2021年, 第28卷, 第11期　
刊出日期：2021-11-28

  

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综合评述
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  电弧熔丝增材制造残余应力控制方法综述

  权国政, 杨焜, 盛雪, 余炎泽

  塑性工程学报. 2021, 28(11): 1-10. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.11.001

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  电弧熔丝增材制造工艺是一种先进且高效的增材技术,电弧熔丝增材制造构件的残余应力严重影响构件力学性能。因此,大量学者就如何对电弧熔丝增材构件残余应力进行消除控制进行了研究。综述了消除控制电弧熔丝增材残余应力的方法,熔丝增材准备阶段、熔丝增材阶段、熔丝增材各层完成阶段及熔丝增材后热处理阶段4个部分进行总结分析,着重总结分析了后两个阶段消除增材残余热应力及相变应力的工艺方法,主要包括锤击、各种机械振动法以及增材后热处理工艺,在这两个阶段选择合适的工艺可以有效消除增材制造产生的相变应力与热应力,以期为电弧熔丝增材构件力学性能提高提供指导。
塑性成形技术与工艺
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  预变形对AZ31镁合金高应变速率热轧组织及力学性能的影响

  肖罡, 杨伟成, 朱必武, 刘筱, 刘晓红

  塑性工程学报. 2021, 28(11): 11-17. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.11.002

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  为研究预变形对高应变速率轧制AZ31镁合金微观组织和力学性能的影响,对预变形和未变形的AZ31镁合金进行平均应变速率分别为10、20和29 s^-1,变形温度分别为350和400℃,下压量为78%的高应变速率轧制。结果表明:在平均应变速率10 s^-1时,400℃相较350℃,预变形AZ31镁合金的组织更加均匀;在平均应变速率为20和29 s^-1时,预变形AZ31镁合金的组织并未随着温度的升高逐渐趋于均匀。在350℃、平均应变速率为20和29 s^-1时,预变形AZ31镁合金轧板的抗拉强度和伸长率各向异性不明显。经过350和400℃高应变速率轧制后,预变形AZ31镁合金终轧板材的组织相较未预变形AZ31镁合金更加均匀细小,因此预变形AZ31镁合金板材的力学性能相比于未预变形AZ31镁合金板材明显提升。
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  石墨化高碳钢板材的冲压成形性能

  张永军, 李新鹏, 王九花, 刘靖, 韩静涛

  塑性工程学报. 2021, 28(11): 18-24. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.11.003

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  以含碳量为0.66%的石墨化高碳钢板材为研究对象,利用单向拉伸试验和刚性凸模胀形试验对反映板材基本成形性能的力学性能和冲压成形极限进行试验测试,并利用NADDRG模型对该钢的成形极限进行预测。结果显示,试验钢具有较低的屈强比,仅为0.52左右,以及较高的加工硬化指数,为0.24和塑性应变比,为0.8,表明该钢具有一定的冲压成形性能;通过试验测定的成形极限确定了该钢冲压成形时的安全应变区。另外,虽然利用NADDRG模型预测的成形极限高于试验测定的成形极限,但仍表明可对该钢进行冲压成形。因此,本研究采用的石墨化高碳钢板材可用于冲压加工。
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  国产5083铝合金高速磁浮司机室蒙皮成形研究

  徐晔, 王国峰, 林海朋, 王忠平, 孙红霞

  塑性工程学报. 2021, 28(11): 25-32. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.11.004

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  对时速为600 km·h^-1的高速磁浮司机室蒙皮成形进行研究,试验材料为国产5083铝合金板材,采用热冲压与超塑气胀复合的快速超塑成形技术,基于MSC.Marc/MENTAT有限元模拟软件,在不同凸模凸头长度和目标应变速率下进行有限元模拟,根据有限元模拟结果进行参数优化,得到最佳工艺参数并进行成形试验,最后对成形试验得到的零件进行质量分析。结果表明,采用快速超塑成形技术成形效率高,壁厚减薄率满足≤25%的技术要求;外形尺寸偏差在±5 mm范围,成形精度满足要求;成形后零件的抗拉强度为268 MPa,断后伸长率为21.2%,力学性能满足技术要求。
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  凸曲台件凸模支撑渐进成形路径方案研究

