2026年, 第18卷, 第7期　
刊出日期：2026-07-10

  

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高端能源、航空航天装备部件精密成形关键技术
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  DD15/SC-4高温合金热等静压扩散连接界面孔洞闭合过程数值模拟

  万昕, 唐天祥, 刘健, 王旭青, 彭子超, 陈高强

  精密成形工程. 2026, 18(7): 1-10. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2026.07.001

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  目的 分析不同界面粗糙度、压力以及温度对异质高温合金热等静压扩散连接界面形态演变以及应力应变过程的影响。方法 选取DD15和SC-4镍基高温合金作为研究对象,采用有限元法建立了具有3种不同表面粗糙度特征（粗车、精车、精车抛光）的二维热-力耦合有限元模型,分析了粗糙度对界面演变行为的影响。随后,探讨了压力（100 MPa、40 MPa）和温度（1 160、1 180、1 200 ℃）对界面焊合过程、应变分布的影响。结果 通过与实验结果进行对比可知,模拟预测的界面再结晶宽度相对误差仅为8%,验证了模型的准确性。在1 180 ℃、100 MPa条件下,3种粗糙度模型均实现孔洞闭合。随着施加压力的降低,3种粗糙度模型均出现不同程度的孔洞残留现象,并且DD15侧的峰值应力由30 MPa（压力100 MPa）下降至15 MPa（40 MPa）,下降了50%。随着温度从1 160 ℃升高至1 200 ℃,峰值等效塑性应变基本维持在0.3左右。结论 随着界面粗糙度由粗车降至精车抛光,孔洞完全闭合所需的最大等效塑性应变由1.1降至0.18。当压力不足时,由于塑性变形范围受限,材料仅在微凸体接触局部区域发生挤压,无法有效填充残余间隙,3种粗糙度模型均出现不同程度的孔洞残留现象。温度升高降低了材料的变形抗力,加快了界面闭合过程,但在焊前粗糙度不变时,孔洞闭合所需的等效塑性应变分布几乎不受温度变化影响。
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  Invar 36合金增材制造技术研究现状及展望

  李捷, 陈玉华, 王善林, 郑敏

  精密成形工程. 2026, 18(7): 11-29. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2026.07.002

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  Invar 36合金因其极低的热膨胀系数,已在航空航天、精密仪器等领域得到广泛应用。传统制造工艺如铸造、锻造等,通常导致Invar合金零件的生产成本高昂、生产周期较长。而增材制造技术具有能成型复杂结构构件、材料利用率高、制造周期短等优点,在Invar 36合金的快速制造与低成本开发中展现出广阔的应用前景。本文综述了近年来国内外Invar 36合金增材制造的研究进展,归纳了5种主要工艺方法,最后对目前Invar 36合金增材制造的难点和发展趋势进行了展望。通过增材制造虽可实现Invar合金复杂构件的高效成形,但稳定维持其低热膨胀系数仍面临工艺参数敏感性高、残余应力大及内部缺陷多等挑战,未来需围绕工艺参数的优化、后处理及在线缺陷控制三大方向进行深入探索。希望为推动Invar 36合金零部件高精度、高强度和低热膨胀系数一体化增材制造成型提供参考。
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  某超超临界机组用T91/HR3C异种钢接头组织与性能研究

  黎俊良, 刘福广, 王东振, 宋海, 杨明昌, 常哲, 史振利, 褚巧玲

  精密成形工程. 2026, 18(7): 30-40. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2026.07.003

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  目的 系统评估某超超临界机组累计运行约101 592 h的T91/HR3C异种钢焊接接头的安全服役能力,为检修更换决策提供依据。方法 通过化学成分测试、显微组织观察、能谱分析、电子背散射技术和显微维氏硬度测试等手段,系统研究了该服役态T91/HR3C异种钢接头的化学成分、接头组织分布和力学性能特征;与此同时,采用数值模拟方法对该异种钢接头焊接过程及热处理过程的残余应力进行计算。结果 该T91/HR3C异种钢接头母材化学成分满足标准要求。异种钢接头两侧显微组织差异明显,T91侧熔合线存在串链状M₂₃C₆碳化物,HR3C侧晶界析出FeCr相和M₂₃C₆碳化物,镍基焊缝为典型胞状树枝晶。异种钢接头的显微硬度分布较不均匀,T91热影响区硬度最高（290HV0.3~330HV0.3）,HR3C热影响区最低（170HV0.3~200HV0.3）。异种钢接头数值模拟结果显示,焊态下异种钢接头峰值环向残余拉应力为790 MPa,集中于HR3C热影响区与T91外壁熔合线;经热处理后,峰值应力降至496 MPa,但应力集中趋势并未根本改变。结论 T91/HR3C异种钢接头经过101 592 h长期服役后出现T91侧碳化物串状聚集粗化、热影响区硬度波动等多重退化特征,建议后续加强该异种钢接头T91侧的抽检,并在同类结构中加强制造工艺控制与在役监测。
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  精密银合金丝高温组织演变及性能变化

  郭艳红, 侯江涛, 常义栋, 程亚芳, 董显, 张冠星, 董博文, 李永

  精密成形工程. 2026, 18(7): 41-46. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2026.07.004

