热加工工艺杂志

热加工工艺杂志2024年第24期

• 合金成分对高熵合金及其涂层耐腐蚀性能影响的研究进展

  艾根根, 姜凤阳, 思芳, 刘江南, 卫娜, 王俊勃,

  金属腐蚀可对结构工程部件造成损坏，影响材料的正常功能，使其在服役过程中迅速失效。在金属材料中，贵金属Ag、Au、Pt等具有良好的耐蚀性，但高成本和较差的力学性能限制了它们的应用。高熵合金由于其优异的耐腐蚀性能逐渐成为广大学者的研究热点。综述了近年来对于高熵合金及其涂层抗腐蚀性能的研究，归纳了合金成分对其耐蚀性的影响。从微观组织结构、成分分布、析出相、陶瓷颗粒等角度阐述了合金成分对腐蚀电位、腐蚀电流密度、点蚀电位以及腐蚀速率等的影响，并指出了在此领域存在的问题及今后努力的方向，可为后续开发具有优异耐蚀性能的高熵合金及其涂层提供借鉴。

• Al-Si系铸造合金时效强化研究进展

  张鸣鹤, 王东涛, 长海博文, 伍复发,

  Al-Si系铸造铝合金因其较好的铸造性能在汽车上广泛应用。为了进一步提高Al-Si铸造合金的强韧性，一般主要采用T6（固溶+时效）热处理的方式，而其中的时效处理十分关键。时效硬化过程异常复杂，合金成分、时效参数以及微量元素的引入都会对时效强化的效果产生影响。归纳总结了Al-Si-Cu、Al-Si-Mg以及Al-Si-Cu-Mg合金复杂的沉淀序列，分析了微量元素对时效析出行为的影响，最后指出了目前所面临的挑战以及未来的发展趋势。

• 陶瓷颗粒增强金属基复合材料的制备及应用

  师维, 汪勇,

  陶瓷颗粒增强金属基复合材料集金属和陶瓷材料诸多优异特性于一体，在不损害金属材料良好塑韧性的同时，兼具陶瓷材料的高硬度、高强度、良好的耐磨性和耐腐蚀性等性能。综述了颗粒增强复合材料的制备方法、制备复合材料过程中的难点、陶瓷颗粒增强复合材料的应用现状等内容，对陶瓷颗粒增强金属基复合材料的应用提出了展望。

• 短流程制备取向硅钢中抑制剂调控的研究进展

  刘四洲, 程朝阳, 贾涓, 戴方钦, 刘静,

  取向硅钢作为电力装备的关键材料。在电力能源消费剧增的当今社会，对于取向硅钢的需求量也日益增长。综述了国内外短流程制备取向硅钢的研究现状；指出了短流程制备取向硅钢技术中抑制剂调控所面临的技术难题以及未来的发展趋势，即通过成分设计与工艺调控来获得充足的抑制剂粒子，最终在二次再结晶过程中对其他晶粒产生足够的钉扎力，得到单一取向的高斯晶粒。此外，对新兴的电磁搅拌技术和磁场热处理技术在取向硅钢抑制剂调控中的应用前景进行了简述，以期为短流程制备高性能取向硅钢抑制剂调控的研究提供借鉴。

• 热轧Q235碳钢复合板有限元模拟及试验分析

  牛高林, 李海斌, 徐惠婷, 宁可, 李扬, 帅美荣, 祁宏鹏,

  通过热力耦合有限元仿真计算了不同压下率的不锈钢/碳钢复合板热轧过程中温度变化与轧后残余应力。结果表明，轧制结束后，对碳钢而言，压下率20%试样比10%的试样温度低18℃，压下率为35%时，温度下降速率明显变快，比10%试样温度降低52℃；压下率40%试样比10%试样温度低67℃。对不锈钢而言，压下率由10%增加至20%时，试样平均残余应力由63.7 MPa提高至81.7 MPa；压下率增加至35%，平均残余应力为141.5 MPa；压下率40%试样的残余应力最大。实验结果表明，基板碳钢中珠光体体积分数随平均残余应力增加而减小。未轧制试样珠光体体积分数为12%；当压下率达到40%，珠光体体积分数仅为5%。