  施文强, 高锦张, 李广明

  塑性工程学报. 2021, 28(11): 33-41. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.11.005

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  针对单道次凸模支撑渐进成形大切角凸曲台件时出现的减薄带或破裂现象,提出了4种多道次凸模支撑渐进成形凸曲台件的路径方案:等高相切逼近型、等高平行直线逼近型、等增量切角相切逼近型和等弧长相切逼近型。基于ANSYS/LSDYNA分析平台建立了凸模支撑渐进成形凸曲台件的有限元模型,在不同板料厚度和成形道次数目的情况下,通过数值模拟和物理实验研究了所设计的4种多道次路径方案成形出的凸曲台件曲面部分壁厚减薄率分布情况。结果证明了该4种成形路径方案的合理性和可行性。分析表明,板料厚度越小或成形道次数目越多,4种成形路径方案成形出的凸曲台件曲面部分的壁厚分布均匀性越高,其中等增量切角相切逼近型路径方案成形出的凸曲台件曲面部分的壁厚最为均匀。
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  圆筒件（H/D=0.5）渐进成形路径的参数化

  金志浩, 高锦张, 陆文婷

  塑性工程学报. 2021, 28(11): 42-49. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.11.006

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  基于ANSYS/LS-DYNA平台建立金属板料外轮廓支撑渐进成形有限元模型,以高径比H/D=0.5圆筒件为研究对象,采用数值模拟和物理实验相结合的方法对圆筒件渐进成形路径进行了研究,成功设计出直径为Φ78 mm,高径比为0.5的圆筒件渐进成形路径,进而根据同一高径比(H/D=0.5)下,几个不同直径圆筒件路径相似性归纳出基准路径,把路径曲线看作函数曲线,建立路径变量和目标制件几何参数的关系,用参数化方程把路径表达出来,并进行实验验证。实验成功加工出高径比为0.5的不同直径圆筒件,同时测得制件壁厚值分布在理论范围之内,研究结果表明,此参数化路径在一定范围内是可行的。
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  高强度精密锻钢活塞锻造预锻模具设计及加工关键要点实践研究

  徐皓, 刘江

  塑性工程学报. 2021, 28(11): 50-55. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.11.007

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  针对锻钢活塞结构形状复杂、拔模斜度小、尺寸精度要求高、薄裙部锻造成形困难、生产效率低、产品合格率低等难题,着重分析了锻钢活塞锻造特征、工艺及锻造模具设计、安装和加工的关键要点,包括模具材料选用及热处理要求、模具型腔内增设排气孔和顶杆孔、锻模飞边桥上设置环形阻力沟以及模具加工等。通过企业反复生产实践验证,总结提炼出6个设计及加工要点。在此基础上所制作出的活塞锻模不仅成本低廉、单次模具寿命高,而且锻钢活塞尺寸精度高、表面质量好,锻件合格率达到98.9%,单班产量达到800只以上。
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  非对称异形管零件的液压成形轴向补料方式

  徐勇, 王云, 田亚强, 尹阔, 李昊, 李博, 张士宏

  塑性工程学报. 2021, 28(11): 56-64. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.11.008

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  为获得非对称异形管液压成形轴向补料量的最佳工艺参数组合,采用响应面法结合有限元模拟对管材液压成形过程中的轴向补料方式开展研究。以目标零件的最大减薄率和胀形高度为响应量,以左、右两侧推头的轴向进给量为设计变量。采用Design Expert 10软件根据中心复合设计法进行实验设计,建立了关于零件减薄率的二阶响应模型和胀形高度的一阶响应模型。结果表明,相比于传统对称补料方式,非对称补料方式能够显著降低目标零件的减薄率,提高胀形高度。响应面法优化结果显示,左推头进给29.37 mm、右推头进给10.00 mm的组合补料量可使零件胀形高度达到15 mm,最大减薄率控制在20%以内。开展验证实验,所获得零件的实际胀形高度为14.84 mm,最大减薄率为16.22%。进一步证实了所建立的响应面模型优化效果显著,且实验值与预测值具有较好的一致性,所得零件无过度减薄和开裂等成形缺陷。
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  内高压成形寻优控制