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  目的 为明确退火工艺参数对银合金丝组织与性能的调控机制,掌握二者内在关联,为精密加工工艺优化及产品质量提升提供支撑,探究了退火工艺对银合金丝组织与性能的调控规律。方法 以银含量（质量分数）50%的银合金丝为研究对象,控制原材料成分均匀性,采用箱式炉进行500 ℃等温退火,选取10~50 min为退火时间（间隔10 min）,以退火时间为单一变量,研究其对合金丝显微组织及力学性能的影响。采用SEM观察组织形貌,利用EDS（能谱）推断物相,借助维氏硬度计和力学试验机测试性能,保障数据可靠。结果 退火时间对银合金丝组织及力学性能的影响显著。当退火10 min时,组织均匀细化、内应力消除,物相为Ag固溶体与CuZnAgNi金属间化合物两相,无明显缺陷;随退火时间延长,组织发生包析转变并出现层状AgCuZn共晶第三相,继续延长时间,该相逐渐均匀化且呈灰色。在力学性能上,该银合金丝退火10 min时的维氏硬度值最低,塑性显著提高;随时间延长,硬度升高、拉伸强度下降,塑性先升后稳,与组织演变规律高度契合。结论 退火时间是调控银合金丝组织与力学性能的关键参数,通过影响物相转变及组织重构改变性能,组织演变是性能变化的核心因素。研究结果丰富了银合金热处理理论,为该类合金丝精密加工、退火参数优化提供指导,对提升产品质量、拓展应用范围有重要工程意义。
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  IN625镍基高温合金薄壁管小弯曲半径绕弯成形工艺优化

  冯宪章, 李昆鹏, 陈凯, 张启明, 于田, 樊炳朋, 张克强, 陈进平

  精密成形工程. 2026, 18(7): 47-55. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2026.07.005

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  目的 针对IN625镍基高温合金薄壁管在小弯曲半径绕弯成形过程中容易产生壁厚减薄、截面畸变的问题,通过优化绕弯成形工艺参数,提升管材的成形质量。方法 以外径D=25.4 mm、壁厚t=0.89 mm及相对弯曲半径R/D=2（即弯曲半径R）的IN625镍基高温合金薄壁管为对象,建立有限元模型,对其小弯曲半径绕弯成形过程进行模拟。以芯模伸出量、芯模间隙、压块间隙和弯曲模间隙为优化变量,以最大壁厚减薄率和最大截面畸变率为评价指标,采用Box-Behnken响应面法设计试验方案,并借助Design-Expert软件建立二次回归模型,从而获得优化工艺参数组合。最后,采用DB2090数控弯管机开展试验,以验证有限元模拟结果及优化工艺参数的有效性。结果 优化后的工艺参数组合为：芯模伸出量4.2 mm、弯曲模间隙0.05 mm、芯模间隙0.08 mm、压块间隙0.12 mm。采用上述参数进行30°、60°、90°有限元模拟和绕弯试验,仿真模拟的最大壁厚减薄率分别为8.96%、10.21%、10.85%,最大截面畸变率分别为2.49%、2.58%、2.68%;试验件的最大壁厚减薄率分别为9.77%、10.53%、11.1%,最大截面畸变率分别为2.68%、2.72%、2.85%,仿真模拟与试验件的最大壁厚减薄率最大相对误差为8.3%,最大截面畸变率的最大相对误差为7.1%,且均未超出规定允许范围。试验件弯曲区域未发生外弧侧拉裂或截面畸变严重等失效现象,验证了优化参数组合的可行性。结论 采用有限元模拟、响应面优化与实验验证相结合的技术路线,可有效提高IN625镍基高温合金薄壁管小弯曲半径绕弯成形质量。优化得到的工艺参数组合不仅使最大壁厚减薄率满足标准限值,而且有效抑制了截面畸变,可为类似薄壁管的绕弯成形工艺优化提供参考。
轻合金成形
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  增材制造多孔TA15钛合金弹塑性力学性能等效建模

  姜雪琦, 罗欢, 邓泽军, 樊晓光, 谢哲笑

  精密成形工程. 2026, 18(7): 56-67. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2026.07.006

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  目的 研究孔隙结构对多孔基体材料力学性能的影响,构建多孔材料弹塑性宏观等效模型,实现多孔材料拉伸过程中的预测。方法 通过工业CT对多孔材料的孔隙结构进行表征,并构建代表性体积单元（RVE）模型研究真实孔隙结构对多孔材料力学性能的影响。基于RVE模型结果和实验结果,通过通用的屈服准则描述材料的各向异性和拉压不对称性,通过Swift硬化准则描述材料的硬化行为,通过关联流动法则描述材料的屈服轨迹,以此构建多孔材料弹塑性力学性能等效模型。结果 多孔材料的孔隙结构导致材料出现各向异性特征,所构建的多孔材料的等效模型可以良好地模拟材料的各向异性特征,通过实验和有限元模拟对比,验证了等效模型的有效性。结论 多孔材料具有各向异性和拉压不对称性,在承受载荷时,孔隙之间形成应力集中区域,加速裂纹扩展;弹塑性等效模型可以精准地预测材料在承受载荷时的应力应变,实现大尺寸多孔材料的宏观变形模拟。
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  轧制、热处理工艺对中子屏蔽Mg-15Gd合金组织和性能的影响研究

  陆骅冰, 乐韵琳, 牛恩赐, 张伟, 毛建军, 吴璐, 佘加

  精密成形工程. 2026, 18(7): 68-80. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2026.07.068

