2025年, 第17卷, 第9期　
刊出日期：2025-09-10

  

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轻合金成形
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  6061-T6铝合金自冲铆接过程模拟及工艺优化研究

  彭昕, 周平, 翟彦博, 王能均

  精密成形工程. 2025, 17(9): 1-13. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.09.001

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  目的 探索出一种适用于工程应用的模具与铆钉选型方法。方法 利用ABAQUS软件建立了厚度2 mm的6061-T6铝合金自冲铆接成形精细化模型,并基于此模型研究了工艺参数对接头质量的影响。采用参数识别方法逆向获取了不同硬度铆钉的材料参数,并通过实验验证了精细化模型的准确性;探究了平底凹模尺寸对接头截面尺寸与底部形貌的影响;基于优化凹模尺寸,探究了铆钉长度、铆钉硬度对自冲铆接接头质量的影响规律。结果 试验与仿真的接头截面尺寸误差控制在7%以内,建立的模型能够较为准确地模拟自冲铆接成形过程;底切量、腿部张量与凹模深度呈正相关,底厚值与凹模深度呈负相关,其中当凹模深度为1.6 mm时,接头截面尺寸最好且底部无裂纹;由单搭接拉剪与十字拉伸试验可知,当铆钉长度为6 mm、硬度为H4时,接头质量最好,其抗拉剪力、抗拉伸力分别为8.3 kN、4.3 kN,对应的失效位移为4.3 mm、8.9 mm。结论 所提出的有限元仿真与实验验证相结合的选型方法克服了经验法耗时长、成本高的问题,能够精准高效选出最佳模具-铆钉组合,具有较强的工程实用性。
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  2024铝合金跑道孔电磁翻边工艺研究

  陈李学, 冒文杰, 孙怡然, 苏红亮, 门向南, 邓涛, 张松, 周雄, 李俊辉, 黄亮

  精密成形工程. 2025, 17(9): 14-26. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.09.002

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  目的 以2024-O铝合金跑道孔为研究对象,探究线圈层数、放电电压及放电电容等参数对跑道孔翻边贴膜性与减薄率的影响。方法 基于电磁翻边过程的有限元数值模拟与分析,对翻边过程中涉及的各项工艺参数对翻边结果的影响进行数值模拟,并通过贴模间隙、减薄率2个指标对最终翻边质量进行评估,在减薄率不超过20%的情况下,以贴模间隙最小作为综合成形质量最佳的判断标准。结果 当线圈串联层数超过2时,因为第3层线圈距离板料过远,所以它对板料的影响远小于第2层的影响。过高的放电电压会导致板料运动速度过高,与模具发生碰撞,导致成形效果差,过低的放电电压会使板料无法获得足够的运动速度。电容量越低,放电频率越高,板料在变形初期获得的运动速度越大。结论 成形质量的影响因素包括线圈串联层数、放电电压、放电电容等。对于跑道孔,2层线圈串联为最佳线圈设计方式,搭配11 kV的放电电压并选择106.5 μF放电电容可获得最佳成形效果,此时,贴模间隙指标达到工艺要求,两圆边顶点间距的实测值与模拟值相差0.02 mm。
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  镁合金晶格缺陷对第二相析出及性能调控机制研究进展

  万鑫, 刘薇琳, 赵开景, 彭鹏, 黎鑫, 封兆辉, 杨青山, 戴庆伟

  精密成形工程. 2025, 17(9): 27-44. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.09.003

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  镁合金作为一种轻量化结构材料,在航空航天、生物医药、石油开采等领域受到广泛关注,发展潜力巨大。在镁合金中引入第二相是提高其强度的重要手段。然而,往往需要在高强度镁合金中加入高含量合金元素,这导致合金中析出相尺寸较大,塑性较差,严重制约了镁合金的二次加工能力。通过微观组织调控在基体中高效构筑高密度纳米析出相,是优化合金性能的重要手段,但目前仍面临一定挑战。晶格缺陷由于具有较高的弹性应变能,是合金元素偏聚或析出的首选场所。本文结合最新研究进展,综述了镁合金晶格缺陷,包括孪晶、位错、层错等对第二相析出的影响,讨论了析出相的数量、形态和分布对镁合金力学性能和耐腐蚀性的影响。深入分析和总结这些析出行为,有助于理解晶格缺陷诱导第二相析出机理,进而指导析出相调控及高性能镁合金的开发。最后,针对基于晶格缺陷调控镁合金析出行为目前研究存在的问题,提出一些建议并进行展望,以期为高性能镁合金进一步开发提供参考。
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  镁合金与铝合金超声辅助连接技术的研究进展及发展趋势

  杜文玉, 王延, 周弋凇, 谢旭峰, 钟韬, 胡红军

  精密成形工程. 2025, 17(9): 45-59. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.09.004

