2023年, 第30卷, 第8期　
刊出日期：2023-08-28
  

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    综合评述
  • 基于多部件集成的热冲压成形技术研究进展
    张宜生, 王义林, 朱彬, 王梁, 刘勇, 陈嘉玥
    塑性工程学报. 2023, 30(8): 1-7. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.08.001
    摘要 ( 130 ) PDF全文 ( 177 )   可视化   收藏
    高性能金属板料热冲压成形技术对汽车轻量化极其重要，目前已被广泛应用。随着超高强钢热冲压成形技术的进步，热冲压成形技术从简单的零件成形正逐步向复杂结构成形发展。以轻量化车身结构件的碰撞能量分布载荷路径为基础，选择不同板厚和强度级别的板料进行激光拼焊，经过一体化热冲压成形后，获得高强塑性区域合理分布的多部件集成热冲压轻量化车身部件。激光拼焊工艺和高效激光加工自动化装备保证了其关键技术的实现。在降低碳排放、提高生产效率、减少材料用量及满足车身结构优化等诸多方面具有突出的优越性和实用价值。
  • 声塑性机制及其在塑性加工中的应用
    李双利, 赵亦希, 于忠奇
    塑性工程学报. 2023, 30(8): 8-34. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.08.002
    摘要 ( 121 ) PDF全文 ( 746 )   可视化   收藏
    超声振动作为一种能量输入被广泛应用于各类塑性成形工艺中，目前研究普遍认为，超声振动叠加在金属塑性变形上可显著降低成形载荷，称之为声塑性，主要作用机制包括体积效应和表面效应。分别对目前已有的考虑体积效应和表面效应的理论模型的研究进展进行了综述，在此基础上，从超声辅助工艺原理、利用声塑性机制的侧重点以及超声辅助塑性成形装置的改进3个方面介绍了搅拌摩擦焊、滚压、旋压以及微成形等领域采用超声振动辅助塑性成形工艺的发展现状，并提出了未来主要的研究思路。
    • 塑性成形技术与工艺
  • 基于Dynaform的前防撞梁回弹分析及模具补偿研究
    闫华军, 邢博, 张双杰, 马世博, 王伟, 闫志刚, 刘召升
    塑性工程学报. 2023, 30(8): 35-41. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.08.003
    摘要 ( 55 ) PDF全文 ( 134 )   可视化   收藏
    针对高强钢制件冲压成形后的回弹问题，采用Dynaform有限元分析软件对某汽车前防撞梁成形过程进行了数值模拟，研究了其回弹规律并对回弹进行了控制。采用正交试验法研究了压边力、冲压速度、摩擦因数和模具间隙对回弹的影响，获得最优工艺参数优化组合为：压边力为1300 kN、摩擦因数为0.17、模具间隙为1.05t、冲压速度为1000 mm·s-1。对防撞梁模具进行了回弹补偿，经过4次迭代补偿，将前防撞梁的最大回弹量降至0.46 mm。以补偿后的模具型面进行实际冲压试验，得到了成形结果良好的前防撞梁制件，实际最大回弹量为0.5 mm，满足制件的回弹要求，实际回弹值与模拟回弹数据误差为8.7%，证明了本次有限元模拟分析的可行性和准确性。
  • 使用Monte Carlo模拟的铝合金冲压工艺稳健设计
    符文雯, 校文超, 路伟
    塑性工程学报. 2023, 30(8): 42-48. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.08.004
    摘要 ( 62 ) PDF全文 ( 107 )   可视化   收藏
    以7075铝合金盒形件冲压成形为例，结合Monte Carlo模拟分析了冲压工艺参数(坯料温度、冲压速度、摩擦因数和压边力)的变化对盒形件减薄率和增厚率的影响，并采用Python代码进行了自动模拟。首先，设计盒型件三维尺寸并在Pam-Stamp建立了该铝合金盒形件的有限元模型；其次，在设置好的4个工艺参数范围内随机生成100组参数并在FEM中进行自动模拟，从100次模拟结果中获得了最佳工艺参数的Pareto前沿；最后，对工艺参数变化范围中的参数进行了1000次自动模拟，并通过Monte Carlo模拟进行了结果分析。从结论可知，对工艺参数的随机变化性进行分析可以更好地预测参数偏离程度，并通过重新调整工艺参数保证产品质量，同时该方法提高了铝合金冲压工艺过程中的稳健性。