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  目的 研究轧制与热处理工艺对Mg-15Gd合金微观组织、力学性能及中子屏蔽性能的协同影响规律,以期解决屏蔽均匀性欠佳及强度不足的问题。方法 对Mg-15Gd铸态合金进行500 ℃、6 h的固溶处理,随后在150 ℃下进行变形量为25%的低温轧制,并对轧制板材进行225 ℃、120 h的峰值时效处理,通过显微组织分析、拉伸实验与中子屏蔽测试（实验与SuperMC模拟）系统评估性能变化。结果 “固溶+轧制+时效”工艺有效溶解了晶界粗大Mg₅Gd相,减少了Gd元素宏观偏析,轧制作为关键步骤,显著细化了合金晶粒,平均晶粒尺寸由铸态的180 μm细化至71 μm,并诱导形成强基面织构。晶粒细化与织构协同效应使合金获得最优的综合性能。在轧制后厚度减薄至3 mm时,仍获得最高屏蔽系数K=22.7、线性衰减系数μ=10.41 cm^-1与抗拉强度197.2 MPa。结论 采用“固溶+轧制+时效”的复合工艺可同步提升Mg-15Gd合金的力学性能与中子屏蔽性能。轧制是实现晶粒细化与强织构的关键步骤,其与热处理共同作用,为开发高性能轻质中子屏蔽结构材料提供了有效的技术途径。
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  AZ31B镁合金双辊摆辗热成形机制研究

  余中全, 翁焕琦, 钱应平, 胡胜强, 肖喜康, 朱春东, 邵文军

  精密成形工程. 2026, 18(7): 81-91. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2026.07.008

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  目的 揭示AZ31B镁合金圆盘在双辊摆辗成形过程中的变形机制。方法 通过数值模拟与物理实验相结合的方法,构建可靠的AZ31B镁合金圆盘双辊热摆辗有限元模型,系统揭示AZ31B镁合金在热摆辗过程中整体变形、应力、应变、温度及速度场的演变规律。结果 在双辊摆辗作用下,镁合金圆盘产生轴向压缩与径向扩展,其截面形状呈现从“蘑菇形”向“上鼓形”、“正鼓形”和“下鼓形”的演变规律;圆盘的等效应力从初始的局部应力集中,逐步沿周向和径向扩展,最终覆盖工件大部分区域;圆盘的塑性变形始于上表面接触区,随后沿轴向向下表面扩展,并沿径向持续外延。应变场呈梯度分布,表现为周向均匀,而轴向与径向分层;圆盘的温度场依次呈现“心部高温、表面低温”,到“上表面与中部温度接近”,直至“整体均匀化”的演变规律;圆盘的周向流动从初始“入口快、出口慢”逐渐发展为“边缘快、中心慢”的稳定模式。径向流动则始终由外边缘区域主导,推动圆盘直径实现持续增长。结论 建立了可靠的有限元模型,揭示了AZ31B镁合金圆盘双辊摆辗成形机制。
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  Sc/Zr微合金化对A356铝合金力学及耐蚀性能的影响

  姜扬帆, 曾祥浩, 贺冠强, 陈宇强, 何正茂, 陆丁丁

  精密成形工程. 2026, 18(7): 92-106. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2026.07.009

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  目的 揭示Sc/Zr复合微合金化对A356铝合金微观组织、力学性能及耐蚀性能的协同调控机制,为高性能铸造铝合金的成分设计与精密成形组织控制提供理论依据。方法 在固定Zr含量（约0.05%,质量分数）的基础上,通过调控Sc添加量制备试验合金,结合T6热处理工艺,利用OM、SEM及EDS等手段深入分析了α-Al晶粒、共晶Si相及Al₃(Sc,Zr)纳米析出相的组织演变规律,并系统评估了合金在180 ℃下的硬度时效特性、强塑性匹配及中性盐雾腐蚀行为。结果 试验合金均在180 ℃时效10 h后达到硬度峰值,Sc/Zr原子比为1∶1的合金表现出最优的强塑性匹配。尽管增加Sc含量可将α-Al晶粒显著细化至约80.9 μm,但过量Sc会引发Al₃(Sc,Zr)析出相粗化与严重的成分偏析,导致时效稳定性下降,并显著加剧晶间腐蚀敏感性。在盐雾腐蚀环境下,合金强度因腐蚀损伤有所降低;但Sc含量增加可细化微观组织,降低局部点蚀倾向并抑制微裂纹萌生,使合金塑性显著升高。结论 Sc/Zr通过细晶强化与析出强化的协同作用大幅提升A356合金的综合性能,且明确了1∶1的Sc/Zr配比是实现组织细化与性能提升的最佳微合金化设计。
增材制造
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  功能梯度材料双丝等离子电弧增材成形工艺研究

  乐有树, 朱强, 喻小燕, 张占辉

  精密成形工程. 2026, 18(7): 107-115. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2026.07.010