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  聚焦于7类代表性技术：超声波点焊（USW）、超声辅助瞬态液相连接（U-TLP）、超声辅助摩擦搅拌焊接（UAFSW）、超声振动辅助电弧焊（UAW）、超声辅助钎焊、超声辅助铆接及超声黏接,系统综述了超声辅助连接技术在镁/铝（Mg/Al）异质材料连接领域的研究进展与发展趋势。深入分析结果表明,超声振动通过多重核心机制显著提升了接头质量,包括改善材料塑性流动、抑制脆性金属间化合物（IMCs）的形成、增强界面机械互锁效应、细化晶粒组织以及破碎表面氧化膜。研究明确指出,关键工艺参数对界面特性具有决定性影响：焊接能量（如USW中约1 000 J达到强度峰值）、中间层设计（如采用Zn/Ag箔可有效抑制Al₁₂Mg₁₇等有害IMCs）以及超声参数（振幅、频率、时间）共同调控着界面IMCs层的厚度与均匀性。得益于超声振动对塑性变形和元素扩散的促进作用,接头力学性能得到显著优化,例如U-TLP接头剪切强度可达95.3 MPa,并有效延长了疲劳寿命。然而,当前该技术仍面临若干挑战：焊接参数适配性与优化不足、界面稳定性受限、在动态服役环境（如腐蚀、高温）下的性能研究薄弱以及工业化应用存在瓶颈。未来研究需着力于：深化超声场-热力场等多物理场的耦合作用机制研究,开发智能化的工艺参数调控系统,并积极拓展其在航空航天、汽车轻量化等领域的工程应用。
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  5052铝合金搅拌摩擦焊接头组织与性能研究

  王洪铎, 王子龙, 常素腾, 周志勇, 路永新, 强伟

  精密成形工程. 2025, 17(9): 60-69. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.09.005

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  目的 研究3 mm厚5052铝合金板搅拌摩擦焊（FSW）接头微观组织对力学性能和腐蚀性能的影响,以期为工程应用提供理论参考。方法 利用光学显微镜、扫描电镜、能谱分析仪、电子背散射衍射仪和透射电镜对接头进行微观组织表征,利用显微硬度计和万能试验机对接头显微硬度和拉伸性能进行测试,利用数字图像相关技术（DIC）测试接头应变分布,使用3.5%（质量分数）NaCl溶液进行浸泡腐蚀实验。结果 FSW后,搅拌区（SZ）晶粒显著细化,高角度晶界（HAGBs）和再结晶比例增加,小角度晶界（LAGBs）比例和内核平均取向差（KAM）值降低,KAM分布与LAGBs分布相吻合,连续动态再结晶（CDRX）为SZ晶粒细化机制;热力影响区（TMAZ）发生了动态回复和部分再结晶,而热影响区（HAZ）主要发生了动态回复,前进侧热影响区（HAZ_AS）动态回复程度最高。母材（BM）硬度最高,SZ硬度较高,热力影响区（TMAZ）硬度居中,HAZ硬度较低,而HAZ_AS硬度最低,为接头最薄弱区域。DIC测试接头在拉伸过程中各区应变分布不均匀而诱发应力集中,造成接头过早断裂。接头抗拉强度和延伸率分别为209 MPa和17%,与BM相比,下降了8.7%和10.5%,拉伸断裂位于HAZ_AS,拉伸断口呈韧性断裂特征。SZ和BM浸泡实验腐蚀类型为剥落腐蚀,SZ比BM耐蚀性好。结论 接头力学性能下降与接头不均匀的微观组织分布密切相关;微观组织中LAGBs比例或KAM值越小,耐蚀性越好。
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  不同热处理工艺对新型Ti421合金组织及性能的影响

  桑卓越, 王帅, 尹万兵, 朱春明, 白张, 王鹏, 罗金山, 张永伟, 方略, 李晓燚, 周志明

  精密成形工程. 2025, 17(9): 70-78. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.09.006

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  目的 实现新型Ti421合金的良好强塑匹配效果。方法 研究水冷、空冷及炉冷等不同固溶冷却方式及不同时效温度热处理工艺对合金组织及性能的影响。结果 在相同的时效处理工艺条件下,固溶冷却速率的降低会导致在合金组织中等轴初生α相（α_p）含量显著提高的同时尺寸略微增加。同时α_p的存在也会抑制时效处理过程中次生α相（α_s）的生长。结合静态拉伸测试结果发现,含量较多的α_p对合金的塑性较有利。在经过900 ℃固溶炉冷后500 ℃时效处理的合金试样组织中,α_p的体积分数达到了最大值72.8%,此时合金具有最好的塑性（14.2%）。此外,在固溶工艺固定的条件下,时效处理制度的改变基本不影响α_p含量及尺寸的变化,但随着时效温度的升高,β_t上α_s含量增加且尺寸增大,导致合金强度呈现出先升高后降低的趋势。经过900 ℃固溶水冷+550 ℃时效处理后的合金实现了抗拉强度（UTS）为1 484 MPa、延伸率（EL）为11.2%的良好强塑匹配效果。
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  稀土Y含量对超声处理ZL114A合金微观组织及力学性能的影响研究

