2025年, 第17卷, 第7期　
刊出日期：2025-07-10

  

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复合材料轧制工艺与装备
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  异温轧制厚规格钢/铝/铝合金复合板的短时承热能力研究

  李俊全, 刘文文, 陈科, 史宇杰, 张鹏

  精密成形工程. 2025, 17(7): 1-8. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.07.001

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  目的 探明短时热载荷处理对厚规格钢/铝/铝合金复合板界面Fe、Al元素分布和微观组织的影响,从而揭示热载荷对复合板界面结合性能的影响。方法 首先以两道次异温轧制复合法制备出厚度15.32 mm的钢/铝/铝合金复合板,其次采用箱式电阻炉对复合板进行不同温度的短时热载荷处理,最后通过分析复合板界面元素扩散情况、结合性能以及基体组织性能,研究短时热载荷温度参数对厚规格钢/铝/铝合金复合板力学性能和微观组织的影响规律。结果 复合板经不同温度热载荷作用后,Fe、Al元素扩散层厚度未出现明显的差异,均为1.5~1.6 µm,也未生成连续的中间化合物层;随着热载荷温度的升高,复合板的界面剪切和拉脱强度由77 MPa和153 MPa逐渐降低至61 MPa和95 MPa,断裂位置位于中间铝层,均为韧性断裂,而侧弯性能均表现良好,未出现明显缺陷。同时,复合板界面钢侧和铝侧晶粒尺寸也由9.56 µm和4.89 µm逐渐增大至12.54 µm和10.39 µm,复合板铝侧位错密度也随之降低。结论 厚规格钢/铝/铝合金复合板在承受短时热载荷时,结合界面的晶粒尺寸会随着温度的升高而增大,位错密度则是明显降低,这导致复合板的界面剪切和拉脱强度降低。
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  单道次和多道次轧制对Ti-42Al-9V合金板材组织及其影响研究

  唐芃, 梁国正, 徐小坤, 张树志, 张新宇, 刘日平

  精密成形工程. 2025, 17(7): 9-20. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.07.002

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  目的 对锻态Ti-42Al-9V合金进行单道次和多道次高应变速率轧制,研究2种加工条件下板材的显微组织、变形机理,分析轧制态合金的断裂机理。方法 通过高应变速率轧制技术,探讨了单道次、多道次高应变速率轧制板材的微观组织演变规律和变形机理。结果 Ti-42Al-9V单道次轧制板材主要由针状的β/γ混合组织和块状的α₂/γ片层团组成,呈双态组织,在高温下,α相产生了孪晶。多道次板材组织主要由(α/α₂+γ)片层团和分布于片层团边界处的残余β相和γ相组成,其组织演化主要与(α/α₂+γ)片层团的破碎分解有关,即发生了动态再结晶行为。结论 在单道次高应变速率轧制过程中,块状α相的边界处存在应力集中,容易造成位错堆积,因而动态再结晶往往会优先发生在块状α相的边界处,形成细小的再结晶晶粒。而α₂/γ多道次高应变速率轧制板材中的片层团在动态再结晶过程中的变形机制为以下3种方式：片层的球化、孪晶诱发形核、弯曲和扭折。
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  42CrMo4/45钢空心层合轴板式波纹楔横轧数值模拟研究

  雷海涛, 李子轩, 束学道, Pater Zbigniew

  精密成形工程. 2025, 17(7): 21-30. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.07.003

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  目的 提高异质金属空心层合轴界面结合强度,实现新能源汽车等领域轴类件的高强度、轻量化与低成本制造。方法 提出42CrMo4/45钢空心层合轴板式波纹楔横轧（Flat-corrugated Cross Wedge Rolling）工艺,基于Simufact.forming软件构建数值模拟模型,分析不同层厚比（1.7∶1、1.25∶1和1.08∶1）与轧制温度（1 000、1 100、1 200 ℃）对成形质量的影响。通过对比分析波纹楔横轧与传统横轧的等效塑性应变分布、等效应力分布及模具z轴方向作用力的变化情况,研究波纹楔对层合轴变形行为的影响规律和界面波纹传递机制。结果 波纹模具轧制阶段的最大轧制力约70 kN,主模具轧制阶段最大轧制力约290 kN,较传统模具增加约45%;波纹楔的对称分布与渐进楔入使外轴表面形成规律性螺旋波纹,内外轴界面处形成互补波纹结构;在层厚比1.7∶1条件下,外轴在轧制初期即表现出明显且均匀的塑性变形分布,内外轴变形协调性最佳,波纹界面传递效果良好,有效抑制了轧制过程中的椭圆化趋势;在层厚比1.25∶1工况下,层合轴坯变形集中在中间部位,出现"中间突出"现象;在层厚比1.08∶1条件下,当轧制进程达到中期时,内轴呈现出大片区域的高等效应变值,存在界面分离及压扁风险。在温度影响方面,在1 100 ℃工况下45钢内轴的界面法向应力分布均匀且普遍高于45钢的屈服强度,该温度确保了良好的界面结合状态。结论 板式波纹楔横轧工艺能够在42CrMo4/45钢空心层合轴形成波纹结合界面,提高轴向抗剪和周向抗扭能力;研究结果为解决传统制备工艺中层合轴界面结合强度不足的问题提供了新思路。
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  波纹界面钛/钢复合板热轧制备与界面组织性能研究