  苏海龙, 骆宗安, 冯莹莹

  塑性工程学报. 2021, 28(11): 65-70. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.11.009

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  为有效提高内高压成形试验机的胀形精度,减少试验量,获得胀形过程的最佳加载路径,对胀形过程中加载路径寻优进行了有限元数值模拟,通过位置闭环和压力闭环协调作用的控制模式实现了内高压成形过程优化控制。简要说明了内高压成形机的设备构成,说明了控制参数加载路径的寻优过程,在实际控制过程中,位置闭环和压力闭环的协调优化控制保证了轴向进给和背向位移的最优控制,同时确保了胀形压力的平稳加载,针对304奥氏体不锈钢管材进行了成形试验,采用最优加载路径和优化控制模式,与有限元模拟结果对比获得了良好的成形效果,壁厚误差控制在±5%之内。
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  基于定制表面的材料流动控制研究

  杨月, 庄新村, 梁美勒, 张稳, 赵震

  塑性工程学报. 2021, 28(11): 71-77. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.11.010

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  为解决板料体积成形工艺中因应力应变状态在不同区域的差异化分布易导致材料流动不合理而影响产品质量的问题,提出采用定制表面进行材料流动控制。分别对模具和坯料定制表面展开研究,通过在模具上设置微特征以及在坯料表面进行喷丸处理达到控制材料流动的目的。为分析定制表面控制材料流动的规律及机理,设置不同的微特征结构参数及喷丸工艺参数,基于凸台挤压测试探究了不同形貌的定制表面对材料流动的控制能力及其摩擦学性能。结果表明:喷丸能提高材料的表面粗糙度及表面硬度,从而导致材料流动阻力增大;模具微特征定制表面对材料流动的阻碍效果受到流动路径和模具储料能力的协同影响;对比两种定制表面,模具微特征对材料流动的阻碍作用比坯料喷丸更为显著。
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  纯铝粉末热压烧结体等通道转角挤压组织和性能

  刘芳, 陆郡, 崔力立

  塑性工程学报. 2021, 28(11): 78-86. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.11.011

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  将粉末冶金与等通道转角挤压相结合,采用真空热压烧结的方法固结纯铝粉末后,在不同挤压温度与挤压道次下对烧结体进行等通道转角挤压实验,测试材料的致密度、微观组织和力学性能,分析晶粒细化与致密机理。结果表明:常温下1道次等通道转角挤压后晶粒细化至9.62μm左右,硬度由10.35 HV提升至49.73 HV,相对密度由初始的0.8796提升至0.9104。150℃下4道次挤压后试样相对密度提升至0.9752,硬度提升至47.20 HV。通过光学显微镜和扫描电镜观察试样组织形貌,结合硬度数据分析,得到当致密程度相近时,细晶强化对纯铝粉末烧结体等通道转角挤压后的力学性能起决定作用。电化学实验结果表明:纯铝粉末烧结体耐蚀性较差,但经等通道转角挤压后耐蚀性大幅提升,优于高纯铝铸锭,且随挤压道次的增加,试样耐蚀性提升。
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  激光功率对激光熔覆Ni基涂层温度场和应力场的影响

  姚芳萍, 房立金, 李金华, 靳继波

  塑性工程学报. 2021, 28(11): 87-94. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.11.012

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  为得到对H13钢表面进行激光熔覆制备Ni基涂层时的最佳激光功率值,利用COMSOL仿真软件对不同激光功率下的温度场和应力场进行数值模拟,得到1400和1600 W两组满足熔覆层基本要求的激光功率值,绘制了温度梯度和不同方向的热应力变化曲线,并通过实验验证了仿真结果的准确性,进而得到最佳激光功率值。仿真结果表明,温度梯度随激光功率的增大而增大,进而产生较大的热应力,热应力是裂纹产生的主要原因之一。在激光功率为1400和1600 W条件下进行实验验证并观察熔覆层形貌得知,激光功率为1400 W时截面未见明显的气孔和裂纹等缺陷,而激光功率为1600 W时截面裂纹明显;观察熔覆层微观组织发现,激光功率为1600 W时熔覆层中树枝晶明显增加,这是因为激光功率较大时温度梯度较大,使得晶体长大更快。宏观形貌和微观组织结果均证明了仿真结果的准确性。
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  铝合金厚板FSW接头组织特征与金属流动行为