  • 模具参数对SS316L不锈钢双极板台阶型流道冲压成形损伤值的影响
    赵富强, 程修建, 高智颖, 张恒, 张晓东
    塑性工程学报. 2023, 30(8): 49-56. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.08.005
    摘要 ( 57 ) PDF全文 ( 154 )   可视化   收藏
    针对超薄金属双极板流道冲压成形过程中出现的破裂缺陷，以厚度为0.1 mm的SS316L不锈钢双极板台阶型流道为研究对象，研究了基于Normalized Cockcroft & Latham损伤模型和响应面法的模具参数对台阶型流道冲压成形损伤值的影响规律，建立了以凸模圆角半径、凹模圆角半径和凸模流道高度为影响因素，台阶型流道的损伤值为目标的多元回归模型，并通过对比实验验证了回归模型预测的准确性，通过方差分析研究了各因素对损伤值的影响占比。结果表明，凸模流道高度对台阶型流道冲压成形损伤值的影响呈正相关且最为显著，其占比为62.32%，凹模圆角半径与凸模圆角半径对其损伤值的影响呈负相关，占比分别为22.33%和10.69%。通过优化模具参数，可以获得大深度无破裂的台阶型流道。
  • 冲焊型液力变矩器叶轮成形工艺及尺寸精度研究
    邓细望, 陈建文, 梁赵, 周洪刚, 杨兵, 何洪
    塑性工程学报. 2023, 30(8): 57-67. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.08.006
    摘要 ( 44 ) PDF全文 ( 266 )   可视化   收藏
    以10碳钢涡轮为研究对象，研究了冲焊型液力变矩器叶轮的叶片冲压成形工艺及其对总成装配精度的影响。以叶片设计模型为输入，研究了叶片三维形状和尺寸的展开方式对叶片插装工艺性的影响。基于叶片材料的拉伸应力-应变曲线及各向异性系数等力学性能数据、三维几何模型和实际冲压工况，建立了叶片冲压成形的有限元模型，采用一步逆算法对成形过程开展了仿真模拟，分析了冲压回弹的分布规律并开展了回弹补偿计算以获得高尺寸精度叶片零件。设计制作了多角度辊铆和夹紧工装安装于立式车床制作涡轮样件，采用非接触式光学扫描系统研究了总成的尺寸精度及其影响因素。结果表明，叶片支耳结构的展开不当会造成叶片无法顺利插装；采用模面法对模具型面进行回弹补偿，叶片主体回弹精度可控制在0.106 mm以下；对模具进行回弹补偿可获得形状和尺寸精确的叶片零件。采用精确装配定位方式进行辊铆成形后，相比手工钣金成形工艺，涡轮总成尺寸精度大幅提升，相邻叶栅之间的高度偏差降低了21.95%～44.33%、相邻叶栅之间的角度偏差降低了30.98%～45.25%。
  • 工艺参数对弹性模量变化条件下管材绕弯成形截面畸变的影响
    方军, 欧阳芳, 尚文瑄, 鲁世强, 王克鲁, 肖伯涛, 向军淮
    塑性工程学报. 2023, 30(8): 68-75. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.08.007
    摘要 ( 67 ) PDF全文 ( 295 )   可视化   收藏
    基于ABAQUS有限元平台，建立了考虑弹性模量变化的高强度0Cr21Ni6Mn9N不锈钢管数控绕弯成形及回弹全过程有限元模型，模拟分析了工艺参数对管材数控绕弯成形截面畸变的影响，并利用修正的多因素敏感性分析模型探讨了截面畸变对工艺参数的敏感性。结果表明，无论是否考虑弹性模量的变化，工艺参数对弯管截面畸变影响的变化趋势相似，考虑弹性模量变化时截面畸变率更大。截面畸变率随管材-防皱块摩擦因数fw、管材-弯曲模间隙Cb的增大或管材-弯曲模摩擦因数fb的减小而增大，随着管材-防皱块间隙Cw的增加，截面畸变率先减小后基本不变，而弯曲速度ω对其影响不大；合理的fw、fb、Cw、Cb和ω分别为0.05～0.15、0.2～0.3、0.075～0.1 mm、0.1～0.15 mm 和0.4～0.8 rad·s-1；截面畸变对工艺参数的敏感性大小依次为Cb、Cw、fb、fw和ω。