  戴俊飞, 芦刚, 涂志新, 柳玉军, 黄盛铭, 李莹, 江华坚

  精密成形工程. 2025, 17(9): 79-86. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.09.007

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  目的 改善ZL114A合金铸件在凝固结晶过程中出现的针片状共晶硅（Si）相割裂基体及粗大α-Al枝晶缺陷,进一步提高其力学性能。方法 采用超声振动和稀土Y变质法对ZL114A合金进行协同处理,超声振动功率为1 500 W,施振浇注温度为740 ℃,稀土Y含量（质量分数）为0%、0.3%、0.6%、0.9%。采用扫描电子显微镜、XRD衍射仪、数显维氏硬度机及电子万能试验机研究了稀土Y含量对超声处理ZL114A合金微观组织及力学性能的影响。结果 随着Y含量的增加,超声处理下的ZL114A合金α-Al枝晶晶粒的平均尺寸先减小后增大,当Y质量分数为0.6%时,晶粒最细,平均尺寸为202.60 μm。超声处理下的ZL114A合金的抗拉强度、显微硬度、伸长率均随着Y含量的增加而先增后减,且都在0.6%（质量分数）Y时取得最大值,分别为309.5 MPa、121.77HV、5.1%。而未添加Y时,ZL114A合金的抗拉强度、显微硬度、伸长率仅有261.5 MPa、110.42HV、4.33%。结论 稀土Y元素能够改善超声处理下ZL114A合金的共晶Si相和α-Al枝晶,并显著提高其抗拉强度和显微硬度。这表明通过合理添加稀土Y和施加超声振动,可以有效提升ZL114A合金铸件的综合性能。
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  锻造工艺参数对2014铝合金锻件组织及力学性能的影响

  张宏伟, 岳战国, 王亚安, 杨瑞瑞, 孙志超, 韦成宗

  精密成形工程. 2025, 17(9): 87-94. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.09.008

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  目的 探索出适合2014铝合金的锻造工艺及相关参数。方法 选用不同锻造参数对2014铝合金挤压棒材进行锻压试验,锻造比选择7.5、5、2.5,锻造温度选择370、400、430 ℃,锻造速率选择1 mm/s和10 mm/s。试验后进行微观组织观察以及力学性能测试。结果 在其他参数相同的情况下,锻件晶粒尺寸随着锻造比、锻造温度的升高先减小后增大,锻件力学性能随着锻造比、锻造温度的升高先增强后减弱,当锻造速率由1 mm/s增加到10 mm/s时,锻件晶粒尺寸无明显变化,力学性能略微下降,得到了合适的锻造方案。结论 当锻造比为5、锻造温度为400 ℃、锻造速率为1 mm/s时,锻件抗拉强度达到512.5 MPa,屈服强度达到471.5 MPa,伸长率达到11%,综合性能较好。
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  激光增材制造钛合金髋关节残余应力与变形的有效预测

  赵伟鸿, 王炳玉, 李昊卿

  精密成形工程. 2025, 17(9): 95-102. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.09.009

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  目的 提高预测的精确度和可靠性,以克服激光粉末床熔融技术（LPBF）在制造大尺寸且几何形状复杂的部件（例如钛合金髋关节）时面临的残余应力与变形预测不准确的问题。方法 提出建立激光扫描矢量集的方案,该方案通过预设的顺序逐一激活各个激光扫描矢量集,以更精确地模拟真实的激光扫描过程。这种方法能够更全面地考虑激光扫描策略对残余应力和变形的影响,从而提高大尺寸部件预测的准确度。结果 考虑扫描策略（采用激光扫描矢量集）的模拟方案的误差低于10%,而忽略扫描策略的方案的误差则高达27%。这一结果表明,通过在预测模型中引入激光扫描矢量集,可以大幅提升对LPBF制造的钛合金髋关节在残余应力与变形方面的预测准确度。结论 提出的建立激光扫描矢量集的方案在解决LPBF制备大尺寸部件时的残余应力与变形预测难题方面取得了显著成效。该方法不仅提高了预测的准确度,还为LPBF技术在个性化定制金属骨科植入物生产中的广泛应用提供了有力支持。
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  新能源电池托盘用5083/6061异种铝合金搅拌摩擦焊接工艺研究

  黄相山, 孟宇驰, 赵岩, 曾洋, 李能文, 赵艳君

  精密成形工程. 2025, 17(9): 103-114. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.09.010