• 基于模具分区预热的TA1等通道挤压工艺研究

  赵军, 徐浩杰, 贾宾, 牛轻松, 罗枢源,

  在钛合金等通道挤压成形过程中，由于钛合金变形温度范围窄，要对模具进行较高温度的预热，以减小坯料温度下降对变形过程的影响。为减小模具温度对成形过程以及模具受热膨胀变形的影响，提出了模具分区预热的方法，设计了三因素四水平的正交试验，使用极差分析对16组正交方案进行了分析，优化了模具分区预热方案。对比分析了模具380℃预热与分区预热（变形区380℃+其它区150℃）对成形载荷、坯料应力应变、模具的热膨胀、坯料成形效果以及微观组织的影响。结果表明：采用模具分区预热后，材料等效应变由2.76下降为2.44；等效应力由379 MPa下降为352 MPa；挤出后坯料温度为316℃，下降了38℃；成形载荷下降了2.9 kN，最大为24.6 kN；模具最大膨胀较整体预热减小了0.30 mm，变形区膨胀减小了0.15 mm。分区加热后成形效果更加优越，晶粒尺寸细化更加明显，约为5 μm。

• FINEMET软磁复合材料温压成型制备及其软磁性能调控研究

  孙海波, 黄皓辉, 张锐, 王敬慧, 王策,

  系统研究了温压工艺下成型温度（Tc）、压强（Pm）、润滑剂（Cl）及粘结剂（Cb）含量等参数对FINEMET软磁复合材料（FINEMET-SMCs）成型密度（ρc）及其软磁性能的影响规律。结果表明，合适的温压工艺可有效提升SMCs在成形过程中磁粉表面润滑效果。利于相应SMCs内非磁孔隙率及磁畴壁位移阻力的降低，最终有助于其软磁性能的改善。FINEMET-SMCs的磁滞损耗Ph在其总损耗Pcv变化中占主导作用，其中Ph/Pcv>76%。与Tc=25℃工况相比，在Tc=110℃、Pm=1200 MPa、Cl=1.5wt%及Cb=5.0wt%的优化温压工艺下，FINEMET-SMCs的ρc提高了7.7%，至5.44 kg/m3，并表现出优异的综合软磁性能。

• 带大圆角矩形不锈钢水槽拉深成形工艺数值模拟

  韩建霖, 吴菲, 洪熠豪, 章争荣, 梁庆军, 李建平,

  通过数值模拟的方法，研究带大圆角不锈钢水槽的拉深成形过程，并揭示不同拉深工艺参数对成形质量的影响，获得较优的工艺参数，为实际生产提供指导。利用有限元数值模拟软件Dynaform对矩形盒拉深成形过程进行数值模拟，分析压边力、模具间隙和摩擦系数对大圆角矩形水槽成形的影响，采用控制变量法并结合成形极限图、厚度变化图和材料流动图对其工艺参数进行优化。结果表明，经数值模拟和工艺优化，得出较优工艺参数：拉深序一压边力为500 kN，拉深序二压边力为1000 kN，模具间隙为1.1 t，摩擦系数为0.125。采用研究所得的工艺方案可生产出合格制品，实际成形件的减薄率和成形质量与模拟结果基本一致。通过有限元数值模拟技术，可预测不锈钢水槽在拉深成形过程中大圆角处的变薄情况，所得成形工艺参数对制件影响规律可为研究带大圆角水槽拉深成形提供参考。