  • 薄壁304不锈钢管管口内卷变形分析与试验研究
    毛秋阳, 张如华, 虞班龙, 欧阳经政, 胡跃明, 王华, 黄青华
    塑性工程学报. 2023, 30(8): 76-82. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.08.008
    摘要 ( 28 ) PDF全文 ( 73 )   可视化   收藏
    针对薄壁管管口内卷变形主要存在的原坯料端口开裂及原坯料端口切向失稳两种失效形式，提出以原坯料端口切向总应变(绝对值)不超过材料许用伸长率作为原坯料端口开裂的判据，其值与管外径D、管壁厚t和内卷半径R这3个几何参数有关。以D=Φ31.8 mm的304不锈钢薄壁管坯料为研究对象，仅设外支撑，施加轴向压力(简称轴压)迫使管口内卷，借助Deform-3D软件进行的数值模拟试验结果为：t=0.7 mm，1.50 mm≤R< 2.00 mm时，内卷效果良好。实际试验结果为：R=1.50 mm，t=0.4～0.7mm时均能顺利内卷；R=2.25 mm，t为0.7和0.6 mm时，变形初期与数值模拟结果基本吻合，变形后期，原坯料端口多处严重开裂，t=0.5 mm时，出现原坯料端口切向失稳及管体失稳。研究表明，根据判据推算出的最大内卷半径Rmax值可避免原坯料端口开裂，要避免原坯料端口切向失稳及管体失稳，也可以Rmax值作参考。
  • 外筋筒壳旋挤成形方法及扩径现象
    王康培, 赵亦希, 陈星翰, 于忠奇
    塑性工程学报. 2023, 30(8): 83-91. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.08.009
    摘要 ( 60 ) PDF全文 ( 165 )   可视化   收藏
    针对外筋筒壳加工成形，提出了一种径向挤压、周向展成的局部连续体积成形旋挤方法，基于DEFORM-3D有限元软件建立了外纵、横筋薄壁筒壳旋挤成形仿真模型，分析了外纵、横筋的应力-应变分布规律，验证了旋挤成形外筋筒壳的可行性，并针对筒壳易产生的扩径现象进行了工艺改进。结果表明，使用该方法可以实现外纵、横筋筒壳的成形加工，外纵筋的填充比外横筋相对更充分；局部集中的周向拉应力使内壁有不均匀扩径的趋势，通过限制法兰区域的周向流动可遏制扩径现象。该方法具有成形载荷低、材料利用率高的特点，有望成为带筋筒壳加工的新途径。
  • 镁/铝复合薄带轧制成形工艺研究
    申依伦, 冯光, 郜豪杰, 张恒
    塑性工程学报. 2023, 30(8): 92-99. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.08.010
    摘要 ( 64 ) PDF全文 ( 132 )   可视化   收藏
    针对镁/铝复合薄带在常规轧制成形过程中极易出现边裂和结合强度低等问题。以厚度为50 μm的镁/铝复合薄带高质量成形为研究目标，探究了极薄尺寸复合带材的轧制工艺。实验时，以厚度均为1 mm的镁、铝合金板材组坯进行首道次轧制，后续各轧制道次间在300 ℃下适时保温1～3 min，经历17个轧制道次后，成功将镁/铝复合带材减薄至预期厚度。随后，对复合薄带的宏观形貌和界面微观组织进行了观察并测试了其拉伸性能，发现采用本工艺制备的复合薄带边裂轻微、结合紧密、界面连续，扩散层厚度约为4 μm，抗拉强度为115.65 MPa，表明复合薄带具有良好的成形质量和力学性能。
  • 冷连轧过程中热轧来料特性对成品带钢板形的影响
    卜新钊, 孙荣生, 张文军, 白振华
    塑性工程学报. 2023, 30(8): 100-106. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.08.011
    摘要 ( 57 ) PDF全文 ( 156 )   可视化   收藏