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  目的 研究316L/IN625功能梯度材料双丝等离子电弧制造工艺参数对单道沉积层外观成形的影响,为揭示功能梯度材料在增材制造过程中“成分-工艺-成形”的内在关联提供试验数据支撑,同时为后续多道多层沉积及成形质量调控奠定理论与技术基础。方法 使用1.2 mm的316L焊丝和IN625焊丝在304L不锈钢基板上进行单道沉积层试验。设计包含5个成分梯度（316L、75% 316L、50% 316L、25% 316L、IN625,质量分数）的梯度功能材料共80组试验,以焊接电流（I_c）、送丝速度（S_f）和焊接速度（T_s）3个参数为输入,以沉积层熔宽（W）、熔高（H）、润湿角（θ）和稀释率（D）为输出,建立二次多项式回归模型拟合不同成分梯度的单道沉积层成形试验数据。结果 80组试验样品堆积制备过程都比较稳定,表面成形良好,飞溅较少,单道沉积层外观无裂纹和塌陷等明显缺陷。建立的二次回归模型拟合值与实际值之间相差很小,模型拟合精度较好。通过模型可以发现,梯度组成成分、送丝速度、焊接速度以及焊接电流对沉积层成形都有显著影响。送丝速度主要影响沉积层熔宽、熔高以及润湿角;焊接速度对沉积层熔高和熔宽具有显著影响;焊接电流则对所有输出参数都具有明显影响。分析不同成分区域二次多项式回归模型与各项系数可以看出,成分梯度不同造成材料特性不同,对输出参数也存在显著性影响。结论 二次回归模型能够精确拟合双丝等离子电弧增材制造系统不同工艺参数下单道沉积层外观成形数据,对工艺参数进一步优化有重要参考价值。
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  增材制备高熵合金的研究现状及展望

  李晓君, 宋长红, 潘梦阳

  精密成形工程. 2026, 18(7): 116-131. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2026.07.011

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  高熵合金因其高混合熵效应、固溶体稳定性以及优异的综合性能,已成为结构材料研究的前沿方向。增材制造凭借快速凝固、高结构复杂度成形能力和可调控的工艺窗口,为高熵合金的成分设计、组织调控和性能提升提供了新的技术平台。本文围绕增材制备高熵合金的研究进展,系统综述了主要增材制造工艺、典型材料体系、组织演化规律、物理与力学性能表现以及相关工艺优化策略,并重点阐述了快速凝固、熔池动力学与多级热循环在组织形成过程中的关键作用。进一步地,结合不同体系高熵合金的力学性能、耐蚀性、耐磨性及高温服役行为,归纳了当前性能提升的主要方法,包括工艺参数调控、合金成分优化及多种后处理手段等。尽管增材制造技术显著拓展了高熵合金的设计与应用潜力,但仍面临一系列挑战：快速凝固导致的成分偏析、孔隙与热裂纹等缺陷难以完全避免;多道多层热循环造成显著组织各向异性和性能波动;粉末氧化、元素挥发及相稳定性不足削弱服役可靠性;同时缺乏清晰的加工-组织-性能关联模型,使材料的可预测设计受限。基于此,本文展望了未来的发展方向,包括多物理场模拟驱动的组织预测、机器学习辅助的工艺优化、新型高熵粉末体系开发、原位反应增材制造以及多材料/梯度结构的构建等。随着高通量增材制造技术的成熟和标准化体系的建立,增材制造高熵合金有望在航空航天、能源装备及极端服役环境中实现更广泛且高可靠的工程应用。
先进连接技术
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  6061-T6铝合金机器人搅拌摩擦焊工艺数据分析挖掘及智能优化

  赵运强, 管元锴, 刘喆, 邓军, 林志成, Oleg Ganushchak, Yevhenii Illyashenko

  精密成形工程. 2026, 18(7): 132-142. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2026.07.012

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  目的 找到一种高效、精确的数据驱动方法,以解决6061-T6铝合金机器人搅拌摩擦焊（Friction Stir Welding,FSW）工艺中多目标质量的快速预测与优化难题。方法 结合数值仿真与人工智能技术,首先建立了机器人FSW过程的三维瞬态热源模型与顺序热力耦合模型,系统模拟了不同工艺参数组合下的温度场与残余应力场。随后,以转速、焊速和下压力为输入变量,以仿真与实验获得的峰值温度、最大纵向残余应力及实验获得的接头抗拉强度为输出响应,构建并训练了反向传播神经网络（Back Propagation Neural Network,BPNN）预测模型。结果 构建的BPNN模型表现出优异的预测性能,它对峰值温度、残余应力和抗拉强度的预测决定系数（R²）分别达到0.934 8、0.840 7和0.726 2,最大预测误差均小于5%。分析表明,转速对焊接温度影响最为显著,焊速对残余应力影响最大。结论 采用数值仿真与神经网络相结合的混合建模策略,实现了机器人搅拌摩擦焊工艺参数与焊接质量的高效预测与优化。相较于单一的传统实验或数值仿真方法,该方法在保证预测精度的同时显著降低了计算成本,BPNN模型在预测阶段的计算效率较有限元仿真提升了数个数量级,为复杂焊接工艺的智能化设计与优化提供了可靠的理论依据和工程实用工具。
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  焊接速度对铝/钢异种金属激光熔钎焊接头组织及性能的影响

  孙有平, 何成伟, 李旺珍, 李洋, 张凯斐, 张海

  精密成形工程. 2026, 18(7): 143-153. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2026.07.013