  刘锦华, 刘鹏, 栾欠欠, 陈泽军, 夏祥生, 陈强

  精密成形工程. 2025, 17(7): 31-40. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.07.004

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  目的 研究波-平轧制压下率对高强钛/钢复合板界面形貌、微观组织及界面结合强度的影响规律。方法 采用波-平轧制工艺制备不同压下率波纹界面钛/钢复合板,借助SEM、EBSD技术分析钛/钢复合板界面微观组织特征,通过压缩剪切方式测试钛/钢复合板的剪切强度。结果 通过波-平轧制工艺制备的高强钛/钢复合板界面结合良好,Ti-Fe界面处存在元素扩散现象,并形成一定厚度的扩散层。波纹界面典型区域微观组织分析结果表明,波谷承受了更大程度的变形。不同压下率下钛钢两侧界面处微观组织分析结果表明,在TC4钛合金中,α相经过热轧后形成了不同的择优取向分布,具有明显的织构特征,随着压下率的增加,极密度和位错密度逐渐升高;而钢侧极密度和位错密度则逐渐降低。压缩剪切实验结果表明,轧制压下率为44%、54%和64%的钛/钢复合板的剪切强度分别为359、403、442 MPa。结论 波-平轧制压下率的提高可以使界面产生更强烈的塑性变形进而提高了钛/钢复合板的界面结合质量。
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  表面处理方式对热轧钢/铝复合板结合强度的影响

  郭允畅, 路明昊, 祁梓宸, 任忠凯, 余超, 肖宏

  精密成形工程. 2025, 17(7): 41-51. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.07.005

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  目的 明确常用的2种表面处理方式——砂纸打磨和钢丝刷打磨对热轧复合钢/铝复合板轧后和热处理后结合性能的影响,以及经不同打磨方式制备的复合板在退火后的断裂机理。方法 采用3000^#、180^#砂纸打磨和钢丝刷打磨的表面处理方式制备钢/铝复合板,对获得的3种复合板进行结合性能测试和微观结构观察,表征复合板退火前后的断口形貌和断裂机理。结果 砂纸打磨制备的粗糙表面可以提高复合板的轧后结合强度,相比之下,砂纸打磨的光滑表面表现出较低的轧后结合强度。但是,砂纸打磨光滑表面的钢/铝复合板在退火后的结合强度迅速提高,退火120 min后,界面形成颗粒状间隔分布的金属间化合物,此时复合板具有最高的结合强度,通过原位拉剪实验观察到颗粒状的金属间化合物可以起到阻碍裂纹扩展和迫使裂纹转向的作用。钢丝刷打磨制备的钢/铝复合板在轧后发生表面加工硬化层脱落的现象,但是在退火后,表面加工硬化层和钢基体重新愈合,复合板呈现较高的结合强度。结论 180^#砂纸打磨制备的钢/铝复合板具有较高的轧后结合强度;3000^#砂纸打磨制备的钢/铝复合板在热处理后具有优异的结合性能;钢丝刷打磨制备的钢/铝复合板在轧后和热处理后均呈现较高的结合强度。
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  轧制及热处理工艺对3Cr2NiMo钢特厚板力学性能的影响

  孔令熠, 骆宗安, 冯莹莹, 邬早勤

  精密成形工程. 2025, 17(7): 52-61. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.07.006

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  目的 制备3Cr2NiMo钢特厚板,解决3Cr2NiMo钢在轧制过程中焊缝易开裂、界面强韧性差、轧后硬度不均匀的问题。方法 在对2块3Cr2NiMo钢预热后,采用真空电子束焊接在5×10^-2 Pa的真空条件下对其进行组坯封边,再通过不同的轧制工艺将组合坯复合,后续对坯料进行回火热处理以解决硬度不均匀的问题。结果 随着轧制压下率的增大,复合界面处氧化物的尺寸变小,在70%压下率下,界面已无明显氧化物,界面两侧基体组织均为下贝氏体。在630 ℃下回火3 h随炉冷却后,界面两侧组织较为均匀,复合界面氧化物尺寸有所减小,有助于界面强度的提高。回火后,50%与 70%压下率的板坯沿厚度方向的硬度均为28HRC~32 HRC,满足模具行业的使用要求。回火后,70%压下率试样z向拉伸断裂位置未在界面处,出现了颈缩现象,且为韧性断裂,抗拉强度可达971 MPa,延伸率达到22.5%,冶金结合质量较好。结论 70%压下率的轧制工艺及630 ℃回火3 h后炉冷的冷却方式成功解决了3Cr2NiMo钢界面强韧性差、轧后硬度不均匀的问题。
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  电脉冲诱导下AZ31镁合金动态再结晶与β-Mg₁₇Al₁₂相低温溶解的协同机制影响

