第16卷 第3期
摘要：铝合金经过热塑性变形或者塑性变形+热处理后，可能发生晶粒异常长大而形成粗晶。粗晶会大幅降低构件的力学性能、耐腐蚀性能和抗疲劳性能，因此必须得到有效控制。对铝合金塑性成形粗晶的研究主要集中在2×××、6×××、7×××系热处理可强化型铝合金以及 5×××系热处理不可强化型铝合金，研究内容已经覆盖塑性成形工艺、热处理制度、微观组织演变、数值仿真模拟等方面。为了明晰铝合金塑性成形构件粗晶现象的研究现状，为相关研究提供参考，对铝合金塑性成形粗晶现象的研究进展进行了梳理。首先，分析了材料成分、变形温度、变形速度、固溶温度、固溶时间和模具结构对晶粒异常长大的影响；其次，从晶粒取向分布、应变诱导储能和第二相钉扎作用的角度总结了晶粒异常长大的机理；再次，归纳了包括改变坯料初始状态、合理的锻造技术和中间形变热处理等有效抑制粗晶产生的方法；最后对未来的研究方向进行了展望。
DOI:10.3969/j.issn.1674-6457.2024.03.001
期刊英文名称简写：J. Netshape Form. Eng.
刘钊, 孔德瑜, 邓磊, 等. 铝合金塑性成形粗晶现象的研究进展[J]. 精密成形工程, 2024, 16(3):1-15.
摘要：锻造工艺作为航空航天领域生产制造企业至关重要的精密成形方法，被广泛应用于大飞机和火箭上多品种锻件的批量生产，但是对锻件质量要求很高，且锻造工艺能耗巨大，直接影响企业的经济效益，间接造成众多环境污染问题。为争取早日实现我国“双碳”目标以及持续推进制造业转型和能源结构调整的目标，亟需在保证锻件质量要求的基础上采取节能降耗措施。针对航空航天领域以铝合金材料为代表的大型 锻件常见缺陷与核心质量要求，将锻造生产流程分解为原材料、备料、加热、锻压和锻后热处理 5 个主要环节，归纳总结了锻件缺陷及其产生原因和影响机制；系统阐明外观质量、力学性能、晶粒度/平均晶粒尺寸、断裂韧性、残余应力和抗腐蚀能力等质量要求的检测方法的研究现状，为铝合金等金属大型锻件的重要质量检测研究提供指导；同时，针对大型金属锻件锻造工艺能耗管控粗放的特点，从工厂层、装备层、产品层 3 个层面梳理能耗检测方法并提供提高能效的相关研究思路，为实现航空航天大型锻件节能降耗生产提供指导。在锻造行业高质低耗生产转型发展过程中，该理论方法在以铝合金为代表的大型金属锻件关键质量检测和生产能耗检测方面，具有一定的指导意义。
DOI:10.3969/j.issn.1674-6457.2024.03.002
期刊英文名称简写：J. Netshape Form. Eng.
马慧娟, 龚智昂, 胡志力, 等. 航空航天大型锻件质量与生产能耗检测方法[J]. 精密成形工程, 2024, 16(3):16-31.
MA Huijuan, GONG Zhiang, HU Zhili, et al. Detection Method for Production Quality and Energy Consumption of Large Forgings in Aerospace[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2024, 16(3):16-31.
