式断裂的接头性能最为优异;并且在“粘铝”式断裂的断口微观图像中观察到了罕见的“冰糖”状花样与韧窝的结合组织;在宏观接头横截面中,焊核区（WNZ）和界面区（IZ）的宽度以及钩状结构的高度都会由于热输入的提高而逐渐增加;在腐蚀试验中,接头耐腐蚀性能最差的区域为铝侧热影响区,其次是焊核区与铝/铜的界面结合处。搅拌头转速的变化会导致热输入的变化,从而影响铝/铜焊接接头的结合与各类性能。结论 在铝/铜搅拌摩擦搭接焊中,搅拌头转速对焊缝表面成形、焊接接头横截面的区域组织、断裂方式与断口形貌、抗拉剪性能以及腐蚀性能都有着重要的影响。
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  不同成分奥氏体不锈钢激光焊接工艺研究

  刘辉, 黄苏, 张晓庆

  精密成形工程. 2025, 17(8): 213-221. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.08.022

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  目的 采用光纤激光器对304和节镍型201奥氏体不锈钢进行激光对接试验,研究工艺参数对激光对焊接头力学性能、宏观形貌和显微组织的影响。方法 基于三因素三水平正交试验法设计试验方案,对2 mm厚304和201奥氏体不锈钢进行激光对接焊接,以抗拉强度为指标,通过极差分析法优化焊接工艺。进一步研究工艺参数对焊缝成形、接头力学性能和微观组织的影响。结果 焊接速度对接头拉剪力的影响最大,其次是离焦量,焊接功率的影响最小。焊缝中心区域显微硬度高于两侧304和201奥氏体不锈钢热影响区及母材区显微硬度。304和节镍型201奥氏体不锈钢激光焊对接焊缝成形良好,焊缝中心为细小的柱状树枝晶组织,熔合区为沿垂直于熔合线方向生长的粗大柱状晶组织。304和201奥氏体不锈钢激光焊对接接头存在的主要焊接缺陷为气孔,其产生主要受焊接速度和离焦量的影响,该缺陷会严重降低接头的力学性能。结论 在给定试验参数范围内,最优工艺参数如下：焊接功率为1.4 kW,焊接速度为0.025 m/s,离焦量为-1 mm。可获得成形美观、性能优良的焊接接头,抗拉强度为724.33 MPa。
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  加热速度对CHDG-B合金焊接热影响区组织和性能的影响

  胡明磊, 胡斌, 徐科, 张维, 于祥龙, 陈光, 李冬升

  精密成形工程. 2025, 17(8): 222-228. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.08.023

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  目的 以CHDG-B合金为研究对象,探究其焊接热影响区的微观组织、力学行为与加热速度的相互作用机制。方法 采用固溶处理后的CHDG-B试样,分别在100、50、10 ℃/s的加热速度下进行焊接热模拟实验。利用金相显微镜、扫描电镜和透射电镜对热影响区（HAZ）的微观结构进行详尽分析。此外,还进行了硬度、冲击、拉伸试验等性能测试。结果 随着加热速度的减小,与母材相比,CHDG-B合金的晶粒尺寸变化不明显,但析出相NbC的形态由细小圆球状逐渐变为条带状。加热速度减小导致热影响区硬度下降,同时组织韧性降低。当加热速度大于10 ℃/s时,NbC析出相在晶界处的钉扎作用有效细化了晶粒,提升了热影响区的硬度,但当加热速度过低时,析出相的长大增加了微裂纹的形成趋势,进而影响了材料的韧性。冲击断口观察结果表明,CHDG-B合金的断裂机制为韧性断裂。结论 当加热速度大于10 ℃/s时,既保证了CHDG-B合金热影响区的硬度,又维持了良好的韧性,从而为实际应用中焊接工艺的制定提供了理论依据和技术指导。
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  5454铝合金电弧形态和熔池特征分析

  王刚, 李彦青, 任泽良, 修延飞, 刘伟, 王厚高, 于杰, 程琳, 豆存印

  精密成形工程. 2025, 17(8): 229-237. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.08.024

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  目的 对不同焊接条件下的5454铝合金熔池行为（包括熔池几何特征和液态金属流向）和电弧形态进行研究。方法 采用脉冲熔化极惰性气体保护焊（Metal Inert Gas,MIG）和冷金属过渡焊接技术（Cold Metal Transfer,CMT）进行焊接,对不同焊接条件下5454铝合金在堆焊过程中的熔池行为和电弧形态进行观察分析。此外,在进行焊接过程中的温度场分析时,同时考虑了不同保护气体对电弧的影响特征。结果 随着焊接保护气体中氦比例的上升,电弧平均直径逐渐减小,稳定性有所改善,电弧的电离能也随之增强,促使电弧在持续稳定燃烧过程中的温度逐步攀升,受电弧影响的最高温度点由纯氩时的1 959.1 ℃上升至纯氦时的2 210 ℃。相比于脉冲MIG,CMT方法的电弧长度更短,熔池尺寸更小,温度更集中,具有更大的液态金属波纹的密度和高度,但起弧时的电弧稳定性较差。结论 通过调整保护气体成分,可以显著影响电弧的行为和温度特性;相比于脉冲MIG焊,CMT方法具有更短的电弧长度、更小的熔池尺寸以及更高的温度集中性。虽然起弧时的稳定性较差,但CMT方法形成的焊缝表面的鱼鳞纹质量更高。这种差异主要源于2种焊接方法在电弧控制和熔滴过渡上的区别;彻底清除熔池表面的氧化膜对提高电弧稳定性、减少对熔池的冲击具有显著作用。当熔池表面的氧化膜较少时,电弧稳定性较高,液态金属波纹向熔池边缘扩散的频率和高度变化较小;在焊接作业中,热源生成的温度场呈椭圆状分布,其等温线在热影响区内呈现椭圆形扩展特征。随着保护气体中氦含量的增加,气体的电离电压升高,进而提升了电弧功率,这有助于提升焊接效率和电弧的温度,有效降低焊接过程中的热应力,并促进弧柱收缩,降低熔池的冷却速度,抑制接头中氢气孔的产生。