  高翔宇, 严仁杰, 张涛, 王艳艳, 郭应龙, 邹金超

  精密成形工程. 2025, 17(7): 62-68. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.07.007

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  目的 探讨了电脉冲处理对轧制态AZ31镁合金显微组织演变及力学性能的影响机制。方法 通过调控电流密度和频率,结合金相观察、XRD分析、力学性能测试及断口形貌表征,揭示了电脉冲处理诱导动态再结晶与β-Mg₁₇Al₁₂相低温溶解的协同作用机理。结果 脉冲电流的焦耳热效应和电子风力协同促进了晶粒的等轴细化,当电流密度为37.5 A/mm²、频率为200 Hz时,晶粒尺寸由轧态的24.59 μm细化至18.65 μm,延伸率提升了133%,抗拉强度仅下降了7.2%。XRD分析结果表明,β相在250 ℃以下发生非热溶解。究其原因是电子风力驱动Al原子扩散;同时,脉冲电流诱导位错增殖形成的界面缺陷提供了更多的原子扩散通道,加速了β相的溶解。断口形貌从脆韧混合型向全韧性转变,韧窝密度与尺寸随再结晶程度的增加而显著优化。显微硬度测试结果显示,随着电流密度和频率的增大,硬度逐渐下降,该变化趋势与镁合金的再结晶程度和位错密度降低相关。结论 电脉冲处理通过细化组织、溶解脆性相及降低位错密度,使AZ31镁合金的强塑性匹配性得到有效改善,为镁合金短流程精密成形技术提供了理论支持与工艺优化方向。
钢铁成形
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  不等厚异质QP1180/DP1180钢板激光拼焊接头组织及性能研究

  李文娟, 王金凤, 苏文超, 车亚军, 王晶, 郭亿, 王海林, 张元好

  精密成形工程. 2025, 17(7): 69-78. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.07.008

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  目的 解决高强度钢QP1180和DP1180在汽车轻量化应用方面存在的热影响区软化等问题,进行了不等厚异质QP1180/DP1180钢板激光拼焊接头组织及性能研究。方法 对1.6 mm厚QP1180钢和1.2 mm厚DP1180钢进行激光拼焊,通过扫描电子显微镜、液压拉伸试验机和维氏硬度计等设备研究热输入对焊接接头微观组织和力学性能的影响。结果 在不同焊接工艺参数下,激光焊接接头均为全焊透状态且表面成形良好。随着热输入的增大,焊缝金属区向母材区的过渡逐渐平缓、凹陷变小,上下表面宽度均有所增大,焊缝金属区板条马氏体束随着热输入的增加而变长,条束间距亦变宽,且宽度分布不均匀。热输入对QP1180侧和DP1180侧热影响区晶粒大小变化的影响规律基本一致,即热输入越大,粗晶区和细晶区的晶粒尺寸越大,临界热影响区铁素体含量也越多,QP1180侧亚临界热影响区析出的碳化物颗粒越多,但对DP1180侧亚临界热影响区微观组织的影响不明显。焊接接头两侧都存在明显的软化区,DP1180侧软化更为显著。在本研究所用焊接热输入条件下,单向拉伸试验中试样均断裂在母材区,由断口分析可知,所有工艺参数下的试样均为韧性断裂。结论 在能形成全焊透的焊接工艺窗口内,均获得抗拉强度达到母材强度95%以上、断后伸长率达到母材断后伸长率30%以上的焊接接头。
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  不等厚异质DP780/DP590双相钢双光斑激光焊接接头成形研究

  王家浩, 刘岩, 刘晓昂, 张文广

  精密成形工程. 2025, 17(7): 79-88. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.07.009

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  目的 利用双光斑激光焊接工艺减少焊接缺陷,并研究不同焊接参数对不等厚异质双相钢DP780/DP590焊接接头宏观形貌的影响。方法 使用德国通快公司的TruDisk5000双光斑激光器对DP780和DP590 2种双相钢进行激光焊接。采用金相显微镜对不同参数下焊接接头正面和背面的宏观形貌以及焊缝横截面的熔深和熔宽进行研究。结果 随着激光功率从3 000 W增加到5 000 W,焊接热输入逐渐增大,焊缝熔宽增大,当激光功率为5 000 W时,焊缝正、背面熔宽最大,焊缝成形良好;随着焊接速度从100 mm/min增加到300 mm/min,焊接热输入随温度的升高而减小,熔宽总体呈减小趋势,熔深先增大后减小;随着芯环比从55%增加到75%,熔深、熔宽先增大后减小;随着离焦量从-2 mm增大到2 mm,光斑聚焦平面从工件内部逐渐上升,焊缝熔宽先减小后增大,当离焦量为2 mm时,焊缝宽度最大,成形最优。结论 激光速度和芯环比对焊接接头成形的影响较为显著,在激光功率为5 000 W、焊接速度为200 mm/min、芯环比为65%、离焦量为2 mm的焊接参数下,1.2 mm厚DP780与1.4 mm厚DP590 2种双相钢双光斑激光焊接接头的成形效果最佳。
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  WP720超级耐候钢热连轧温度及变形分布规律研究