摘要：为实现SiCp/Al 复合材料的高质量可靠焊接，推广SiCp/Al复合材料在各领域的应用，调研了国内外 SiCp/Al 复合材料不同焊接方法的研究现状。在熔化焊方面，国内外学者通过调整工艺参数、在焊缝中加入 Ti 元素发生诱发反应等方法，抑制了焊缝中Al4C3针状脆性相的形成，从而提高了焊接接头的力学性能。在搅拌摩擦焊方面，国内外学者针对不同材料设计了专用的焊接搅拌头，以保证它们具备高耐磨性与足够的冲击韧性，在焊接过程中不出现破损情况；关注了焊接过程中焊接头转速、焊接速度、轴向力与热输入等因素，以获得力学性能优秀、晶粒细小均匀的焊接接头。在扩散焊方面，国内外学者探究了中间夹层对焊缝界面间原子相互扩散的促进作用；采取不同工艺参数，以外加超声或电子束表面加热等方式促进了原子间的相互扩散，以获得力学性能优异的焊接接头，提高焊接效率。在钎焊方面，国内外学者通过探究钎料与SiCp/Al 复合材料之间的润湿性来组合钎料与钎剂，通过化学腐蚀处理表面暴露颗粒增强相、在复合材料表面电镀金属等方法来增大钎料与增强相的润湿性、解决钎料铺展受阻的问题，以进一步提高钎焊焊接接头质量。
DOI:10.3969/j.issn.1674-6457.2024.03.003
期刊英文名称简写：J. Netshape Form. Eng.
郑凛, 张铭洋, 熊凌达, 等. SiCp/Al复合材料焊接综述[J]. 精密成形工程, 2024, 16(3):32-43.
ZHENG Lin, ZHANG Mingyang, XIONG Lingda, et al. Overview of Welding of SiCp/Al Composites[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2024, 16(3):32-43.
基于GA-BP神经网络晶粒尺寸预测模型的轮端轮毂锻造工艺优化
摘要：目的 针对6082铝合金轮端轮毂在热处理过程中出现的粗晶问题，利用基于遗传算法优化的BP神经网络晶粒尺寸预测模型模拟优化锻造工艺方案，避免产生粗晶。方法 以遗传算法替代梯度下降法优化神经网络各节点的权值和阈值，建立高精度的GA-BP神经网络晶粒尺寸预测模型，再以轮端轮毂为对象，设计锻造工艺方案并利用Deform进行微观组织仿真，研究压下速率、坯料初始温度对晶粒尺寸的影响，获得最优方案。结果 优化模型预测的晶粒尺寸平均值和最大值的平均绝对百分比误差分别为2.55%、0.43%，与常规的BP神经网络相比，准确性有了较大提高。对比不同锻造方案的结果，得到轮毂较优的初始坯料温度为 500 ℃，压下速率为200 mm/s，经试验验证，锻件特征位置的晶粒尺寸预测值与实际值之间的误差均在10% 以下，表明该预测模型具有良好的工程应用价值。结论 遗传算法的引入大大增强了BP神经网络的全局寻优能力，提高了模型的准确性。在Deform中复现的预测模型对锻件的晶粒尺寸分布有较好的预测效果，并基于此成功模拟、优化了轮端轮毂的锻造方案。
DOI:10.3969/j.issn.1674-6457.2024.03.004
期刊英文名称简写：J. Netshape Form. Eng.
摘要：目的 针对铝合金双曲率薄壁件传统拉伸成形工艺成形均匀性差的问题，提出一种采用电磁渐进辅助拉伸成形的高精度成形工艺。方法 设计电磁渐进辅助拉伸成形工艺方案，基于有限元仿真软件 LS-DYNA R13.0，建立拉伸成形和电磁成形有限元模型。通过数值仿真研究线圈移动路径和放电电压组合对成形质量的影响以及薄壁件的整体贴模成形过程和等效塑性应变。结果 与单程放电相比，双程放电能够大幅度提高板材变形均匀性。与以中间值电压连续放电以及先大电压后小电压的放电电压组合相比，在先小电压后大电压的放电电压组合下，板材的成形质量更高。选择线圈双程顺序移动路径和7 kV-10 kV放电电压组合，通过10次拉伸和9层54次放电，得到了减薄率仅为3%的贴模性良好的双曲率薄壁件。变形量基本呈现随着放电层数的增加而不断降低的趋势。电磁放电仅扩展更大的塑性应变区域，不改变已贴模区板材的塑性应变值。结论 与拉伸成形相比，电磁渐进辅助拉伸成形工艺有效提高了板材的塑性变形程度并极大控制了回弹的发生。
DOI:10.3969/j.issn.1674-6457.2024.03.005
期刊英文名称简写：J. Netshape Form. Eng.