    针对某钢厂1450 mm冷连轧机组实际生产过程中轧制状态不稳定和板形异常的问题，研究了热轧来料对成品带钢板形的影响。首先建立了来料特性和成品带钢板形之间的关系模型，在此基础上编制了来料对成品带钢板形影响模拟软件。结合软件分析了来料凸度、来料局部高点、来料板形、变形抗力分布以及来料楔形对成品带钢碎浪的影响；并定量模拟出冷连轧机组生产过程中典型规格产品来料凸度、板形、变形抗力分布、局部高点和楔形变化时成品带钢碎浪的变化情况；通过对比现场生产参数，得出模拟结果的准确性，并据此给出了来料的工艺规范。
  • 基于随机森林算法的热轧精轧带钢宽展量预测
    邱振波, 李子正, 尹宝良, 邝霜, 陈彤, 白振华
    塑性工程学报. 2023, 30(8): 107-114. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.08.012
    摘要 ( 91 ) PDF全文 ( 160 )   可视化   收藏
    基于随机森林算法对带钢的宽展量进行了预测。基于对宽展量影响因素的分析选择了多个重要的工艺因素，利用袋外数据计算了不同工艺因素的重要性。考虑模型的预测精度和训练时间，提出了一种模型综合评价指标，利用该评价指标筛选出模型具有最优综合预测性能时的重要工艺因素，并建立了宽展量预测模型。考虑现场需对带钢宽展进行在线预测，设定误差阈值并计算滑动平均绝对百分误差可实现模型预测精度的动态调整。该模型在测试数据集上具有较小的预测误差以及较快的模型调整速度，表明该优化模型具有较好的综合预测性能。
  • 镁/铝板材同速异径蛇形轧制复合弯曲曲率研究
    江连运, 梁佳乐, 陈亚飞, 杨若雯, 杨树国, 马琦琦
    塑性工程学报. 2023, 30(8): 115-121. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.08.013
    摘要 ( 55 ) PDF全文 ( 142 )   可视化   收藏
    针对镁/铝板材轧制复合过程中金属流动性差异大，轧后容易出现弯曲的问题，提出了同速异径蛇形轧制复合工艺，可以降低轧后弯曲曲率。采用ANSYS/LS-DYNA有限元软件模拟了AZ31B/5052的轧制复合过程，分析了蛇形轧制复合过程中轧制温度、辊径比、压下量、错位量、层厚比及初始总板厚等参量与弯曲曲率的关系，并通过实验对模拟结果进行了验证。结果表明，相比于异步轧制，蛇形轧制能够降低复合板的弯曲曲率；相同轧制条件下，异步轧制弯曲曲率在一定范围内随层厚比的增大而减小，在1.01～1.20辊径比范围内，弯曲曲率随辊径比的增大而增大；在一定范围内，复合板的弯曲曲率随错位量的增大而减小，蛇形轧制有效抑制了轧后弯曲；当总板厚为8 mm、层厚比为0.25、压下量为3.6 mm、轧制温度为400 ℃、辊径比为1.01以及错位量为15 mm时进行轧制复合所得复合板接近平直。
  • 基于改进SSA-GA-BP神经网络的热连轧轧制力预测
    胡啸, 薛霖, 景洁, 王晓军, 李怡宏, 姬亚锋
    塑性工程学报. 2023, 30(8): 122-129. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.08.014
    摘要 ( 71 ) PDF全文 ( 112 )   可视化   收藏
    针对热连轧过程传统轧制力模型不能准确反映实际轧制力的问题，提出了群智能优化算法优化机器学习的热连轧轧制力预测模型。以某热连轧生产线数据为基础，利用随机森林算法进行输入特征的重要性排序，选取重要度较大的参数作为BP神经网络的输入参数，并采用Pauta法则对原始轧制数据进行预处理，基于GA-BP模型建立了精度良好的轧制力预测模型，并采用改进的麻雀搜索算法对GA-BP模型进行了二次优化。将建立的改进SSA-GA-BP模型与传统轧制力模型、BP神经网络模型以及未二次优化的GA-BP模型进行对比。结果表明，改进的SSA-GA-BP模型较其他模型具有较高的预测精度和良好的泛化能力。
  • 铝/镁合金轴叉磁脉冲压接/胶接复合连接工艺与接头性能
    陈昶, 朱佳佩, 韩子川, 柳泉潇潇, 崔俊佳, 李光耀