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  目的 研究不同焊接参数对5083/6061异种铝合金FSW接头组织和性能的影响。方法 选用焊接速度为100、200 mm/min,搅拌头转速为600、900、1 200 r/min的焊接参数对5083/6061异种铝合金板进行搅拌摩擦焊接,分析不同焊接工艺参数下焊接接头的显微组织及力学性能。采用ABAQUS软件,基于耦合欧拉-拉格朗日（CEL）方法,通过有限元模拟分析了焊接过程的温度和应变分布。结果 随着旋转速度的增加,接头处峰值温度和最大应变值均逐渐增加,锥形分布的高温、高应变区均处于前进侧（5083）。随着焊接速度从100 mm/min增加到200 mm/min,焊缝处金属流动性降低,焊核区（NZ）尺寸减小,接头性能显著提升。焊核区受热-力耦合和焊接热循环作用发生塑性变形和动态再结晶,形成致密的细小等轴晶粒。热机影响区（TMAZ）受机械搅拌和热循环作用,晶粒被拉长并细化,形成破碎组织到条状组织的晶粒变化梯度。热影响区（HAZ）仅受焊接热循环作用,区域等效塑性应变（PEEQ）较低,区域晶粒粗化。不同焊接参数下接头显微硬度均呈“W”形分布,接头处最低硬度及断裂位置均在后退侧（RS）6061的热影响区。结论 当焊接速度为200 mm/min、搅拌头转速为900 r/min时,接头性能最优,抗拉强度为211.6 MPa（相当于6061母材的75.6%）,延伸率为10.3%。
增材制造
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  铌增导复合钛极板的黏结剂喷射增材制造

  王婉卿, 张峻, 徐竹田, 邱殿凯, 彭林法

  精密成形工程. 2025, 17(9): 115-125. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.09.011

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  目的 利用黏结剂喷射增材制造技术制备掺杂不同比例铌的钛基双极板材料,探索材料成分和烧结温度对其微观结构、电化学性能和导电性的影响。目标是通过优化工艺和成分,提高水电解槽钛基双极板的导电性、耐腐蚀性和性能稳定性,为现有贵金属涂层双极板的性能提升和降本提供新思路。方法 采用黏结剂喷射增材制造技术,制备了不同成分和不同烧结温度下的钛铌合金样品。分析样品的微观结构、相组成,并通过电化学测试评估材料的耐腐蚀性能。此外,测量界面接触电阻（ICR）以评价不同样品的导电性。结果 钛铌合金的致密性随烧结温度的升高显著提升,钛-10铌致密度在1 250 ℃温度下达到77.3%;由于热膨胀系数差异,添加20%（质量分数）铌粉的样品界面存在微裂纹,因此其孔隙率高于钛-10铌样品的孔隙率。在1 250 ℃烧结后,钛-10铌合金在2 V（vs.SHE,相对于标准氢电极SHE）高电位下的腐蚀电流密度为1.72×10^-4 A/cm²,明显低于纯钛样品的。20 h恒电位极化后,界面接触电阻仅为4.54 mΩ·cm²,与纯钛样品相比降低了64.5%,表面极板具有更优的导电性能和耐久性。最终实现了复合钛极板的试制。结论 相比于传统钛极板,通过增材制造的钛铌合金电解槽双极板的导电性和耐腐蚀性显著提升。
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  SLM成形拱形悬垂结构的过渡圆角优化仿真与验证

  李博洋, 刘强, 陈宜, 胡万谦, 黄永德

  精密成形工程. 2025, 17(9): 126-135. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.09.012

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  目的 建立选区激光熔化（Selective Laser Melting,SLM）成形拱形悬垂结构的仿真模型。通过改变其过渡圆角半径R的大小,分析圆角半径R对SLM成形试样形变场和应力场的具体影响。方法 采用Simufact Additive软件,对SLM成形高强度铝合金无支撑拱形悬垂结构进行模拟仿真。分析了SLM成形试样形变与应力集中区域的分布特征。同时,探讨了过渡圆角半径R对变形量和应力值的影响,并对比了实际试样的测量结果,验证了模拟的可靠性。结果 从基板上切除试样前后,其形变场分布发生了变化。切除前,较大形变位于底部与基板接触区域的外侧,最大形变量随着R的增大而减小,当R从4 mm变化到8 mm时,最大形变量从0.322 mm变化到0.277 mm。模拟的形变量变化趋势与实际测量值吻合。在应力场方面,从基板上切除试样前,应力场的分布与形变场的类似。切除后,底部外侧区域和水平区域的残余应力得以释放,但圆角区域还存在较大应力。在温度场方面,对于圆角区域中心位置（1/2R处）,在成形3层后,当R=4 mm时,温度最高为483 ℃,当R=8 mm时,温度最低为420 ℃,R的增大改善了圆角区域的热量集中现象。结论 根据温度场-应力场-应变场之间关系,对于无支撑拱形悬垂结构零件,应选取较大的过渡圆角半径R,切除后零件产生变形主要是由于底部与基板接触区域的外侧以及水平悬垂区域下侧的拉应力释放。
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  容积交变空化效应对增材制造非直小孔的抛光工艺研究