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  目的 采用激光熔钎焊方法研究焊接速度对6061-T6铝合金与Q235A镀锌钢接头组织特征及力学行为的影响规律。为实现轻量化结构中铝/钢异质材料的高可靠连接,抑制脆性金属间化合物（IMC）生长及提升接头性能提供理论依据。方法 采用直径为1.2 mm的ER2319填充焊丝,在不同焊接速度下采用激光对接焊工艺对6061-T6铝合金和Q235A镀锌钢进行连接。焊接完成之后,采用电子显微镜、扫描电子显微镜（SEM）对焊接接头的宏观形貌与微观结构进行观察分析,使用X射线衍射仪（XRD）及能谱分析仪（EDS）对界面处物相组成进行测定,依托显微硬度仪与电子万能试验机完成力学性能测试,重点探究接头组织与性能随焊接速度变化的规律。结果 当焊接速度为0.9~1.8 m/min时,都能形成铝/钢之间的有效连接,当焊接速度为2.1 m/min时,两者之间存在明显的未焊透现象,焊接接头未能形成良好的连接。不同焊接速度下焊缝区组织主要由水滴状和针状枝晶与细小等轴晶组成。随着焊接速度提高,接头界面处的IMC层厚度呈递减趋势,其最大值为28.94 μm。当焊接速度达到1.21 m/min时,接头获得了最优的力学性能,其显微硬度与抗拉强度分别达到峰值154.3HV与128 MPa。焊接接头的断口分析显示,其断裂模式为脆性断裂,并在断口中观察到第二相化合物的存在,直接影响了接头的力学性能。结论 在激光熔钎焊过程中,焊接速度的变化会改变焊接热输入及熔池凝固条件,进而影响显微组织演变和界面IMC层的形成与生长,最终显著影响焊接接头的力学性能。因此,优化焊接速度是进一步提高铝/钢异种金属焊接接头成形质量和综合性能的关键。
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  CMT堆焊15-5PH工艺及组织性能研究

  赖书斌, 刘浩然, 庞广超, 段清龙, 赵旭晨, 郭龙龙

  精密成形工程. 2026, 18(7): 154-165. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2026.07.014

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  目的 针对冷金属过渡（Cold Metal Transfer,CMT）堆焊15-5PH工艺参数优化缺乏试验和数据指导的问题,研究工艺参数对15-5PH堆焊层成形质量、微观组织、力学性能的影响规律。方法 以CMT的送丝速度、堆焊速度为变量开展单道堆焊试验,厘清了送丝速度、堆焊速度对堆焊层成形质量的影响规律,探明了工艺参数窗口;在CMT工艺参数窗口内,开展多道堆焊试验,利用光学显微镜分析了堆焊层的微观组织,通过拉伸试验、显微硬度试验测试了堆焊层的力学性能。结果 当堆焊速度恒定时,随着送丝速度增加,单焊道宽度增大、高度先升后降;当送丝速度恒定时,随堆焊速度的增加,单焊道宽度、高度均降低;随送丝速度的增加,堆焊层表面波纹度和稀释率均先减小后增大。堆焊层主要由等轴马氏体、少量的柱状马氏体、铁素体和球状碳化物组成;随送丝速度的增加,晶粒尺寸逐渐增大,堆焊层的抗拉强度逐渐增大,显微硬度呈波动变化,伸长率变化不明显。当送丝速度为7 m/min、堆焊速度为5 mm/s时,堆焊层具有良好的成形质量、较高的硬度、相对最优的拉伸性能。结论 探明了CMT工艺参数对成形质量、微观组织、力学性能的影响规律,获得了成形质量、力学性能良好的堆焊层。研究成果为CMT堆焊15-5PH的形性调控提供试验和数据支撑。
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  线性菲涅尔式光热电站TP321熔盐集热管激光焊接接头组织与性能研究

  赵辉, 张骏, 王伟, 张乾乾, 刘伟东, 张建伟, 张超

  精密成形工程. 2026, 18(7): 166-174. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2026.07.015

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  目的 研究线性菲涅尔式光热电站TP321熔盐集热管激光焊接工艺以及接头组织与性能。方法 采用单模激光自熔焊和激光摆动填丝焊接方法,对TP321熔盐管进行激光焊接。结果 采用单模激光摆动填丝焊方法,当焊接功率为1 500 W时,可以对4 mm厚的熔盐集热管TP321进行单层单道焊接,一次成形,焊缝外观和根部形貌良好,未见咬边、裂纹、气孔、未熔合以及未焊透等缺陷。结论 单模激光焊接接头拉伸试样均断于TP321母材,未在焊缝处断裂,组织中未发现M₂₃C₆等有害析出相,热影响区熔合良好、宽度较窄,焊接接头的显微硬度分布均匀。
高温合金成形
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  热变形方式对GH4169合金锻件微观组织和力学性能的影响

  衡亚博, 邓浩, 周文武, 蒋希来, 傅强, 刘帅, 李轲, 谢静

  精密成形工程. 2026, 18(7): 175-183. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2026.07.016