  张俊林, 李冬晓, 张斌, 董继红, 姜坤, 侯振

  塑性工程学报. 2021, 28(11): 95-101. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.11.013

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  针对60 mm厚5A06-H112铝合金开展搅拌摩擦焊试验,完成搅拌工具选型和接头特征区域组织分析。发现在厚板接头上层内部易出现体积型孔洞缺陷,当搅拌针直径相对轴肩尺寸较大时,轴肩难以包覆向上流动的塑性金属,焊缝金属在轴肩和搅拌针双重离心作用下溢出焊接区域形成飞边,并致使上层接头内部因塑性金属未及时回填而形成体积型缺陷;在厚板接头中下层存在束腰状典型区域,该区域热机影响区塑性金属流线呈偏转聚集,分析认为在搅拌针外沿瞬时空腔和搅拌针后方瞬时空腔的双重泵吸作用下,在接头中下部出现局部低压区域,影响塑性金属流动进而形成束腰状接头。厚板接头沿厚度方向力学性能存在差异,上层焊缝拉伸性能相对较低,中下层束腰区焊缝拉伸性能未受影响且其抗拉强度系数达到母材95%以上。
材料性能与变形理论
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  TRIP型双相不锈钢拉伸和冷轧变形行为

  李娜, 郝硕, 陈雷, 彭程, 金淼, 宋春艳

  塑性工程学报. 2021, 28(11): 102-108. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.11.014

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  以一种具有相变诱发塑性(TRIP)效应的节约型双相不锈钢为研究对象，借助显微硬度测量)电子背散射衍射分析和原位磁性测量，研究了其在拉伸和冷轧变形过程中的力学响应和显微组织演变，分析了两种变形条件下加工硬化和相变行为的差异。结果表明，实验钢具有优异的拉伸性能，其加工硬化曲线呈现TRIP型钢典型的,3阶段-特征；相比拉伸变形，实验钢在冷轧变形过程中具有较高的加工硬化速率。但与变形条件（拉伸或冷轧）无关，奥氏体在变形过程中表现出比铁素体更快的加工硬化；亚稳奥氏体在变形过程中产生形变诱导马氏体相变，主要表现出γ→ε→α'和γ→α'两种相变机制，但二者在两种变形条件下所占比重不同，最终导致相变速率有所差异；由于应变范围较宽，实验钢在冷轧变形中的最终转变量较高，在ε≈0.95时基本达到完全转变，即得到了一种新型的铁素体-马氏体双相钢。
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  先进高强钢扩孔失效机制实验与跨尺度模拟

  罗帅, 马宏越, 钱鹏, 章海明, 崔振山

  塑性工程学报. 2021, 28(11): 109-114. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.11.015

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  通过扩孔实验及微观组织表征实验研究了低碳马氏体钢扩孔的变形及失效机制,并基于实验结果分析,构建了跨尺度模拟方法,探讨了变形路径及晶体取向对低碳马氏体钢扩孔的变形及失效机制的影响。实验结果表明,扩孔变形后宏观裂纹分布与板料方向有关,微观孔洞的形核及生长与马氏体晶粒和夹杂物的形态及分布有关,断裂模式为微孔聚合型韧性断裂。变形导致的微孔形核点主要位于马氏体晶粒内、晶界间以及夹杂物周围,微孔生长方向为晶粒与夹杂物的长轴方向。模拟结果表明,晶体取向相同时,孔边缘外围最先发生断裂;变形路径相同时,晶体取向不同使得材料内部的应力及裂纹分布有所差异,与裂纹扩展方向平行的长轴晶粒更容易发生裂纹扩展。实验及模拟的一致性表明跨尺度建模方法可以有效地解释真实微观组织在复杂变形路径下的变形及损伤行为。
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  串联梯度蜂窝结构的面内力学性能