  许江琦, 李富柱, 王匀, 胡龙飞, 鲁子昂, 张海军, 郭玉琴

  精密成形工程. 2025, 17(9): 136-144. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.09.013

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  目的 解决大深径比增材制造非直小孔内表面抛光不均匀的难题,实现对增材制造非直小孔的均匀抛光。方法 建立Fluent二维瞬态仿真模型,通过双向容积交变空化数值仿真,分析了容积交变非直小孔内空化流场特性,探究不同频率及行程对新型流场分布的影响规律,并在双向容积交变空化实验装置上,对R4600树脂材料增材制造加工的非直小孔试件内表面进行抛光实验验证,采用Rtec UP-3000三维轮廓仪对不同试样进行内表面粗糙度测量。结果 在容积交变作用下,非直小孔内的空化流场含气率、湍流强度均呈周期性变化,且随着频率、行程的增加,流场内空化效应增强。随着频率、行程及时间的增加,非直小孔内表面粗糙度Ra值出现先降后增的趋势,其中,当时间t=3 h、频率f=20 Hz、行程H=20 mm时,小孔内表面粗糙度最大降低了50.09%,但也开始出现空蚀凹坑,导致Ra值增大。结论 双向容积交变空化对增材制造的非直小孔内表面抛光效果明显,且工艺参数直接影响着抛光质量。
钢铁成形
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  Cr-Ni-Co-Mo系超高强不锈钢动态再结晶行为及热加工数值模拟

  丁祎, 丁浩晨, 王宇阔, 王英虎, 盛振东, 张驰

  精密成形工程. 2025, 17(9): 145-156. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.09.014

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  目的 研究Cr-Ni-Co-Mo系超高强马氏体不锈钢动态再结晶行为,为热加工工艺优化提供指导。方法 以Cr-Ni-Co-Mo系超高强不锈钢为研究对象,利用热模拟试验机Gleeble开展了变形温度为1 050~1 150 ℃、应变速率为0.001~0.1 s^-1的等温恒应变速率热压缩实验。基于流变应力曲线,建立了动态再结晶动力学的JMAK（Johnson-Mehl-Avrami-Kolmogorov）模型,对比了模型预测值与实验值,验证了模型的预测精度。将模型嵌入DEFORM-3D软件中,分析了Cr-Ni-Co-Mo系超高强不锈钢热加工过程中的变形特征。结果 在镦粗与拔长过程中,实验钢的温度场、应变场及组织场均发生显著的动态演化,表现出复杂的热-力-组织多场耦合效应。在镦粗阶段,实验钢内部有明显升温,最高温度可达1 170 ℃,应变集中于心部。在拔长阶段,等效应变进一步增大,表层区域应变增加,高于心部应变值,最高可达1.8,实验钢组织发生动态再结晶,奥氏体晶粒发生明显细化。结论 所建立的动态再结晶动力学JMAK模型具有较高的预测精度。耦合了再结晶动力学的锻造模型有助于进一步揭示Cr-Ni-Co-Mo系超高强马氏体不锈钢热加工过程的演变规律,为热加工过程工艺优化提供理论依据。
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  AISI 9310钢激光冲击及复合强化残余应力有限元分析

  王振, 崔义龙, 王铭豪, 韩家宝, 宋昊天

  精密成形工程. 2025, 17(9): 157-166. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.09.015

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  目的 研究不同激光冲击、激光冲击-喷丸复合强化工艺参数对AISI 9310钢残余应力的强化效果。方法 选择激光冲击与喷丸强化AISI 9310钢材料本构模型,确定有限元分析中激光冲击波的加载方式,基于Abaqus软件建立AISI 9310钢激光冲击、激光冲击-喷丸复合强化数值分析模型,分析网格尺寸对残余应力的影响,探究不同激光功率密度与激光光斑尺寸对AISI 9310钢残余应力的影响规律,验证有限元模型的可靠性,在此基础上,研究不同激光冲击-喷丸复合强化工艺参数对残余应力的影响效果。结果 在激光冲击强化下,随着激光功率密度的增大,材料表面中心位置的残余压应力与残余压应力峰值均增加,当最大激光功率密度为14.5 GW/cm²时,引入中心表面残余压应力为-719.4 MPa,残余压应力层深度超过500 μm;随着光斑尺寸的增大,残余压应力强化层深、强化区域及强化区域峰值均增加,当最大光斑直径为3 mm时,引入残余压应力层最深约800 μm,残余压应力峰值最大,为-687.87 MPa。激光冲击-喷丸复合强化引入材料表面中心位置的残余压应力为-1 121.36 MPa,与单一激光冲击强化效果相比,残余压应力有效提升。残余压应力峰值位于次表层距离表面约80 μm处,最大为-1 392.56 MPa,与单一激光冲击强化相比,残余压应力峰值提升,且所处位置下移,但复合强化后表面残余应力分布波动较大。结论 较大的激光功率密度与较大的光斑直径可引入较优的残余压应力场,与单一激光冲击强化相比,激光冲击-喷丸复合强化引入的残余应力场提升效果显著。
高温合金成形
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  主合金成分对K477合金流动性和力学性能的影响