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  目的 优化热变形工艺路线和试验参数,获得组织均匀和性能优异的GH4169合金大型模锻件。方法 首先采用Deform模拟软件分析了锻件不同坯料形貌和不同变形参数下的应变场和温度场分布,随后结合现场试验对不同成形锻件的微观组织和力学性能进行了分析。结果 大型模锻件的应变场和温度场分布与坯料形貌有关,合理的坯料形貌能够提升锻件应变场和温度场的均匀性,进而改善锻件微观组织形貌。在小变形区和过渡区,应变极差高达1,锻件部分位置发生了不完全再结晶现象,产生“项链”结构的微观组织,造成锻件内部出现大量混晶组织。完全动态再结晶区域与小变形区域的抗拉强度差超过63 MPa,屈服强度差超过112 MPa,同时延伸率差值超过6.3%,具有优异的力学性能。而在变形死区和过渡区,由于组织分布不均匀,因此力学性能与高应变区域相比较差。结论 小变形区域形成的“项链”结构显著降低了锻件力学性能,而在完全动态再结晶区域,组织均匀且细小,具有较好的综合力学性能。
钢铁成形
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  超声滚压对高碳Q-P-T钢表面完整性的影响

  张光锋, 张慎泰, 秦盛伟, 宋子欣

  精密成形工程. 2026, 18(7): 184-193. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2026.07.017

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  目的 探究超声滚压（USRP）工艺参数对Fe-0.66C-1.48Mn-1.53Si-0.06Nb（质量分数）高碳低合金Q-P-T钢表面完整性的影响规律。方法 在不同静压力、转速、振幅下对高碳低合金Q-P-T钢进行了超声滚压试验,探究其残余应力场变化情况。同时,利用ABAQUS有限元软件模拟了Q-P-T钢的USRP过程,分析了不同工艺参数下的残余应力场变化情况,试验结果与仿真数据吻合良好,验证了该有限元模型的可靠性。结果 在只改变其中一项参数、其他参数均不变的情况下,随着静压力、转速和振幅的增大,最大残余压应力分别增至-975.82、-733.6、-743.21 MPa,残余应力层深也随之增加;相比于超声滚压前,表面粗糙度在150 N静压力下滚压后降低86.85%,为0.124 μm（本文粗糙度值均为S_a）;但过高静压力（750 N）会导致粗糙度回升至0.411 μm;超声滚压后显微硬度最高提升约50%,硬化层深度达450 μm,并伴随明显晶粒细化和塑性流变。结论 试样经过超声滚压后,随着主轴转速、静压力、超声振幅的增大,最大残余压应力增加。同时,随着静压力增大,样品表层的塑性变形亦显著增加,当静压力较大时,表面粗糙度改善程度有所下降。
复合材料成形
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  热处理对轧制铜-钢-铜复合板组织性能的影响研究

  汪珍宝, 刘喆, 邓军, 李博新, 马金辉, 王宏宇, 赵运强

  精密成形工程. 2026, 18(7): 194-206. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2026.07.018

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  目的 研究不同温度热处理对冷轧铜-钢-铜复合板微观组织织构、界面结构及力学性能的影响规律,以优化综合性能。方法 将试样分别加热至600、640和680 ℃,并在相应温度下保温3 h,利用扫描电镜、电子背散射衍射、能谱分析及拉伸试验等手段,系统表征热处理后复合板的界面形貌、元素扩散行为、再结晶行为、织构组分、几何必需位错密度及力学性能。结果 轧制态复合板热处理后,铜侧与钢侧均发生明显再结晶,组织由轧制态拉长晶粒转变为均匀等轴晶,且晶粒随温度升高逐渐长大。热处理显著降低了钢侧与铜侧的几何必要位错密度,并且钢侧轧制织构减弱,铜侧再结晶织构增强。在600~680 ℃的热处理条件下,铜/钢界面保持平直、连续,未出现孔洞、裂纹及显著的金属间化合物。随热处理温度升高,界面元素扩散增强,且在各温度下Fe的扩散系数均高于Cu。力学性能测试结果表明,热处理复合板屈服与抗拉强度显著下降,而延伸率明显提高。结论 本研究揭示了热处理对铜-钢-铜复合板组织织构、界面结构及力学性能的影响规律,明确了微观组织、元素扩散及织构演变等机制,为复合板热处理工艺优化与综合性能改善提供了可靠的理论依据。
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  电阻辅助加热对316L-Cu异种合金AFRD热-力-流行为影响的数值模拟与机理研究

  徐明望, 赵纪元, 彭宝营, 东青, 刘锐

  精密成形工程. 2026, 18(7): 207-219. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2026.07.019