  苏泽兴, 李梦林, 李立仁, 刘承志, 成生伟, 刘西峰, 康建光, 李涛涛

  精密成形工程. 2025, 17(7): 89-95. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.07.010

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  目的 研究WP720超级耐候钢热连轧过程中的温度和变形分布规律,为优化超级耐候钢热连轧工艺提供理论指导。方法 建立基于热力耦合的WP720超级耐候钢热连轧有限元模型,对多道次轧制过程进行数值模拟,分析轧制过程中的温度和等效应变分布规律。结果 有限元模拟结果表明,轧板的表面温度变化剧烈,内部温度变化相对缓慢。温度分布表现为轧件表面温度先降低后升高,而轧件内部温度则呈现先升高后降低的趋势;轧件表面沿宽度方向的温度分布表现为中部高、边部低的规律,终轧温度中部与边部相差30 ℃。由于受到轧板与轧辊接触区域摩擦力的作用,因此塑性变形集中在轧件表面区域,随道次的增加逐渐向内部延伸,但最大值仍在表面。表面等效应变最终稳定在4.07,内部等效应变最终稳定在3.11。结论 在轧制过程中,轧件表面与心部的温度变化呈现显著差异,但总体呈现下降趋势。沿轧板宽度方向,中心温度高于边部温度。随着轧制道次的增加,轧件的等效塑性应变明显提高,尤其接触区域的塑性变形累积更为显著。
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  带磷化膜层Q235钢电阻点焊与激光螺旋点焊工艺研究

  许萍, 陈明, 王崇蕊, 周奥博, 郭涛, 谢殿宝, 范东辉

  精密成形工程. 2025, 17(7): 96-101. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.07.011

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  目的 探究电阻点焊及激光螺旋点焊在带有磷化膜的Q235钢上的组织及力学性能变化。方法 分别采用了2种不同的焊接技术：电阻点焊和激光螺旋点焊,对表面覆盖有磷化膜的Q235钢材试样进行了点焊试验,研究对比了2种点焊接头的外观成形、金相组织、显微硬度和剪切强度等力学性能,在此基础上,对不同试片间距下的激光螺旋点焊接头进行了工艺和力学性能研究。结果 激光螺旋点焊工艺具有更好的工况适应性,激光螺旋点焊接头试片熔合情况优于电阻点焊的,且具有更高的剪切强度,但电阻点焊具有更高的显微硬度,最高可达350HV左右。激光螺旋点焊间距对焊接接头的力学性能有明显影响,随着间距的增加,显微硬度提高,最高可达240HV左右;适当增加间距也有利于提高最大拉断力,最高可达15.27 kN。激光螺旋点焊接头断裂形式为撕出型,电阻点焊接头断裂形式为拔出型,激光螺旋点焊的最大拉断力大于电阻点焊的。结论 通过对比2种焊接工艺可知,激光螺旋点焊的拉剪性能优于电阻点焊的,工艺适应性更好,但电阻点焊接头具有更高的显微硬度。
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  二次冷轧制备Fe-3.5%Si无取向硅钢组织织变研究

  王伊南, 鲁辉虎, 林媛, 顾祥宇, 乔卫东, 杨胜超, 祁成哲, 李泽阳

  精密成形工程. 2025, 17(7): 102-109. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.07.012

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  目的 以3.5%（质量分数）Si无取向硅钢热轧板为对象,研究采用二次冷轧法制备0.25 mm厚无取向硅钢过程中微观组织与织构的演变规律。方法 通过冷轧与热处理实验、EBSD及室温拉伸实验,研究了制备过程中无取向硅钢的微观组织织构及性能。结果 热轧板表层发生部分再结晶,由剪切带、回复组织与细小等轴晶组成,中心层存在大量剪切带与变形带;表层以Goss织构为主,中心层由锋锐α纤维织构组成。经950 ℃×3 min常化后发生完全再结晶,平均晶粒尺寸为(147.6±1.9) μm;α纤维织构转变为α*纤维织构。一次冷轧板中存在完整α纤维织构与γ纤维织构,经950 ℃×3 min中间退火后发生完全再结晶,平均晶粒尺寸为(119.3±6.9) μm。二次冷轧板中为锋锐$\{001\}\langle 1 \overline{1} 0\rangle$织构与γ纤维织构。经960 ℃×3 min再结晶退火后,平均晶粒尺寸为(145.4±4.4) μm,织构组分主要为立方、旋转立方与Goss织构,退火后试样屈服强度为515.6 MPa,断后伸长率为11.6%。结论 通过二次冷轧法获得了高强无取向硅钢,其中屈服强度强化机制以固溶强化为主,贡献值为357.63 MPa,占比67.63%;最终退火试样磁感值B₅₀₀₀为1.690 T;铁损值P_1.0/400为13.37 W/kg。
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  新型马氏体耐热钢蠕变-疲劳断裂机制及微观损伤行为研究

  周超, 黄军, 马东亮, 苏凯龙, 杜晋峰, 赵雷

  精密成形工程. 2025, 17(7): 110-118. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.07.013