  夏兴义, 郑行, 张伟伟, 王联波, 易出山, 雷四雄, 祝国梁, 谭庆彪

  精密成形工程. 2025, 17(9): 167-175. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.09.016

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  目的 对比研究2种不同成分K477合金的微观组织、力学性能和铸造工艺性能,为开发综合性能优异的K477合金成分提供实验依据和理论支撑。方法 采用差示扫描量热仪（DSC）测定了合金的凝固特征温度;利用光学显微镜（OM）观察了合金的微观组织;通过拉伸实验检测了高温力学性能,并利用扫描电子显微镜（SEM）观察了断口形貌;利用螺旋形流动性模型评价了合金的充型能力。结果 与低合金化K477合金相比,高合金化K477合金的凝固温度区间缩小了10.20 ℃,且MC、M₃B₂和γ'相含量增加;高合金化K477合金650 ℃抗拉强度和屈服强度分别达到1 023 MPa和823 MPa,相较于低合金化K477合金,分别提高了约35%和19%;高合金化K477合金2 mm薄壁件充型长度达到8.1 mm,较低合金化K477合金提升了68.75%。结论 K477合金的主合金成分变化显著影响了合金的凝固特征温度、微观组织特征、力学性能和铸造工艺性能。通过优化主合金元素配比,可获得兼具铸造工艺性能和力学性能的高温合金。
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  新型Ni-Cr-Fe基高温合金热变形行为研究

  杜方鑫, 赵聪, 刘晋平, 刘劲松

  精密成形工程. 2025, 17(9): 176-184. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.09.017

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  目的 借助Gleeble-3500热模拟试验机进行热压缩实验,研究新型Ni-Cr-Fe基高温合金在变形温度为1 075~1 150 ℃、应变速率为0.001~1 s^-1条件下的流变行为。方法 采用金相显微镜和透射电子显微镜观察合金热变形显微组织。构建了基于应变补偿的Arrhenius模型和BP网络模型。结果 新型Ni-Cr-Fe基高温合金流变应力受热变形参数的影响较为显著,与变形温度呈负相关,并与应变速率呈正相关。由显微组织分析可知,在1 150 ℃/0.01 s^-1变形条件下,合金内部原始晶粒基本被细小的动态再结晶晶粒所取代。在0.1 s^-1/ 1 075 ℃变形条件下,可以明显观察到大量位错缠结堆积在一起;同时还能观察到由于位错堆积和迁移而形成的位错墙。当应变速率降低至0.01 s^-1时,晶粒内部位错密度显著降低且还能观察到动态再结晶晶核。利用2类模型预测了合金流变应力随应变的变化情况,其中BP神经网络模型的相关系数为0.998 5、平均相对误差为1.752 1%,预测精度较基于应变补偿的Arrhenius本构模型更高。结论 建立的BP神经网络模型更加适用于预测新型Ni-Cr-Fe基高温合金的流变应力。
铜合金成形
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  基于机器学习算法的超声波预测TP2铜材晶粒度模型优化研究

  岳峰丽, 郭威, 刘明华, 陈大勇, 刘劲松, 刘欢, 宋鸿武, 王松伟, 褚晓光

  精密成形工程. 2025, 17(9): 185-194. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.09.018

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  目的 借助机器学习算法对超声波衰减系数-平均等效晶粒尺寸模型（AC-AGS）进行优化,以实现高效准确的铜材晶粒尺寸预测。方法 通过超声检测设备获得不同温度热处理后的TP2铜材的界面波幅值以及一次底面回波幅值,并通过幅值数据计算衰减系数,采用截点法获得铜材的晶粒尺寸。为优化铜材晶粒尺寸的预测模型,引入3种机器学习优化算法,即粒子群算法（PSO）、遗传算法（GA）以及差分进化算法（DE）,对TP2铜材的晶粒度预测模型进行优化。结果 耦合机器学习算法的AC-AGS模型可以实现精密铜材平均晶粒尺寸的评测,PSO算法在本文优化结果中表现最佳,其验证结果的决定系数R²为0.904 5,均方根误差（Root Mean Square Error,RMSE）为20.85,平均绝对误差（Mean Absolute Error,MAE）为20.569。结论 结合机器学习优化算法的超声波衰减系数与平均晶粒尺寸模型,实现了对TP2铜材晶粒尺寸的精确预测。该模型不仅为铜材晶粒尺寸的无损检测提供了一个高效、准确的预测工具,还为其他材料的晶粒尺寸预测提供了新的思路和方法。
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  热轧对等离子沉积Cu-Fe合金组织与性能的影响