时恬, 黄亮, 谢冰鑫, 等. 铝合金双曲率薄壁件电磁渐进辅助拉伸成形工艺方案设计与开发[J]. 精密成形工程, 2024, 16(3):52-61.
SHI Tian, HUANG Liang, XIE Bingxin, et al. Design and Development of Electromagnetic Progressive Assisted Stretching Forming Process for Aluminum Alloy Double Curvature Thin-walled Parts[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2024, 16(3):52-61.
摘要：铝基非晶合金因其独特的物理和化学性能在诸多领域具有广泛的应用前景，综述了铝基非晶合金的成分体系、制备方法、性能特点及应用研究进展。首先，介绍了铝基非晶合金的发展历史和成分体系，目前铝基非晶主要分为3大体系：二元、三元和多元体系，以及综合性能和形成能力2大方面，多元体系表现更佳，并逐渐向更多元化发展；其次，系统介绍了铝基非晶合金的制备方法，包括粉末状、薄带状、块 体样品的制备，相较于非晶薄带的制备，块体和粉状的制备方法较为丰富，而粉状非晶通常作为铝基非晶涂层的预制材料；随后，详细介绍了铝基非晶合金的性能特点、应用现状及发展趋势，从性能上来看，铝基非晶在强度和硬度以及耐腐蚀性能上表现良好，目前主要以涂层的形式参与应用，除此之外，研究者们也开始对磁性和热塑性展开研究，由于玻璃形成能力的限制，作为结构材料的应用较少；最后，对其未来 应用前景进行了展望，认为涂层是目前铝基非晶合金最具应用前景的工程化方式。
DOI:10.3969/j.issn.1674-6457.2024.03.006
期刊英文名称简写：J. Netshape Form. Eng.
曹梓恒, 郭威, 吕书林, 等. 铝基非晶合金的制备、性能与应用研究进展[J]. 精密成形工程, 2024, 16(3):62-75.
CAO Ziheng, GUO Wei, LYU Shulin, et al. Progress in Research on Preparation, Properties and Application of Al-based Amorphous Alloys[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2024, 16(3):62-75.
应力时效影响Al-10Zn-3Mg-3Cu合金带外纵筋筒形件组织性能研究
摘要：目的 研究应力时效条件下Al-10Zn-3Mg-3Cu合金带外纵筋筒形件筋部试样的应力松弛行为，探明基体应力松弛机制以及强韧性协同提升机理。方法 针对淬火态筋部试样，设计不同的初始应力值进行应力时效实验，然后采用数据分析与微观组织形貌表征方法研究试样组织性能。结果 当施加的初始应力为250 MPa 时，筋部试样的应力松弛程度可达85.8%，同时，试样抗拉强度为736.40 MPa，屈服强度为697.53 MPa， 延伸率为10.96%。结论 在250 MPa应力时效条件下，应力松弛机制主要为晶界Coble蠕变和位错运动，位错运动促进了亚晶的增殖，Coble蠕变使基体晶粒长大，这些行为促使试样应力耗散。同时，应力时效改变了析出相形态，发展了具有孪生界面的复合析出相。经分子动力学计算可知，该特征微结构有利于基体强 韧性的协同提升。
DOI:10.3969/j.issn.1674-6457.2024.03.007
期刊英文名称简写：J. Netshape Form. Eng.
任贤魏, 崔旭, 赵熹, 等. 应力时效影响Al-10Zn-3Mg-3Cu合金带外纵筋筒形件组织性能研究[J]. 精密成形工程, 2024, 16(3):76-85.
REN Xianwei, CUI Xu, ZHAO Xi, et al. Effect of Stress-aging on Microstructure and Mechanical Properties of Al-10Zn-3Mg-3Cu Alloy Cylindrical Parts with External Longitudinal Ribs[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2024, 16(3):76-85.