    塑性工程学报. 2023, 30(8): 130-137. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.08.015
    摘要 ( 30 ) PDF全文 ( 285 )   可视化   收藏
    面向汽车传动轴中轻量化材料的使用与连接需求，提出了一种6061-T6铝合金和AZ31B镁合金轴叉的磁脉冲压接/胶接复合连接工艺。通过改变放电次数、槽倾角和放电能量等工艺参数，对比分析了不同工艺下胶接接头、磁脉冲压接接头和磁脉冲压接/胶接复合连接接头力学性能的变化规律，并通过显微观测探究了不同试验参数对铝/镁合金接头性能的影响和机理。通过中性盐雾腐蚀试验观察了接头在不同周期下的腐蚀产物和形貌变化。结果表明，磁脉冲压接/胶接复合连接工艺能够实现镁合金和铝合金的高质量连接，放电能量25 kJ、槽倾角90°、放电3次时，接头最大扭矩达到1479.30 N·m；铝合金外管和镁合金槽底面的贴合区域长度随放电次数和槽倾角的增大而增加；胶粘剂的加入有利于降低接头的腐蚀速度。
  • 铝钛轻合金多种连接工艺力学性能对比
    李承旺, 赵伦, 许龙, 洪宛璐, 霍小乐, 雷乐, 张溟晨, 孙可, MD Shafiqul Islam
    塑性工程学报. 2023, 30(8): 138-145. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.08.016
    摘要 ( 72 ) PDF全文 ( 248 )   可视化   收藏
    选用5A06铝合金与TA1钛合金进行热熔钻铆、超声压铆和超声自冲铆连接试验。通过静拉伸试验研究了板材搭接方式对各组接头力学性能的影响。结果表明，铆接时软板在上时，热熔钻铆接头与超声自冲铆接头的力学性能显著提高，板材搭接方式对超声压铆接头影响较小。热熔钻铆接头具有最佳的缓冲吸震性能，但是稳定性较差，应用于车身结构时较为局限。超声压铆接头成本低且工艺简单，但其抗剪切性能差，不适用于承受大应力的车身结构。与其他两种连接方式相比，超声自冲铆连接稳定性最佳，具有最佳的抗拉伸能力与剪切刚度，适用于车身轻量化领域的大部分结构。
  • 汽车铝合金前防撞梁截面的有限空间优化设计
    肖罡, 郭鹏程, 项忠珂, 王文韫, 韦春华, 杨钦文
    塑性工程学报. 2023, 30(8): 146-155. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.08.017
    摘要 ( 78 ) PDF全文 ( 295 )   可视化   收藏
    通过准静态拉伸实验获得了某在产中期改款车型材料的应力-应变曲线，在原钢制前横梁的设计空间内开展了铝合金前防撞梁的截面设计及评价。结果表明，正六边形和正八边形截面吸能盒具有较高的稳定承载能力，各边依次同时外凸或内凹，呈逐层叠缩的手风琴压溃模式；正八边形截面吸能盒的比吸能最大，且压溃过程最为平稳和紧凑。综合考虑压溃模式、压溃力演变和比吸能，正八边形截面吸能盒的性能最优。在原钢制前横梁截面的设计空间内，目字形截面的三点弯曲刚度高于田字形截面，但田字形截面前横梁台车系统的比侵入量、比支反力和比吸能均优于目字形截面前横梁。基于此，提出一种铝合金吸能盒和前横梁的截面高效设计和评价方法，为在产车型结构的高效设计提供方法和理论支撑。
  • 20Cr2Ni4齿轮钢激光喷丸和机械喷丸残余应力场有限元模拟
    何国旗, 谢远昊, 何瑛, 蔡颂
    塑性工程学报. 2023, 30(8): 156-165. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.08.018
    摘要 ( 51 ) PDF全文 ( 147 )   可视化   收藏
    使用有限元软件建立了20Cr2Ni4齿轮钢喷丸强化的三维数值分析模型，探究了激光喷丸(LSP)与机械喷丸(SP)在不同工艺参数下的残余应力场，分析了网格尺寸对模拟结果的影响，建立了复合喷丸的有限元网格模型，研究了不同复合方式的喷丸对残余应力场的影响。结果表明，激光喷丸有限元分析中，网格尺寸一般控制在0.1 mm以下，相较于激光喷丸，机械喷丸对网格密度的要求比较高。当弹丸直径为Φ0.5 mm，且冲击区域最小单元网格尺寸为0.03 mm以下时，模拟结果有效。相较于激光喷丸，LSP-SP复合喷丸在表面产生的残余压应力略有提升，应力在靶材表面没有被严重的削弱。复合喷丸的残余压应力层深可以达到机械喷丸的2～3倍；在深度方向的最大残余压应力可以达到材料屈服强度的1.5倍。