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  目的 针对316L不锈钢与铜在滚动摩擦沉积增材制造中因热物理性能失配而导致的界面热输入不足与材料流动协调性差等问题,引入电阻辅助加热工艺,系统探究其对热-力-流行为的调控机制,以提升异种合金固相增材制造的成形质量与界面性能。方法 基于Abaqus软件建立耦合欧拉-拉格朗日（CEL）法的三维热-力-流多场耦合数值模型,模拟316L-Cu异种合金AFRD过程,并通过初步实验验证模型可靠性。采用Johnson-Cook本构方程描述材料高温流变行为,系统研究辅热温度（25~700 ℃）、增材速度（180~300 mm/min）及工具头转速（750~1 000 r/min）等多组工艺参数。通过示踪粒子法追踪材料迁移路径,并结合等效塑性应变场分析,深入揭示辅热对温度分布、塑性区扩展、材料流动模式及界面混合行为的影响规律。结果 电阻辅助加热显著提升了界面热积累与材料流动性。在辅热温度600 ℃、增材速度240 mm/min、旋转速度850 r/min的工况下,界面峰值温度由无辅热时的722 ℃显著提升至841 ℃,高温停留时间由1.2 s延长至2.5 s。示踪粒子分析结果表明,材料在增材方向的x向最大迁移距离从10.95 mm增加至11.46 mm,在厚度方向的z向最大迁移距离从2.31 mm增加至2.63 mm,材料流动能力全面提升,形成了更宽、更均匀的界面混合区。等效塑性应变分析进一步揭示,辅热诱导了应变局域化现象,使高应变区由宽泛分布转变为集中于狭窄剪切带,最大等效塑性应变值从无辅热时的58.8降低为55.2,实现了由宽而浅的强迫变形向窄而深的高效剪切流动的模式转变。初步实验验证表明,模拟结果在宏观形貌与关键尺寸上与实验结果吻合良好。结论 电阻辅助加热通过提升热输入、促进材料软化并诱导应变局域化,有效协调了316L-Cu异种合金在AFRD过程中的流动行为,解决了因热物理性能失配而导致的界面结合难题。研究阐明了热输入-材料软化-应变局域化-协调流动的作用链条,表明界面结合质量并非仅取决于高的平均塑性应变,而在于通过热-力协同实现变形能的优化分布与高效利用。本研究为异种合金高性能固相增材制造提供了重要的理论依据与工艺优化方向。
高分子材料成形
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  循环动态力场协同静电纺丝制备PVDF/BTO压电薄膜

  刘潇潇, 黄运智, 何和智, 黄照夏

  精密成形工程. 2026, 18(7): 220-227. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2026.07.020

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  目的 提出一种温和、高效且可控的加工策略,用于制备兼具高压电响应和优异力学强度的PVDF基复合薄膜。方法 提出了静电纺丝-循环动态力场多场耦合的加工方法。该方法利用静电场的拉伸作用初步诱导PVDF分子链取向,促进了β相的形成。随后,对纺丝后的薄膜施加循环动态拉伸应力场进行后处理。通过广角X射线衍射（WAXD）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、扫描电子显微镜（SEM）分析了PVDF/BTO复合薄膜在静电场与循环动态力场下的结构演变,通过电滞回线（PE loop）、宽频介电谱（BDS）揭示了铁电、介电、压电性能之间的作用机制。结果 循环动态力场可在后处理过程中将β相的质量分数由73.8%进一步提升至86.7%,同时实现高达39.9 pC/N的压电系数与50.2 MPa的优异拉伸强度,并具有良好的灵敏度以及线性度。结论 该方法成功构建了一种新型、高效的制备策略,通过静电纺丝与循环动态力场的协同作用,有效提升了PVDF/BTO复合薄膜的β相含量、压电响应和力学韧性,不仅工艺条件温和、可控性强,而且在自供电柔性压力传感器、可穿戴设备及能量收集等领域展现出巨大的应用潜力。
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  玻纤/纳米粒子协同增强聚碳酸酯注射产品的性能研究

  祖梦幻, 贾子文, 章煌, 乔海玉

  精密成形工程. 2026, 18(7): 228-237. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2026.07.021

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  目的 探究低折射率氟化镁纳米粒子引入对玻纤增强聚碳酸酯注射制品光学与力学性能的耦合影响及微观作用机理。方法 以玻璃纤维增强PC复合材料作为研究对象,通过引入低折射率的氟化镁纳米粒子减少基体PC与玻璃纤维之间的折射率差异,分析复合材料在成型性能、光学性能和力学性能方面的变化规律。结果 （1）注塑阶段的温度对PC/GF复合材料光学性能的影响较小。（2）引入氟化镁纳米粒子使PC/GF/MgF₂复合材料的透过率下降,雾度增加,即光学性能恶化。这可能主要是由于GF和MgF₂都充当了散射点,引起光线散射与偏折,造成透过率下降,雾度增加。（3）厚度增加使复合材料光学性能下降更加明显。当厚度为10 mm时,PC/GF/MgF₂复合材料的透过率下降为0。（4）增加GF和纳米粒子使复合材料的强度和模量提升,但是断裂伸长率和韧性大幅下降。相比于PC,PC/GF/MgF₂复合材料的强度提升6.37%,但断裂伸长率降至PC的28.41%。（5）断面SEM显示,PC/GF/MgF₂复合材料界面处有大量玻纤拔出。结论 本研究为玻纤增强PC复合材料注射成型光学产品优化提供了科学尝试。
难熔金属与硬质材料成形
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  碳化硅晶圆背金超快脉冲激光开槽过程数值仿真及工艺研究

  黄晓龙, 胡希睿, 范小康, 张臣

  精密成形工程. 2026, 18(7): 238-248. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2026.07.022

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  目的 探究激光功率参数对开槽形貌的影响,实现对槽宽与槽深的精确控制。方法 在耦合双温模型与动网格技术的基础上,构建了皮秒脉冲激光加工晶圆铜和镍背金属层的三维热-力耦合模型,并系统开展了工艺参数研究,深入分析了激光功率、扫描速度与重复频率对温度场分布、残余应力状态及开槽形貌的影响规律。结果 激光功率对槽宽与槽深具有显著调控作用;在相同工艺参数下,相较于镍,铜加工后有更大的槽深与槽宽,且平均残余应力较低。而扫描速度对沟槽深度与成形质量影响显著,主要源于脉冲重叠率与扫描次数的变化：在较低扫描速度下,因同一位置经历多次激光烧蚀,槽深随时间的延长逐渐增大;当速度提升至600 mm/s以上时,槽深增长曲线趋于平滑,成形稳定性显著提高。此外,在100 kHz以下的低频条件下,沟槽出现不连续的未烧蚀区域;当频率超过100 kHz时,槽深波动幅度明显减小,成形质量趋于均匀稳定。结论 通过仿真与实验相结合,明确了关键激光工艺参数对晶圆背金激光开槽质量的影响规律,为实现高精度、高可靠性的晶圆开槽加工技术提供了理论依据与工艺支撑。
先进制造技术与装备
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  薄壁锥形件旋压成形可调芯模设计及工艺优化