摘要：目的 针对目前单向流数值模拟软件无法模拟卷入金属液中的气体及其演变情况的问题，开展铸造充型过程卷气缺陷定量预测研究，开发基于华铸CAE的卷气定量预测系统，深入理解铸造卷气缺陷的形成原理与运动机理，准确预测金属充型过程中的卷气量和卷气造成的气孔缺陷，为生产实践提供指导。方法 提出了一种金属充型过程卷入气体搜寻与追踪算法，将卷入金属液中未经考虑的气体进行保留，从而修正单向流系统，并基于此开发了卷气定量预测系统，并对该系统进行了验证。结果 应用该系统后，原本未经考虑而消失的孤立气泡被保留下来以便进行后续计算，对液体体积进行了再分配，保证修改前后液体体积守恒，并修正了金属液速度，实现了卷气定量预测系统的基本功能。结论 开发的卷气定量预测系统能够考虑到卷入金属液中的气体，并对气体做出定量预测，实现金属充型过程中气孔缺陷的定量预测，对生产实践中的工艺优化有一定的指导作用。
DOI:10.3969/j.issn.1674-6457.2024.03.008
期刊英文名称简写：J. Netshape Form. Eng.
宋迎晨, 计效园, 沈旭, 等. 基于华铸CAE的铸造充型过程卷气缺陷定量预测研究[J]. 精密成形工程, 2024, 16(3):86-95.
SONG Yingchen, JI Xiaoyuan, SHEN Xu, et al. Quantitative Prediction of Air Entrainment Defects in Casting Filling Process Based on InteCAST[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2024, 16(3):86-95.
基于ProCAST的ZL114A尾段壳体凝固成形数值模拟与工艺优化
摘要：目的 针对ZL114A尾段壳体研制需求，利用低压充型液态成形工艺与数值仿真计算，预测疏松缺陷分布位置及严重程度，通过改进工艺来减少疏松缺陷，进而提高生产合格率。方法 基于 ProCAST 软件对 ZL114A 尾段壳体低压充型凝固过程进行仿真计算，分析充型凝固过程中的流动场与温度场分布、充型时间、流动长度与凝固时间，预测疏松缺陷分布位置及严重程度，结合枝晶相干点双电偶热分析法测试结果，对低压充型工艺进行设计优化。结果 由尾段壳体凝固疏松缺陷的仿真计算结果与枝晶相干点温度测试结果可知，低压充型增压速度得到提高，保压时间有所延长，对安装凸台冷铁材质与厚度进行设计优化后，疏松缺陷得到显著改善。结论 通过数值仿真计算指导了铸造工艺设计，制备得到了满足技术指标要求的ZL114A 尾段壳体。
DOI:10.3969/j.issn.1674-6457.2024.03.009
期刊英文名称简写：J. Netshape Form. Eng.
樊振中, 丛延, 吴凌华, 等. 基于ProCAST的ZL114A尾段壳体凝固成形数值模拟与工艺优化[J]. 精密成形工程, 2024, 16(3):96-107.
FAN Zhenzhong, CONG Yan, WU Linghua, et al. Numerical Simulation and Forming Optimization of ZL114A Tail Section Shell Solidification Process Based on ProCAST[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2024, 16(3):96-107.