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  目的 研究马氏体耐热钢在蠕变-疲劳载荷下的失效行为,为超超临界机组的高温失效行为提供理论指导。方法 系统开展了G115钢在650 ℃高温环境下的蠕变-疲劳行为研究。采用应力控制模式进行试验,应变幅值范围为180~230 MPa,应力比为0。在峰值拉伸应力处设置0~3 600 s的保载时间。在试验过程中,采用90 kN/min的恒定加载速率,并针对G115钢在蠕变-疲劳载荷下的断裂机制以及微观损伤演化开展研究。结果 延长保载时间及增大保载应力均会导致G115钢蠕变-疲劳寿命下降。通过对断后试样进行表征,发现所有试样断口表现出明显的蠕变颈缩特征。断口截面的孔洞形态与数量统计分析结果显示,在较低应力水平下,孔洞主要呈硬币状且易于聚合形成微裂纹;而在较高应力水平下,则以孤立的蠕变孔洞为主。同时,孔洞密度随保载时间的延长而增大。G115钢蠕变-疲劳试验中析出物包括M₂₃C₆相、Laves相以及富Cu相。结论 G115钢蠕变-疲劳微观断裂模式表现为马氏体裂纹与马氏体断裂;Laves相的快速粗化削弱了沉淀强化效应,进而促进了孔洞与微裂纹的形核及扩展,这构成了G115钢在该条件下的核心失效机制。
轻合金成形
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  铜包铝层状材料的制备技术、应用现状及发展趋势研究

  刘禹江, 杜文玉, 王延, 周弋凇, 胡红军, 易致豪, 王兴栋, 钟韬

  精密成形工程. 2025, 17(7): 119-137. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.07.014

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  随着现代工业的迅猛发展,铜包铝层状材料因兼具铜的优良导电性和铝的轻质、低成本等优点,在多个领域展现出重要的应用价值。本文综述了铜包铝层状材料的制备技术现状、应用领域及其发展趋势。在制备技术方面,铜包铝层状材料的制备方法多样,包括水平连铸直接复合成形、水平充芯连铸复合法、包覆铸造、固-液复合法、铸造-冷挤压技术、摩擦搅拌焊接、累积轧制结合、三层复合板轧制、波纹轧制等。这些技术各有特点,分别适用于不同的生产需求和材料特性。例如,水平连铸直接复合成形技术通过连续铸造的方式,直接将铜和铝复合在一起,提高了生产效率和材料的一致性;摩擦搅拌焊接技术则通过固态连接避免了传统熔焊的缺陷,实现了高强度、低热影响区的焊接效果。应用领域涵盖导电、散热信号传输、电磁屏蔽等。铜包铝复合材料在电力传输、电子设备、新能源汽车、5G通信等领域已成为关键材料,特别是在需要轻量化设计且要求高性能的场合表现出显著优势。展望未来,铜包铝层状材料的发展趋势主要体现在制备技术的优化、性能的提升及应用领域的拓展等方面。随着科技进步和市场需求的变化,铜包铝层状材料预计将在未来发挥更加重要的作用。
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  LAZ931镁锂合金热变形行为及组织性能演变规律

  吕云翔, 卢振, 武练梅, 李霏, 易满满, 高诗情, 夏祥生

  精密成形工程. 2025, 17(7): 138-144. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.07.015

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  目的 研究LAZ931镁锂合金的热变形行为及其对微观组织的影响规律以及热变形参数对力学性能的影响。方法 通过热压缩变形实验获得了LAZ931镁锂合金在变形温度为150~300 ℃、应变速率为10^-3~1 s^-1条件下的热压缩曲线,建立了其本构模型与热加工图,研究了热变形对微观组织的影响规律,并采用等温锻造的方法制备了锻态镁锂合金,研究了变形工艺参数对力学性能的影响规律。结果 LAZ931镁锂合金在热变形过程中通过动态再结晶显著细化了微观组织,且随着变形温度的升高和应变速率的降低,两相晶粒尺寸逐渐长大;等温锻造可显著改善合金力学性能,其拉伸强度与延伸率随变形温度的升高和应变速率的降低而逐渐降低,在250 ℃、10^-2 s^-1名义条件下进行锻造后,其屈服强度、抗拉强度、延伸率分别达到175 MPa、195 MPa和21.8%,较原始材料分别提升了28%、18%和82%。结论 通过分析实验数据可以得出LAZ931镁锂合金具有优异的热加工性能。
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  不同热输入对7A52铝合金摆动MIG焊接接头组织及性能的影响

  姜成云, 朱加雷, 王程远, 祁式孔, 张子钺, 刘庭, 李哲辉

  精密成形工程. 2025, 17(7): 145-152. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.07.016