  高子杰, 王善林, 陈玉华, 涂文斌

  精密成形工程. 2025, 17(9): 195-203. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.09.019

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  目的 制造一种高铁含量的铜铁合金,并确保其在具有良好强度和塑性的同时,依然保持优良的导电性能,以满足工业生产对高性能材料的需求。方法 采用等离子沉积技术制备尺寸为200 mm×8 mm×36 mm的铜铁合金单臂墙,将材料在900 ℃下热轧,轧制量为70%。通过电子显微镜和X射线衍射仪对沉积态和热轧态的铜铁合金微观组织和物相进行观察,并分析沉积态和热轧态铜铁合金的力学性能和导电性能。结果 经热轧后,合金内部的Fe相颗粒由5~10 μm的球形或椭圆形晶粒变为30~50 μm的树枝晶,并沿轧制方向定向排列,沉积态合金内部的孔隙等缺陷被消除。因为热轧使合金中的Fe相颗粒熔合,尺寸增加,所以铁相在合金中的密度下降。在性能方面,相比于沉积态合金,轧制态合金的平均硬度提高了30%,达到140HV0.5;抗拉强度提高了120%,达到434 MPa;延伸率提高到24.7%,导电率提高到89.8%IACS。结论 采用等离子沉积结合热轧工艺制造了具有一定强度和塑性且导电性能良好的高铁含量的铜铁合金,并为工业生产提供了一种新方法。
难熔金属成形
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  纯钼薄壁环件加工变形控制研究

  凌利月, 程德华, 张献国, 王永康

  精密成形工程. 2025, 17(9): 204-211. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.09.020

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  目的 为提高纯钼薄壁环件的切削合格率,对切削夹紧力和切断工艺进行研究,探寻较佳的加工工艺。方法 对纯钼薄壁环件进行加工工艺分析,确认不合格的关键原因;针对薄壁易变形问题,设计专用工装,使用有限元仿真进行夹紧受力分析;对不同液压卡盘液压值进行对比试验,确定最佳液压值,以降低切削形变;对不同切断刀具、切割方式进行对比试验,提高切断合格率;进行批量加工试验,以验证工艺优化的有效性。结果 车削夹紧力越大,工件内部应力越大,越容易发生形变。通过专用工装支撑切削,可以有效降低切削时工件的内应力和变形,有效提高薄壁环件同轴度的合格率。通过使用电加工线切割,以中走丝线切割代替车床切断,可以显著提高切断合格率,并保障加工效率。结论 加工工艺优化后,工件整体平均合格率由65.33%提高至92.00%,优化效果显著,为纯钼薄壁件加工提供了工艺参考。
复合材料成形
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  碳纤维/环氧复合材料大开口支架结构固化变形仿真模拟

  梁春祖, 罗锦涛, 刘强, 孙天峰, 宋子蝶

  精密成形工程. 2025, 17(9): 212-221. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.09.021

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  目的 建立高模量碳纤维增强树脂基复合材料大开口支架的结构变形预测模型,旨在揭示材料固化-热收缩效应与大开口结构设计的耦合变形机制。方法 首先对高模量碳纤维复合材料体系进行性能表征,其次利用黏弹性本构模型,通过有限元仿真方法研究了固化前后开口顺序工艺对支架整体结构变形的影响。结果 与先固化后开口的工艺相比,当使用先开口后固化的工艺时,固化变形更小,减小约0.56 mm;但前者的残余应力更大,两者相差20 MPa以上。这是由于先固化后开口工艺的残余应力释放,导致产生了更大变形。结论 建立了考虑固化度和温度对复合材料力学性能影响的黏弹性本构模型,实现了复合材料层合板固化变形翘曲的精确预测。此外,从变形控制方面考虑,确定了碳纤维/环氧复合材料开口工艺路线。
先进制造技术与装备
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  带筋回转件旋压成形坯料反向设计与制备工艺

  张渝, 何嘉宁, 越豪杰, 蒋国保, 陈真一

  精密成形工程. 2025, 17(9): 222-232. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.09.022

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  目的 研究用于旋压成形带筋回转件的坯料制备工艺及旋压过程中的壁厚均匀性问题。方法 首先,通过有限元软件分析带筋回转件旋压成形规律,反向设计径向TRB板坯结构;其次,采用正交试验和极差方法,研究坯料结构参数对成形件壁厚均匀性的影响;最后,结合建立的Kriging近似模型与NSGA-Ⅱ算法对坯料结构参数进行多目标优化。结果 对于使用等厚板坯旋压制出的带筋回转件,中段材料在拉应力和加工硬化作用下减薄明显,正交试验结果表明,结构参数按对壁厚均匀性的影响由大到小的顺序依次为厚区高度、转折点高度、AC过渡区长度、AB过渡区长度、DE过渡区长度;使用多目标优化得到坯料结构参数的最优解,对比后预测误差控制在5%以下。结论 可使用径向TRB板坯对旋压成形锥形回转件材料减薄进行补偿使其趋于目标壁厚。采用Kriging近似模型并结合NSGA-Ⅱ算法进行多目标优化得到的最佳坯料参数准确度较高,可提高带筋回转件壁厚均匀性优化效率。优化后的成形件最大减薄率下降了20.6%,最大壁厚差减少了0.544 mm,平均壁厚偏差率下降了9.74%,壁厚均匀性有了明显提升。
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  金属箔材高深宽比沟槽辊压-冲压新型复合成形工艺研究