  • 汽车用多孔薄壁铝型材横向焊缝研究
    刘国勇, 靳之星, 陈泽民, 朱世安, 李新月, 朱冬梅
    塑性工程学报. 2023, 30(8): 166-175. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.08.019
    摘要 ( 69 ) PDF全文 ( 184 )   可视化   收藏
    以某汽车电池托盘用铝合金型材为研究对象，基于HyperXtrude有限元仿真软件，对挤压过程中的金属流动情况进行了稳态数值模拟，得到良好的型材后，对连续挤压过程中新旧坯料的流动情况进行了瞬态分析，并预测了型材横向焊缝延伸长度，分析了挤压工艺参数和模具结构对横向焊缝的影响。结果表明，挤压速度从1 mm·s-1提升到6 mm·s-1时，型材横向焊缝延伸长度降低约24%；坯料加热温度对横向焊缝延伸长度几乎无影响；挤压比越小，型材横向焊缝延伸长度越短。下模焊合室圆角半径从1 mm提升至9 mm 时，横向焊缝延伸长度降低了约21.9%。焊合室入口角度从0°提升至40°时，横向焊缝延伸长度减小了约46.1%。通过研究型材横向焊缝的形成过程，可以提升材料利用率，为实际生产提供指导。
    • 材料性能与变形理论
  • 考虑两种硬化方式的钛合金α相物理本构模型
    杨泽昆, 吴建军, 闫晶, 喻忠平, 赵彦娇, 谢海南
    塑性工程学报. 2023, 30(8): 176-181. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.08.020
    摘要 ( 50 ) PDF全文 ( 113 )   可视化   收藏
    针对钛合金中的α相，推导了引起背应力的几何必需位错的演化方程，该方程包含位错的存储项与湮灭项，同时将几何必需位错与背应力联系起来，从物理机制层面解释了背应力的演化。此外，建立了同时考虑由于位错纠缠导致的各向同性硬化和背应力引起的运动硬化的物理本构模型，利用室温下纯钛的相关实验数据对本构模型进行了验证。结果表明，所提出的本构模型能很好地预测纯钛的应力-应变曲线；与几何必需位错相关的背应力具有较高的准确性，统计存储位错的变化符合相应规律，证实了该物理本构模型具有很好的适用性，为今后采用混合规则建立钛合金的多尺度本构模型以及嵌入仿真软件寻求最优的工艺参数提供了参考。
  • 基于WOA-BP神经网络的25CrMo4钢本构关系研究
    张习康, 江洋, 王迪, 李冠锋
    塑性工程学报. 2023, 30(8): 182-187. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.08.021
    摘要 ( 75 ) PDF全文 ( 128 )   可视化   收藏
    采用Gleeble-1500型热/力试验机对25CrMo4钢进行了等温恒应变速率压缩试验，研究了其在变形温度1050～1150 ℃，应变速率0.1～10 s-1范围内的热变形行为，通过试验确定了层数为3×12×1的BP神经网络结构形式的本构关系模型，并在BP神经网络本构模型的基础上采用鲸鱼优化算法构建了WOA-BP神经网络本构模型。结果表明，25CrMo4钢的流变应力对变形温度和应变速率较为敏感，降低变形温度和增大应变速率均可以提升流变应力。在高温和低应变速率条件下，流变曲线大多呈现稳态流动特征。经过计算预测值与试验值的误差得出，WOA-BP神经网络本构模型的相关系数和平均相对误差分别为0.99927和0.8915%；采用BP神经网络建立的本构模型的相关系数和平均相对误差分别为0.99677和2.1764%。WOA-BP神经网络本构模型具有更高的精度，能更加准确地预测25CrMo4钢的高温流变应力。
  • Fe-30Ni-15Cr-0.6Nb-3Al-2Mo-3.5Cu奥氏体耐热钢高温蠕变行为
    郭俊卿, 田德阳, 孙红英, 陈拂晓, 刘玲