  乔及森, 李明, 苗红丽

  塑性工程学报. 2021, 28(11): 115-123. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.11.016

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  根据仿生学骨骼,通过改变六边形蜂窝壁角的方法来达到变化六边形蜂窝构型的目的。建立了串联梯度蜂窝结构的设计模型和有限元模型,设计了线性串联梯度理论,并从变形模式、平台应力和吸能性3方面在同体积不同压缩速度条件下分析了串联梯度蜂窝与均匀蜂窝的准静态及动态面内压缩过程,并分析了力学响应。研究结果表明:通过改变梯度率λ可以改变串联梯度蜂窝变形模式,当梯度率λ=-0.0088时,在等效应变前期,平台应力低速动态强化效果较为显著,但是并没有明显达到改善比吸能的效果。
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  预变形对AZ80镁合金孪晶演化及力学性能的影响

  王阿蒙, 刘娟, 赵杰, 章海明, 崔振山

  塑性工程学报. 2021, 28(11): 124-130. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.11.017

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  针对热挤压态AZ80镁合金材料,进行了预变形量为1%、2%、4%和6%的室温压缩,再通过沿挤压方向的拉伸试验和变形前后的EBSD分析,研究了预变形对AZ80镁合金的微结构、变形机制以及力学性能的影响。由镁合金的孪生机制分析得出,在AZ80镁合金压缩过程中,除发现极少数{10 11}压缩孪晶和{10 12}-{10 12}二次孪晶,主要以{10 12}拉伸孪晶为主导,并观察到多种关系的孪晶变体和晶间孪晶对。统计结果表明,孪晶界数量随变形量的增大呈现先增后减的趋势,且变形量越大、孪晶比例越高,试样的伸长率越高。变形量为6%的试样经拉伸后,抗拉强度和伸长率分别提高至349.03 MPa和10.79%,较未预变形试样增加了7.23%和27.5%,具有较好的综合力学性能。
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  考虑多变量的钢质锻件硬度预测模型

  胡誉, 姚源镠, 朱淋淋, 黄雄荣, 胡成亮, 赵震

  塑性工程学报. 2021, 28(11): 131-135. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.11.018

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  基于金属材料强度理论,推导了考虑等效应变、晶粒尺寸和位错密度影响的锻件硬度预测模型,获得了该模型相应的数学表达式。以调质处理后的20MnMoB材料为例,开展了带筋圆环试样的冷态镦锻变形实验,通过有限元模拟确定了试样变形后的等效应变分布,利用X射线衍射和电子背散射衍射技术分别测得变形后试样不同位置处的位错密度和晶粒尺寸,同时测量试样对应位置处的维氏硬度。以所得数据为基础,确定了模型中的关键参数。最后,利用确定的预测模型,对汽车轮毂锁紧套锻件的硬度进行了预测,获得了与实测一致的硬度分布状态,与实测值之间的误差不超过5%。
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  38CrMoAl钢的静态再结晶行为

  毛培刚, 张立文, 李飞, 张驰, 李超群

  塑性工程学报. 2021, 28(11): 136-141. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.11.019

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  在Gleeble-1500热力模拟试验机上对38CrMoAl钢进行了双道次热压缩实验,研究了不同变形参数条件下38CrMoAl钢的静态再结晶行为。对实验得到的流变应力曲线进行分析,并使用金相显微镜对压缩后试样的微观组织进行观察。讨论了应变、应变速率、变形温度和初始晶粒尺寸等不同因素对38CrMoAl钢的静态再结晶行为的影响。采用0.2%应力补偿法计算了不同变形条件下38CrMoAl钢的静态再结晶分数。通过对实验数据进行线性回归分析,建立了38CrMoAl钢的静态再结晶动力学模型和晶粒尺寸模型。模型的计算结果与实验结果吻合良好,验证了所建立的38CrMoAl钢静态再结晶动力学模型和晶粒尺寸模型的准确性。
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  挤压态Al-Mg-Si合金强化相析出动力学及其模型修正

  张龙, 何洪, 肖罡, 韩燕, 万可谦

  塑性工程学报. 2021, 28(11): 142-149. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.11.020