• 基于WOA-XGBoost模型的电阻点焊熔核直径预测算法

  郑银环, 宋宣科, 卢杰, 丁刚强,

  电阻点焊是一个多变量相互作用的复杂物理过程，点焊质量容易受很大的不确定性影响，因此本文提出了结合WOA优化算法和XGBoost算法进行电阻点焊熔核直径预测。该模型将主要的工艺参数和板材厚度作为模型的特征输入，将超声波检测的焊点熔核直径作为输出，构建了一个包含102个由7个输入属性组成的实验实例的数据库，用于训练和测试XGBoost回归模型；利用WOA优化算法寻找XGBoost的最优结构，并对WOA优化算法进行改进以提高模型预测准确性。结果表明，WOA-XGBoost模型相较于其他单一机器学习模型具有更高的预测精度。该组合模型可以帮助企业分析影响熔核直径大小的特征因素，同时为调节工艺参数提供理论依据，有望在汽车焊接过程中发挥重要作用。

• 低合金高强钢的大熔深焊接研究

  赵干, 李兴霞, 李代龙, 张毅, 张建勋,

  为提高结构件的焊接效率，采用大熔深焊接具有重要的意义。针对隧道结构用厚30 mm的Q355B低合金高强钢，采用大熔深焊接方法进行焊接试验，测试了焊接接头的微观组织与力学性能。结果表明：大熔深焊缝的微观组织主要由大量的铁素体和少量的粒状贝氏体组成；大熔深焊接接头的熔深显著增加，极大地提高了焊接效率；大熔深焊缝的显微硬度与母材接近，整个接头为等强匹配；随着焊接电流的增加，焊缝的显微硬度、抗拉强度变化不大，冲击韧性有所下降；大熔深焊接最佳的电流范围为320～360 A。

• SUS304不锈钢与PCCF30的激光连接增强工艺参数建模与优化

  陈寒松, 梁怀志, 王霄,

  针对SUS304不锈钢与PCCF30（30%短碳纤维增强聚碳酸酯）激光直接连接接头剪切强度较低的问题，在SUS304不锈钢与PCCF30之间添加PET（聚对苯二甲酸乙二醇酯）中间层，同时对不锈钢表面进行激光织构预处理，以提高304不锈钢与PCCF30之间激光连接接头的强度。采用响应面法建立激光直接连接工艺参数和表面织构预处理工艺参数与接头剪切强度及织构预处理时间之间的数学模型，分析了各工艺参数组合对接头剪切强度的交互式影响。结果表明，激光直接连接功率-织构扫描次数、激光直接连接功率-激光连接速度对接头剪切强度的影响较大；模型验证及优化结果验证表明，所建模型的预测值与试验值较为吻合，模型可靠。

• 数字超声波金属焊接电源的研究

  刘强, 莫康信, 吴小玲, 苏桂文,

  超声波焊接作为一种高效节能环保的焊接技术，已被广泛应用在金属、塑料、无纺布焊接等领域。在金属焊接时，需要精确控制摩擦时间、功率、能量等参数，因此电源的设计要求非常严格。本文设计了一款数字式超声波金属焊接电源，系统采用直接数字频率合成技术，根据采集输出端的电压电流相位差，自动追踪换能器工作的谐振频率。该电源实现了实时自动调节焊接电源的发波频率，使系统输出功率最大，并保持每次工作时输出功率恒定。同时该系统采用首个焊接振幅补偿的方式弥补因频率变化导致能量减小的问题。系统可以采用外控、时间、能量三种焊接模式，满足不同焊接工艺的需求。

• 316L不锈钢薄板激光焊接接头微观组织及力学性能研究

  聂宇, 冯巧波, 王春亮, 王杰,

  采用脉冲激光焊接设备对0.3 mm厚的316L不锈钢薄板进行搭接焊接试验，分析了工艺参数对焊缝特征及力学性能的影响。结果表明：通过正交试验，在激光峰值功率为2.6 kW、焊接速度为8 mm/s、离焦量为+1.0 mm的最优焊接工艺参数下，焊接接头抗剪切应力最大，离焦量对焊接接头的抗剪切应力影响最大。焊缝横截面存在多个焊点的重叠区，在熔合线附近未观察到明显的热影响区，柱状晶近似垂直熔合线且向焊缝中心点集中生长。焊缝区比母材的硬度小，且从焊缝中心到两端熔合线逐渐增大；在横截面垂直方向上，随着焊缝深度的增加，硬度增大。