    塑性工程学报. 2023, 30(8): 188-194. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.08.022
    摘要 ( 55 ) PDF全文 ( 121 )   可视化   收藏
    研究了一种含铝奥氏体耐热钢在温度为750 ℃，蠕变应力为120、170、210和250 MPa下的高温蠕变行为，运用扫描电子显微镜、电子背散射衍射技术研究了蠕变试样的微观结构演变。结果表明，蠕变后第二相主要是B2-NiAl相与σ-FeCr相，没有发现Laves-Fe2Nb相的析出；随着蠕变应力从250 MPa下降到120 MPa，最小蠕变速率从5.72×10-6 s-1下降到3.11×10-7 s-1。在蠕变过程中，B2-NiAl相初期在晶界析出，随后逐渐在晶内析出并有轻微长大现象，B2-NiAl相的析出有助于提高材料的抗蠕变性能。通过包含双曲正弦函数的方程计算得到应力指数n=3.01，确定相关的蠕变变形机制是位错滑移。根据蠕变断口微观形貌与蠕变损伤容限因子表明，确定蠕变失效是由析出相粗化导致的显微组织退化引起的。
  • TC21钛合金热压缩工艺数值模拟与实验研究
    陶成, 崔霞, 欧阳德来, 万兴才, 谢有美, 刘林涛, 姜建飞
    塑性工程学报. 2023, 30(8): 195-201. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.08.023
    摘要 ( 72 ) PDF全文 ( 102 )   可视化   收藏
    对TC21钛合金在两相区进行了不同变形温度(830～920 ℃)和应变速率(0.01～1 s-1)下的热压缩实验，利用金相法和DEFORM-3D有限元模拟软件对合金在上述热变形条件下的热压缩过程进行了数值模拟研究。实验结果表明，随着变形温度的上升和应变速率的下降，合金α片层组织的球化体积分数不断增加。模拟结果表明，随着变形温度的上升和应变速率的下降，合金的等效应变和α片层组织的再结晶体积分数不断提高，等效应变和再结晶体积分数的最大都发生在合金的中心部位。当应变速率为0.1 s-1、变形温度为920 ℃时，模拟获得的再结晶体积分数为40%，模拟结果和实验结果呈现较高的吻合度。将有限元模拟和热变形参数边界条件相结合，能够优化外部工艺条件。
  • 基于努氏压入的不锈钢表面双向残余应力获取方法
    薛河, 杨永杰, 张雨彪, 石哲任, 王帅, 张顺, 张永刚
    塑性工程学报. 2023, 30(8): 202-209. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.08.024
    摘要 ( 51 ) PDF全文 ( 197 )   可视化   收藏
    为了解决焊接产生的复杂残余应力难以获取的问题，借助努氏压头的不对称性，将加载曲率作为分析参量，针对核电焊接接头材料的力学性能，采用理论分析、数值模拟和物理试验的方法获得了材料参数、残余应力与加载曲率差的关系，并在此基础上建立了适用于不同材料的双向残余应力计算方法。结果表明，努氏压头的长轴和短轴方向的残余应力-加载曲率差存在确定的转化因子，并且材料参数和压入深度对该转化因子的影响极小。此外，利用努氏压头的不对称性可以将一个双向残余应力转化为两个单向残余应力，进而通过两次压入获取双向残余应力。使用自主研制的双向残余应力加载装置结合压入试验，验证了努氏压入方法获取双向残余应力的可靠性。
  • 不锈钢弯曲应力中性层偏移模型构建与实验研究
    赵月伟, 帅美荣, 楚志兵, 拓雷锋, 赵晓东, 高虹, 邬莉华, 翟丽丽
    塑性工程学报. 2023, 30(8): 210-217. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.08.025
    摘要 ( 63 ) PDF全文 ( 150 )   可视化   收藏