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  基于建立的Al-Mg-Si合金时效析出强化模型,针对针/棒状析出相与盘/片状析出相的不同特点,对针/棒状析出相强化模型的边界条件进行了修正;同时,对出现峰值时效平台时屈服强度的计算公式进行了修正,综合评估了合金屈服强度与时效工艺的关系。通过透射电子显微镜观察得到的析出相参数计算合金的理论屈服强度,并与拉伸实验得到的力学性能进行比较。结果表明,修正后的模型计算结果与实验结果吻合更好,说明修正后的模型能够更准确地预测Al-Mg-Si合金时效过程中,出现峰值时效平台时的微观组织演变与宏观力学性能之间的定量关系,扩展了模型的应用范围,有助于合金塑性变形趋势的预测。
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  基于Johnson-Cook模型的AZ80镁合金热变形行为

  金皓, 李全, 金朝阳

  塑性工程学报. 2021, 28(11): 150-157. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.11.021

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  应用热模拟试验机在变形温度523~673 K和应变速率0.001~1 s^-1条件下对AZ80镁合金进行了等温热压缩实验。分别建立了原始和改进的Johnson-Cook (J-C)模型预测材料的高温流动行为,并在此基础上提出了优化的J-C模型。结果表明,AZ80镁合金的流动行为随温度和应变速率显著变化,原始的J-C模型不能很好地预测材料的高温软化行为;改进的J-C模型可以预测材料的流动软化行为,但无法反映材料在加工硬化-动态回复阶段的流动行为;而优化的J-C模型可以在全应变范围(0~0.7)内较好地预测各种变形条件下的流动应力。采用相关系数R和平均相对误差AARE评估了3种JC模型的预测精度,优化的J-C模型的R和AARE值分别为0.9829和5.60%,表明其可以更好地预测高温下AZ80镁合金的流动行为。
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  Ti60高温钛合金的热变形行为Ⅰ:本构方程

  冯秋元, 郭佳林, 杨军, 陈秉刚, 佟学文, 王俭

  塑性工程学报. 2021, 28(11): 158-166. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.11.022

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  采用Gleeble-3800热模拟试验机对Ti60钛合金进行了热压缩实验,研究该合金在变形温度800~1150℃和应变速率0.001~1 s^-1区间内的热变形行为。结果表明:变形温度和应变速率是决定Ti60钛合金流变应力大小的主要因素,随变形温度升高,应变速率降低,流变应力减小,表现出较强的温度敏感性和应变速率敏感性;随应变增大,合金的流变应力达到最大值,之后趋于平稳,呈现出流变软化特征。采用双曲正弦模型确定合金在800~900℃、950~1020℃和1050~1150℃的变形激活能分别为545.82、732.78和116.19 k J·mol-1,进而建立了合金在不同温度区间变形的本构方程,为制定和优化最佳形变加工工艺提供了理论依据。
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  基于BP神经网络的SP700钛合金本构关系

  邱仟, 王克鲁, 李鑫, 王俊, 张开铭, 高鑫

  塑性工程学报. 2021, 28(11): 167-172. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.11.023

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  采用Gleeble-3800型热模拟试验机对SP700钛合金进行等温恒应变速率压缩实验,研究其在变形温度700~950℃、应变速率0.001~1 s^-1条件下的高温流动行为,同时根据实验数据构建出BP神经网络本构关系模型。结果表明:高温变形过程中的变形温度和应变速率对SP700钛合金的流动应力影响较为显著,流动应力基本上随变形温度的增加而减小,随应变速率的增加而增大,且在变形温度更高时,稳态流动特征更为明显。基于BP神经网络本构关系模型得到的SP700钛合金的流动应力预测值与实验值较为一致,其相关系数和平均相对误差分别为0.998和5.07%,该本构模型对合金流动应力的预测精度较高。
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  Ga对NiMnFeCr高熵合金组织与性能的影响

  朱笛, 何美凤

  塑性工程学报. 2021, 28(11): 173-180. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.11.024