  李廷, 位小记, 史永杰, 肖卓, 张春苗

  精密成形工程. 2025, 17(9): 233-240. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.09.023

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  目的 针对当前辊压-冲压工艺在金属箔材加工中存在的拔模角度大、冲压整形易断裂等痛点,创新设计了一种高深宽比箔材沟槽阵列特征辊压-冲压复合成形工艺。方法 设计采用不同尺寸的主辅辊压模具,同时仅对金属箔材一个沟槽特征进行成形,辊压时金属箔材进料端处于自由补料阶段,从而使材料减薄率减小。在冲压阶段,利用辊压半成品回弹力实现自定位,有效提升定位精度,提升材料利用率。结果 对0.1 mm金属箔材进行成形试验,其设计特征如下：沟槽深度为2.2 mm,槽脊与槽谷分别为3.1 mm、2.9 mm,沟槽特征32组。最终成品检验结果表明：长度、高度方向尺寸无偏差,最大减薄率仅为0.15%。结论 增大辊压模具两者尺寸差能降低重合度以及金属箔材的辊压延伸率;在静态与动态双重视角下,利用机械辅助设计软件对主辅辊轮外部轮廓进行防干涉设计,能实现辊压模具轮廓精准设计;针对冲压模具,可采用自定位固定方式,实现精准定位。此新型辊压-冲压成形工艺为批量金属箔材产业化应用提供了有益参考。
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  侧围放件变形改善研究

  聂国成, 江庆顺, 陈林

  精密成形工程. 2025, 17(9): 241-249. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.09.024

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  目的 提高侧围抵抗塑性变形的能力,改善侧围放件时因产生塑性变形而引起的凹陷、光斑扭曲等缺陷。方法 对零件的放件状态进行了理论分析,将零件受力模型简化为简支梁模型,依据该模型将零件划分为5个区,其中Ⅴ区体积严重影响放件变形缺陷的大小,利用Hypermesh+LS_Dyna有限元软件分析了3种方案放件变形后的应力、应变值,确定了最优方案,并进行了试验验证。结果 分别提取了3种方案Ⅴ区4个点的位移值用来分析该零件4个点处的位移变化状态,其中,方案一4个点的时间-位移图波动均较小,主要是因为方案一A点处的材料放件后会与安全工作平台产生软接触,释放一部分能量;方案二中A点及C点的极值均大于方案三中的,且方案二C点的应力值为179.6 MPa,塑性应变值较大,为0.083 6,说明方案二并不具有较好的吸能性能;方案三中C点的极值均小于方案二中的,且具有较小的应力值174.9 MPa和较小的塑性应变值0.059 3,说明方案三具有较好的吸能性能,为最优方案。结论 该实验结果进一步验证了简支梁模型和有限元分析结果的准确性,研究结果对零件放件变形方面的应用及研究具有参考和指导意义。
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  真空热处理温度对钛钢异种金属激光焊接头组织与性能的影响

  王洪潇, 王春生, 邓钢, 朱宗涛, 陈辉

  精密成形工程. 2025, 17(9): 250-259. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.09.025

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  目的 研究热处理温度对钛钢异种金属激光焊接头焊后残余应力、组织和性能的影响规律。方法 通过真空热处理的方法,分别在300、600、900 ℃下保温3 h对钛钢异种金属激光焊接头进行真空热处理,并设置常温下的接头作为对照组,采用金相显微镜、扫描显微镜、EDS能谱仪、显微硬度测试计、拉伸硬度测试仪研究了不同温度下接头的显微组织和力学性能。结果 随着温度升高,焊缝中Fe原子的扩散速率明显高于Ti原子的扩散速率,温度越高,焊缝区域组织越均匀,硬度也越低;但同时,会降低接头的抗拉强度,当热处理温度为300 ℃时,接头具有最大的抗拉强度128.2 MPa,接头的断裂方式均表现为脆性断裂。在一定的温度范围内,热处理可以降低接头焊后残余应力,提高接头性能;但同时,温度升高,还会促进焊缝中元素的相互扩散,增加了脆性金属间化合物的生成,降低接头性能。结论 热处理对钛/钢异种金属激光焊接头的作用是双向的,如何通过热处理的方式降低接头残余应力,提高接头性能,还需要更精细化的研究。