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  目的 研究摆动MIG焊接技术对焊接接头组织变化和成形的影响。方法 采用不同热输入对7A52铝合金板材进行坡口摆动MIG焊接实验,并对焊接接头进行微观组织分析和力学性能测试,包括硬度测试和拉伸试验。结果 在热输入为8.56 kJ/mm的条件下,焊接接头的成形和力学性能最为理想。焊接接头的平均维氏硬度达到了111.7HV,其中焊缝区的硬度最低,为104.7HV,而热影响区（HAZ）的硬度最高,达到了114.52HV。在拉伸试验中,试件在焊缝区发生断裂,其抗拉强度为361 MPa,相当于母材抗拉强度的72%。结论 随着热输入的增加,焊缝区域的硬度逐渐降低。适当的热输入有助于形成细长等轴晶,减少再结晶现象,从而提高焊接接头的拉伸强度。
增材制造
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  Fe-20Cr-5Al合金选区激光熔化增材制造工艺、热处理及性能研究

  倪小南, 明亮, 胡子健, 杨温鑫, 王安森, 邓欣

  精密成形工程. 2025, 17(7): 153-163. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.07.017

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  目的 探索FeCrAl合金在增材制造中的应用潜力,通过选区激光熔化（SLM）技术优化其工艺参数,以改善合金的微观结构、力学性能及抗氧化特性,为工程应用提供理论支持和实践指导。方法 采用响应曲面方法（RSM）对SLM工艺参数进行优化,以确定最佳工艺条件,采用SLM技术对Fe-20Cr-5Al合金进行打印。结果 在优化的工艺条件下,SLM打印的Fe-20Cr-5Al合金的相对密度达到了98.6%。未经热处理的合金抗拉强度为824.8 MPa,延伸率为12.3%;热处理后,抗拉强度略有降低,但延伸率提升至20.5%。此外,该合金在800 ℃条件下展现出完全的抗氧化性,在1 000 ℃下的氧化速率为0.042 g/(m²·h),且在氧化时间不超过80 h的情况下,仍保持良好的抗氧化性能。结论 通过优化SLM工艺参数,为FeCrAl合金在增材制造中的应用提供了重要的理论依据和实践指导,展示了该合金在高温环境下的优越性能。
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  双挤出头3D打印制备石墨烯/SiC复合材料的水凝胶支撑结构

  吴雪雪, 刘洪军, 李亚军, 唐润, YatskovskyiDmytroa, 李亚敏

  精密成形工程. 2025, 17(7): 164-174. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.07.018

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  目的 为双挤出头3D打印制备石墨烯/SiC复合材料提供水凝胶支撑结构设计依据和参考。方法 制备淀粉基水凝胶并分析其流变性、烧蚀性、挤出丝成形性和负载能力,采用3D打印技术制备网格试样并对试样尺寸进行测量,分析不同结构模式、不同打印方向和不同填充率对水凝胶支撑成形精度的影响,并对支撑复合材料间的匹配跨距进行了优化,最后将所得优化参数应用于水凝胶中并制备了复杂结构零件。结果 当石墨烯/SiC复合材料的倾角低于70°时,楔形零件发生明显变形,水凝胶呈现明显的剪切稀化特性,800 ℃烧蚀后几乎无残留,挤出丝完整均匀,可独立负载8 mm高的复合材料;不同结构模式按支撑高度偏差由小到大的顺序依次为直线、蜂窝、波浪、三角。当支撑打印方向为0°时,高度偏差最小（(+0.08±0.23) mm）,当支撑打印方向为30°时,偏差最大且误差线范围最宽（(+0.48±0.3) mm）;填充率对高度偏差的影响随着填充率的增大呈现出先降低后升高的趋势,当填充率为50%时,水凝胶支撑高度偏差最小;石墨烯/SiC复合材料和水凝胶支撑间应有一定跨距,但当跨距超过1 mm时,悬空位置明显变形;零件试制结果证明,优化的水凝胶支撑结构可用于制备复杂结构石墨烯/SiC复合材料。结论 水凝胶成本低、挤出成形好、烧结残余少、去除工艺简单,具备一定的负载能力,可以作为双挤出头3D打印石墨烯/SiC复合材料的支撑材料;且优化后的水凝胶支撑结构参数为直线模式、打印方向为0°、填充率为50%,2种材料的匹配跨距为1 mm。
复合材料成形
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  固溶与深冷变形对AlCoCrFeNi-HEAp/2219Al复合材料的影响研究

  杨益龙, 张昀

  精密成形工程. 2025, 17(7): 175-182. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.07.019

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  目的 解决AlCoCrFeNi-HEAp/2219Al复合材料Al-Cu结晶相粗大、强度与韧性不协调的问题。方法 采用高温轧制、深冷轧制以及固溶+深冷轧制3种变形工艺,对AlCoCrFeNi-HEAp/2219Al复合材料的微观组织与力学性能进行研究。结果 经高温轧制后,复合材料内Al-Cu结晶相含量最低,仅为0.68%（质量分数）。经深冷轧制与固溶+深冷轧制后,基体内大量破碎的结晶相促进了Cu元素的扩散。在90%变形量下,高温轧制后的复合材料极限抗拉强度最高,达361.63 MPa。在相同变形量条件下,固溶+深冷变形后的复合材料强度增量最大,为56.95 MPa,且延伸率几乎无损失。结论 3种变形工艺均使复合材料内产生大量位错,其中固溶+深冷变形工艺位错密度最大。高密度位错在Al-Cu相周围塞积,致使初生Al-Cu相破碎;固溶与深冷轧制结合使结晶相元素明显扩散,基体内Al-Cu含量降低,深冷轧制积累的高密度位错使沿晶界分布的细长结晶相破碎、分散。随变形量的增加,材料抗拉强度与屈服强度增加,断裂延伸率则逐渐下降。经对比研究,固溶+深冷轧制成形工艺可有效提升复合材料的力学性能。
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  冷压烧结技术在电介质复合材料中的研究现状