  张渝, 王硕, 汪成, 邹杰

  精密成形工程. 2026, 18(7): 249-258. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2026.07.023

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  目的 为满足旋压件“多品种、小批量”的生产需求,提出一种可适应多种薄壁锥形件加工的可调芯模旋压成形方法。方法 基于离散组合思想设计由中心芯轴与环筒式可调单元组成的柔性芯模结构,以可调单元圆角半径、单元壁厚、旋轮间隙率、旋轮圆角半径和旋轮安装角为试验因素,构建正交试验研究结构参数对壁厚差、直线度、平均壁厚偏离率和最小减薄率的影响。建立Kriging近似模型,并采用AMGA-HJ组合优化算法实现多目标参数优化。通过有限元仿真对比分析传统旋压、无模旋压与可调芯模旋压的成形规律,验证可调芯模旋压工艺的成形优势。结果 采用可调芯模旋压工艺可实现多种薄壁锥形件的稳定成形,所得产品兼具传统旋压的支撑特性与无模旋压的柔性特性。使用多目标优化得到结构参数的最优解,成形件平均壁厚偏离率降低至2.823%,壁厚差与母线直线度显著改善,仿真预测误差小于5%。结论 所设计的可调芯模结构合理可行,有效提升了旋压工艺柔性,为多规格薄壁回转件成形提供了一种新型柔性制造技术方案。
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  应力框差压铸造应力演变与变形模拟分析

  詹红, 杜艳龙, 尹刚, 赵高瞻, 曹凯, 张东桥, 舒大禹

  精密成形工程. 2026, 18(7): 259-269. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2026.07.024

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  目的 为探明大型复杂铝铸件铸造过程变形、开裂产生原因和影响机理,以典型应力框为研究对象,建立应力框凝固冷却过程三维仿真模型,采用凝固测温试验和基于华铸CAE的参数反求方法,获取准确的ZL114A砂型差压铸造过程热物性参数组合,并基于此,分析凝固冷却过程中应力与变形的形成规律。方法 采用ZL114A应力框差压铸造工艺试验,获得铸件典型位置凝固降温曲线;基于华铸CAE仿真软件和正交试验设计,反求获取铸件、铸型和界面换热系数等热物性参数;模拟分析应力框凝固冷却过程应力和变形的形成机理。结果 应力框1细杆等效应力沿y轴方向分布不均,粗杆等效应力沿x轴正向逐步递减;对比粗/细杆中心截面不同厚度xx方向的应力大小,可知细杆的应力最高,粗杆1/4厚的次之,粗杆中心的最小;在应力框1各个方向的位移中,x方向位移最大,主要分布于靠近横梁1的位置,z方向位移最小,其平均值不超过0.5 mm。结论 对比应力框1典型位置尺寸的试验和仿真结果可知,两者相对误差不超过10%,证实构建的铸件凝固冷却过程仿真模型可靠,为大尺寸复杂铝铸件制造过程应力变形场演化分析提供了理论技术支撑。
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  一体化压铸模具先期失效机制研究

  张玉成, 雷洋, 谢开, 张丘, 李增庆, 江庆顺, 韦丽萍

  精密成形工程. 2026, 18(7): 270-278. https://doi.org/10.3969/j.issn.1674-6457.2026.07.025

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  目的 解决一体化压铸模具服役寿命较低的问题。方法 结合宏观形貌观察、服役工况数值仿真、显微硬度测试、金相及扫描电镜观察,以及能谱元素分布分析,系统揭示其失效机理并提出改进措施。结果 内浇口与滑芯块区域为最易失效区,局部峰值温度为550~600 ℃,表层最大软化率约18%,软化层厚度约2 mm;表层显微组织以针状马氏体为主,平均晶粒约5 μm,未见明显再结晶或晶粒粗化。裂纹呈树枝状扩展并伴随铝液渗入,未开裂区域中Al渗入深度约60 μm;渗碳层有效深度约850 μm,但表层C、Si、Fe在约60 μm范围内显著降低,O含量升高,Ni含量基本稳定,显示良好抗氧化性能。高温试验结果表明,H13钢在500 ℃以上显著软化,强度下降明显。结论 压铸模具裂纹主要为由热-力耦合作用引起的疲劳开裂,而表面性能退化则主要源于铝液侵蚀和氧化作用导致C、Fe、Si元素含量降低;相比之下,Ni元素表现出良好的抗氧化性,其含量未发生显著变化。通过在模具表层采用抗高温软化且抗氧化能力强的材料（如Ni基合金）进行增材强化,并优化冷却水道以降低表面峰值温度和温度梯度,可有效减缓热疲劳裂纹萌生及铝液侵蚀,从而提升模具服役寿命与可靠性。