摘要：目的 预测不同时效条件下 7050 铝合金力学性能的演化规律，为多级快速时效热处理工艺提供理论基础。方法 分别在120、160、180 ℃温度下对7050铝合金进行0~8 h时效热处理，并进行室温单拉试验，获得相应时效条件组合的应力-应变曲线及屈服强度演化曲线，建立统一时效本构模型，模拟微观组织（沉淀半径、溶质浓度）的演化规律，根据微观组织的演化规律，模拟由析出强度与固溶强度组成的屈服强度 的演化规律。结果 在不同时效温度下，模拟的屈服强度演化规律与试验结果基本保持一致，模拟的微观组织演化规律与理论分析结果基本保持一致。在160 ℃时效热处理8 h和180 ℃时效热处理2 h条件下得到了试验峰值屈服强度，分别为578.6 MPa和555.8 MPa，在模拟结果中也得到了相应的演化结果。在120 ℃下， 屈服强度的试验结果与模拟结果均呈上升趋势。结论 所建立的统一本构模型考虑了时效温度、时效时间的影响，成功预测了不同时效温度条件下析出相半径、溶质浓度等微观变量的演化规律，这些变量都有助于预测合金析出强度与固溶强度的演化规律，进而成功预测了由这2个强度分量组成的屈服强度的演化规律。
DOI:10.3969/j.issn.1674-6457.2024.03.010
期刊英文名称简写：J. Netshape Form. Eng.
周庆珩, 肖雪莲, 黄遐, 等. 时效温度对7050铝合金屈服强度的影响与本构模型研究[J]. 精密成形工程, 2024, 16(3):108-114.
ZHOU Qingheng, XIAO Xuelian, HUANG Xia, et al. Effect of Ageing Temperature on Yield Strength of Aluminium Alloy 7050 and Constitutive Modeling Investigation[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2024, 16(3):108-114.
FeCoNiCrCu 高熵合金涂层对复合铸造Al/Mg双金属组织和性能的影响
摘要：目的 研究不同厚度的FeCoNiCrCu 高熵合金涂层对 Al/Mg 双金属组织和力学性能的影响。方法 通过超音速火焰喷涂工艺在A356嵌体表面喷涂不同厚度的FeCoNiCrCu高熵合金涂层，采用消失模复合铸造工艺制备Al/Mg双金属，利用扫描电镜、EDS能谱及XRD衍射仪、维氏硬度测试仪和万能试验机对Al/Mg 双金属界面微观组织和力学性能进行测试和分析。结果 未喷涂高熵合金涂层的Al/Mg双金属界面由共晶层和金属间化合物层组成，断裂位置主要位于金属间化合物层，裂纹从Al3Mg2扩展至共晶层结束，具有典型的脆性断裂特征，剪切强度仅为30.37 MPa。当高熵合金涂层厚度为5μm时，Al/Mg双金属形成了Al3Mg2+ Mg2Si/AlxFeCoNiCrCu+FeCoNiCrCu+Al-Mg-Co-Ni 混合相/δ-Mg+Al12Mg17共晶组织的复杂界面，断裂发生在高熵合金层与 δ-Mg+Al12Mg17 共晶组织的交界处，断裂面产生了一定程度的塑性变形，剪切强度为 48.46 MPa，相对于无涂层的 Al/Mg 双金属提高了 59.56%。当高熵合金涂层厚度为 20 μm 时，铝侧生成了 AlxFeCoNiCrCu 高熵合金，镁侧则只生成了少量Mg-Ni-Cu混合相，断裂发生在高熵合金涂层与镁基体交界处，剪切强度为39.69 MPa。结论 高熵合金涂层可以有效阻碍Al、Mg元素之间的扩散，从而显著抑制或完全阻止Al-Mg 脆性金属间化合物的产生，大幅度降低界面层厚度。金属间化合物的减少和混合相对裂纹扩展的阻碍作用显著提高了Al/Mg双金属界面的剪切强度。
DOI:10.3969/j.issn.1674-6457.2024.03.011
期刊英文名称简写：J. Netshape Form. Eng.
徐远财, 蒋文明, 李庆晴, 等. FeCoNiCrCu高熵合金涂层对复合铸造Al/Mg双金属组织和性能的影响[J]. 精密成形工程, 2024, 16(3):115-122.
XU Yuancai, JIANG Wenming, LI Qingqing, et al. Effect of FeCoNiCrCu High Entropy Alloy Coating on Microstructure and Properties of Al/Mg Bimetal by Compound Casting[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2024, 16(3):115-122.