  王旭, 吴勇, 李江, 程载琦, 李重秀, 刘贲, 乔正阳

  精密成形工程. 2025, 17(7): 183-192. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.07.020

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  随着现代科学技术的蓬勃发展,电介质复合材料在电子、储能、传感器等众多领域的应用需求正在不断增加,特别是在电容器等能源储存以及传感技术方面,其介电性能更是发挥着至关重要的作用。传统烧结技术在制备陶瓷材料时,通常需要高温处理,这样不仅能耗高,还可能导致材料的相变和晶粒过度生长。为了解决这些问题,冷压烧结技术应运而生。冷压烧结技术作为一种新兴的超低温烧结方法,不仅能够显著提升电介质复合材料的介电性能,还能保持高分子材料的柔韧性以及其他优良特性,这使得此类型复合材料在多种应用中展现出巨大的潜力。本文系统阐述了冷压烧结的基本原理,重点分析了其在低温下优化电介质复合材料时的介电性能机理,并且探讨了冷压烧结工艺如何改善复合材料的介电常数、击穿强度及热稳定性等重要性能。探讨了冷压烧结工艺在提升电介质复合材料介电性能方面的最新研究进展。最后,分析了冷压烧结工艺面临的挑战,并对其实际应用前景进行了展望。
高温合金成形
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  GH6159高温合金热变形行为及动态再结晶建模与仿真研究

  曾祥, 廖润泽, 徐雪峰, 涂啟啟, 陈霄霄, 罗杰, 范旭, 黄乐亨, 刘杰

  精密成形工程. 2025, 17(7): 193-205. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.07.021

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  目的 通过热压缩实验和微观组织分析,获得GH6159高温合金变形行为和组织演变规律,为优化热加工工艺提供理论支持。方法 利用Thermecmastor-Z热模拟试验机对GH6159高温合金进行热压缩实验,获得该合金在应变速率0.1~10 s^-1和温度900~1 100 ℃条件下的应力-应变曲线,分别采用摩擦修正与变形热修正公式对真应力-真应变曲线进行修正,并建立修正后的Arrhenius模型和动态再结晶模型;同时,通过电子背散射衍射技术（EBSD）,分析不同温度和应变速率下试样的微观组织特征,随后建立了GH6159高温合金圆柱压缩有限元模型,利用所建立的动态再结晶模型,预测GH6159高温合金在热加工过程中的动态再结晶行为。结果 热变形时,GH6159高温合金表现出明显的流动软化现象,微观组织中出现了大量的动态再结晶。通过仿真预测和实验对比发现,经900 ℃-0.01 s^-1、1 100 ℃-0.01 s^-1、900 ℃-10 s^-1、1 100 ℃-10 s^-1热压缩变形后,动态再结晶体积分数分别为81.3%、83.7%、78.5%、82.7%,基本与EBSD实验结果一致。结论 动态再结晶体积分数对变形温度和应变速率较为敏感,在低温高应变速率下,动态再结晶体积分数低且组织均匀性差;在高温低应变速率下,动态再结晶体积分数高且组织均匀性好。通过实验和有限元模拟发现,所建立的动态再结晶模型具有较高精度。
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  镍基高温合金极薄带精密轧制技术研究进展

  徐超, 吴畏, 吴勇, 孟刚, 王方军, 刘海定, 王东哲, 肖军

  精密成形工程. 2025, 17(7): 206-218. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.07.022

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  镍基高温合金极薄带被广泛应用于高端装备制造领域。相较于传统轧制,精密轧制技术在镍基高温合金极薄带表面/板形质量控制、力学性能调控、尺寸精度把控等方面更具优势。本文介绍了六辊、十二辊、二十辊精密轧制设备加工能力及板形调控手段,探讨了镍基合金精密轧制宽幅受限的原因,探究了极薄带轧制过程中表面与板形缺陷的形成机制,分析了包括辊形控制、特征尺寸、轧制工艺在内的极薄带精密轧制成形关键控制因素,着重分析了凸度、窜辊、宽度、厚度、宽厚比、变形量等因素对镍基高温合金极薄带形状/性能调控的影响规律,总结了镍基高温合金极薄带精密轧制成形技术的应用现状,包括装备设计制造、在线与离线检测技术应用、国内外制造水平对比,探究了未来极薄带轧制的研究趋势,通过将极限可轧厚度研究与极薄带轧制工艺相结合,在晶体塑性变形行为的基础上,衍生出极薄带轧制新方法。最后提出了共性结论与局限性看法,并对未来进行了展望,即镍基高温合金极薄带精密轧制技术将朝智能化、绿色化方向发展。
先进制造技术与装备
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  极片热轧辊双螺旋流道设计及工艺参数优化