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  设计了(Ni₄₀Mn₂₅Fe₂₅Cr₁₀)_100-xGa_x(x=0、5、10)系列高熵合金,对其进行了冷轧和退火处理,并进行了拉伸性能测试。利用扫描电镜对合金组织形貌和断口进行表征,采用X射线衍射方法研究了合金的相组成。结果表明:Ga元素添加使Ni、Mn和Ga在晶界富集,并且析出形成L1₂相,L1₂相有效增强了合金强度,但使合金塑性下降。Ga元素的添加也使合金的耐腐蚀性能增强。时效态的强化方式主要是析出强化。(Ni₄₀Mn₂₅Fe₂₅Cr₁₀)90Ga₁₀在750℃退火后比(Ni₄₀Mn₂₅Fe₂₅Cr₁₀)95Ga₅在相同温度下的抗拉强度提高,塑性降低。
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  高强塑积汽车钢板的显微组织与力学性能

  张丽凤, 王社则, 田博彤

  塑性工程学报. 2021, 28(11): 181-188. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.11.025

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  采用扫描电镜、透射电镜和拉伸试验机等手段研究了Nb和C含量对传统淬火-回火(Q-T)态和新型淬火-分配-回火(Q-P-T)态汽车钢板拉伸性能和显微组织的影响。结果表明,Q-T态试样中未见明显奥氏体衍射峰存在,而Q-P-T态试样中可见衍射峰强度不等的奥氏体衍射峰;含Nb钢板的组织为回火马氏体+残余奥氏体+碳化物,且Q-P-T态钢板中残余奥氏体含量相对较多;Nb元素的添加有助于提高Q-P-T和Q-T态汽车钢板的强度,而对塑性影响较小,适宜的Nb添加量为0.03%;Q-P-T工艺有助于同时提高含0.4% C+0.03% Nb汽车钢板的强度和塑性,此时汽车钢板具有最高的强塑积(32008 MPa·%),这主要与钢板中含有起协调变形能力的薄膜状残余奥氏体以及起第二相强化作用的含Nb碳化物有关。
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  9Ni钢内部自由界面产生原因与修复机制

  魏翔宇, 陈飞, 崔振山

  塑性工程学报. 2021, 28(11): 189-195. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.11.026

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  研究了9Ni钢锻件偶然存在的原生自由界面缺陷及其产生原因与修复机制。制备了含人工预制真空界面的试样和含原生自由界面的试样,并在不同温度下进行了压缩焊合实验。焊合试样的拉伸实验和断口观测结果表明,若9Ni钢内部自由界面能够完全贴合,则在高温受压变形条件下容易焊合。当断口发生在材料原生的自由界面处时,可在扫描电镜下观察到自由界面上有明显的光亮区域、“围堰状”粘合区和气孔痕迹。以此推断是凝固过程中气体进入熔池内部,形成气团,锻造时随着气团体积减小,气体压力显著增大,阻碍了空洞的焊合,从而形成自由界面。
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  压缩机曲轴疲劳裂纹扩展及寿命研究

  游孟平, 李斌, 谢春晖

  塑性工程学报. 2021, 28(11): 196-203. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2021.11.027

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  为研究曲轴疲劳裂纹及其寿命,建立曲轴刚柔耦合动力学模型,并进行动力学仿真分析,得到曲轴各个连杆轴颈载荷谱。使用ABAQUS和FRANC3D对曲轴裂纹进行引入以及扩展分析,通过Paris公式进行裂纹剩余寿命计算分析,并研究了初始裂纹形状比对应力强度因子的影响。结果表明,当裂纹深度扩展至12.7 mm时,等效应力强度因子达到曲轴材料的断裂韧性,裂纹产生至临界深度,剩余寿命为7.9×10⁵次;初始裂纹形状比增大,应力强度因子沿裂纹前沿宽度方向减小,沿深度方向增大。研究了曲轴表面粗糙度对疲劳安全系数及疲劳寿命的影响,结果表明,表面粗糙度从1μm增至75μm时,曲轴最小疲劳安全系数由1.392减至1.029,降低了26.1%,疲劳寿命由1.67×10⁶次减至1.32×10⁶次,降低了21.0%。