    为实现不锈钢产品的精密成形，基于双线性硬化本构模型和弹塑性变形理论，采用分层理论，应用经典力学建立了316L不锈钢板料的“V”型弯曲应力中性层偏移模型。结合有限元模拟分析及三点弯曲实验研究结果，分析了关键工艺参数(弯曲半径和板厚)对应力中性层偏移的耦合影响规律，并通过建立二元二次响应面方程对构建模型中的修正系数进行了优化，优化后模型的计算精度显著提升，与实验值和模拟值之间的最大偏差不大于4.76%，为模具优化设计和板料精确选型提供了理论基础。
  • 温度对磨粒划擦单晶/多晶Al材料去除行为影响的分子动力学研究
    施渊吉, 王容, 程诚, 张铮, 陈恒, 郭训忠, 黎军顽
    塑性工程学报. 2023, 30(8): 218-227. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.08.026
    摘要 ( 34 ) PDF全文 ( 250 )   可视化   收藏
    运用经典分子动力学方法对单晶/多晶Al材料去除行为与机制展开了研究。结果表明，受摩擦诱导作用，单晶Al塑性变形时更易产生螺型位错，螺型位错微观结构演化历经萌生、生长和繁衍3个阶段，且随温度升高，螺型位错萌生、生长和繁衍逐渐增多。多晶Al的晶界边缘是位错萌芽的发源地，更易产生新的位错。随着温度的增加，多晶Al的晶界范围逐渐扩张，晶粒框架发生改变，使得其晶界更易发生迁移。此外，摩擦中的单晶/多晶Al的水平切向力和法向力均随温度的升高呈线性下降，多晶Al的磨损性能弱于单晶Al，而多晶Al的摩擦因数高于单晶Al。单晶/多晶Al受摩擦诱导产生的磨屑原子数随滑动距离的增加而增加，且随温度升高呈类抛物线增长趋势。从纳观角度看，单晶/多晶Al材料去除形成磨屑的机制是材料的紧密接触区边缘应力集中导致的紧密接触区边缘的温度迅速上升，从而促进材料去除。
  • 强制冷却对搅拌摩擦加工QP1180钢组织与力学性能的影响
    王佳, 乔柯, 王文, 张婷, 郝政扬, 王快社
    塑性工程学报. 2023, 30(8): 228-234. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.08.027
    摘要 ( 31 ) PDF全文 ( 234 )   可视化   收藏
    分别在空气和液态CO2强制冷却条件下对QP1180钢进行了搅拌摩擦加工(FSP)，采用OM、SEM、EBSD和TEM技术研究了加工区微观结构特征和力学性能。结果表明，在空气和强制冷却条件下，FSP加工后QP1180钢内部均形成了细小的铁素体和马氏体，其中铁素体含量分别为13%和20%，晶粒尺寸分别为1.7和0.9 μm，位错密度分别为1.84×1014和2.53×1014 m-2。在空气冷却条件下，FSP加工后QP1180钢的抗拉强度和伸长率分别为1450 MPa和15%。与空气冷却条件下相比，强制冷却条件下FSP加工后QP1180钢的抗拉强度和伸长率分别提高至1640 MPa和28%。在空气和强制冷却条件下，FSP后QP1180钢的断裂方式分别呈现出韧脆混合型和韧性断裂特征。
  • 590 MPa级合金化热镀锌双相钢剪边断面色差分析及改善
    赵川翔, 吴科, 谢福永, 刘庆均
    塑性工程学报. 2023, 30(8): 235-241. https://doi.org/10.3969/j.issn.1007-2012.2023.08.028
    摘要 ( 55 ) PDF全文 ( )   可视化   收藏
    采用扫描电镜、激光共聚焦显微镜和金相显微镜分析了590 MPa级合金化热镀锌双相钢剪边断面色差的微观组织和形貌。结果表明，双相钢剪边断面主要由塌角、剪切带、断裂带、毛刺和挤压带构成。在剪切应力作用下，剪切带和断裂带金相组织有明显沿剪切方向的弯曲和拉伸变形，挤压带组织有压缩变形。塌角边缘镀锌层由于塑性变形产生了网状龟裂纹，且部分裂纹向下扩展至剪切带上沿镀锌层区域。剪切形成的断裂带为典型延性断裂，挤压带位置的镀锌层完整。不同卷取方向材料落料后光亮剪切带方向相反，对光线反射角度的差异造成了剪边断面明暗色差。减少剪边机刀片侧向间隙可以防止剪边断面色差。
塑性工程学报
Journal of Plasticity Engineering
ISSN 1007-2012
CN 11-3449/TG

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