  闫华军, 周旭航, 杨光, 代学蕊, 苑振革, 王宝雨, 刘晋平, 周兴邦

  精密成形工程. 2025, 17(7): 219-227. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.07.023

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  目的 为精确控制轧辊辊面温度,对极片热轧流道布置与流体速度进行系统性研究。方法 分析了单、双螺旋流道布置对轧辊辊面温度的影响,设计了螺距值40、50、60 mm 3种等螺距双流道和3种不等螺距双流道方案,设置了1、2、3 m/s 3种热油速度,共构建了18种热流道工况;利用ANSYS仿真软件对18种工况进行模拟,分析轧辊等螺距、不等螺距、流速对轧辊温度的影响规律,利用方差获得温度均匀的最优参数。结果 流速对轧辊辊面温度的影响较大,随着流速的增大,对流换热和导热热阻均增加,但导热热阻增加更为明显,当速度达到临近值时,温度增加量达到最大,因此合理的流速是保证辊面温度的重要因素;在等间距流道条件下,流道间距越小,辊面温度均匀性越高,在满足流道强度和干涉前提下,流道间距取最小值为40 mm;不等距流道条件下的轧辊辊面温度均匀性好于等螺距流道方案下的,轧辊中段流道螺距P₂的最优值为70 mm,此时辊面温差最小。结论 当流速为2.2 m/s时,辊面温度均匀性最好;在等螺距最小间距40 mm条件下,辊面最小温度差为±1.55 ℃;在轧辊中段流道螺距P₂=70 mm的不等距条件下,辊面温度差为±0.71 ℃,进一步提高了辊面温度均匀性。
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  汽车转向节轴套复合挤压工艺研究

  张良英, 詹艳然, 卢锦焘

  精密成形工程. 2025, 17(7): 228-235. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.07.024

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  目的 提升汽车转向节轴套加工材料利用率,获得理想尺寸精度及较好的疲劳强度,研究汽车转向节轴套复合挤压工艺。方法 针对汽车转向节轴套杯-杆型结构特征,采用理论工艺分析与成形模拟分析相结合的方法,在对比一道次复合挤压成形工艺方案和预加工复合挤压工艺方案的基础上,确定最终工艺方案,分析了复合挤压时的金属流动规律及等效应变分布,设计了挤压模具并进行了试验验证。结果 汽车转向节轴套复合挤压工艺方案为：机加工—退火及草酸盐处理—复合挤压—杯部钻孔。在该方案下,凸模承受的载荷呈现“增大-平缓-增大-略微下降-显著增大”的变化趋势,且最大载荷更低,模具充填效果更好;在复合挤压时,正挤压占比远大于反挤压占比,分流面主要分布在杯壁下段至35°锥角区域内,界面会随着凸模的下行呈现出“模糊-清晰-模糊”的变化趋势;最大等效应变主要分布在制件尺寸变化区域。结论 复合挤压金属流动规律及等效应变分布规律可以为同类零件复合挤压技术推广应用提供一定的理论依据;预加工复合挤压工艺成形汽车转向节轴套方案合理,可满足实际大批量生产需求。
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  装饰膜厚度对MIM-IMD制品成型质量的影响规律研究

  金鑫, 梁向京, 黄常翼, 黄振敏, 严岿, 郭巍

  精密成形工程. 2025, 17(7): 236-245. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2025.07.025

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  目的 探讨聚丙烯（PP）装饰膜厚度对微孔发泡-模内装饰（MIM-IMD）注塑成型制品性能的调控机制,以优化泡孔结构、表面质量及力学性能。方法 采用MIM-IMD工艺,通过控制装饰膜厚度（0.10~ 0.30 mm）,对不同膜厚样品进行力学测试,并结合扫描电镜（SEM）观察泡孔结构和表面形貌。结果 随着装饰膜厚度的增加,垂直于熔体流动方向的芯层泡孔最大直径上升,泡孔平均直径和密度先上升后下降,而平行熔体流动方向的芯层厚度减小,泡孔平均直径上升,泡孔密度先上升后下降,且覆膜侧的泡孔平均直径和密度均高于无膜侧的;当膜厚为0.1 mm时,发泡零件表面缺陷较少,表面粗糙度最低,继续增加膜厚,则气孔和凹陷增多;随着膜厚的增加,发泡零件表面的拉伸强度、弯曲强度、冲击强度呈上升趋势。结论 装饰膜厚度显著影响了泡孔结构的非对称分布情况,当装饰膜厚度增加时,滞热效应增强,覆膜侧熔体温度升高,为泡孔生长提供了更多时间。当膜厚超过0.2 mm时,气体逃逸加剧,泡孔质量下降;装饰膜有效改善了表面质量,但增加膜厚后,膜能被熔体加热到更高的温度,导致发泡零件表面缺陷增加;装饰膜通过改善发泡零件内部泡孔结构提高了其力学性能,增加膜厚可进一步提升对基材的保护作用。