• 烧结工艺对掺Al增强氮化铝陶瓷基板的显微结构和性能的影响

  赵世泽, 林坤吉, 张文铎, 齐于杰, 赵哲,

  选用Y2O3-Al作为烧结助剂，采用流延成型法制备AlN陶瓷。研究了排胶和烧结制度对AlN陶瓷的物相组成、致密度、显微组织、热学及力学性能的影响。结果表明，真空-空气两步排胶法能够减缓排胶过程中Al的氧化，制备的AlN陶瓷第二相孤立分布在三角晶界处，热导率和弯曲强度分别比一步排胶法制备的陶瓷高2.5%和14.8%。随着烧结温度的升高，第二相由YAG转变为Y2O3/Al2O3比较高的YAP，晶格氧含量下降。经过1800℃烧结后，AlN陶瓷的热导率和弯曲强度分别达到了171.23 W·m-1·K-1和（456.77±19.34）MPa。

• 时效时间对Ti-50.8Ni-0.1Nb形状记忆合金组织和性能的影响

  张伟, 贺志荣, 刘康凯,

  对Ti-50.8Ni-0.1Nb形状记忆合金进行了400℃+1～50 h时效处理，用透射电子显微镜、示差扫描量热仪和拉伸实验研究了时效时间对该合金显微组织、相变行为、形状记忆行为和拉伸性能的影响。结果表明，当时效时间由1 h延长到50 h时，400℃时效态Ti-50.8Ni-0.1Nb合金中Ti3Ni4析出相由细小颗粒状生长为粗大片状，冷却/加热相变类型由B2→R→B19'/B19'→R→B2型向B2→R→B19'/B19'→B2型转变（B2-母相，CsCl型结构；R-R相，菱方结构；B19'-马氏体，单斜结构），R相变温度由31.3℃增加到46.8℃，马氏体相变温度由-127.5℃增加到-10.3℃，马氏体相变热滞由131.7℃下降到57.2℃，R相变热滞在3.8～5.0℃之间变化。400℃+5～50 h时效态合金的抗拉强度较高，在1360～1385 MPa之间变化；400℃+1～10 h时效态合金的伸长率较大，在15%～17%之间变化。400℃+1 h时效态合金呈超弹性，400℃+5～50 h时效态合金呈形状记忆效应。

• WE43镁合金激光熔覆温度场和应力场数值模拟

  胡正强, 雷声, 申家升, 张海浪, 李云,

  采用高斯面热源建立了WE43镁合金表面激光熔覆Al-Si共晶粉末过程的温度场以及热应力场数值模型。通过改变激光熔覆功率和激光扫描速度，得到了温度云图，并获取了同一节点的温度热循环曲线和热应力分布图。结果表明，随着激光功率的增加，激光熔覆涂层的最高温度和热应力均持续增加。此外，当保持激光熔覆功率600 W不变时，随着激光扫描速度的提高，激光熔覆涂层的最高温度呈现出降低的态势，然而热应力却呈先降低后上升趋势。理论上WE43镁合金表面激光熔覆Al-Si共晶粉末的最佳激光功率为600 W，最佳扫描速度为3 mm/s。

• 超声滚压加工次数对M50钢疲劳及腐蚀行为的影响

  刘树静, 李涌泉, 王帅星, 喻天健, 庞志伟,

  采用三维显微镜、FESEM、X射线应力仪等分析了超声滚压加工次数对M50钢表面粗糙度、微观结构及残余应力的影响，通过旋转弯曲疲劳试验、电化学试验评价了不同状态M50钢的疲劳与腐蚀行为，探讨了相关机制。结果表明，超声滚压过程中M50钢发生累积塑性变形，表面粗糙度降低，表层晶粒细化并引入了残余压应力，这些提升了M50钢的抗疲劳性能。增加加工次数可加深塑性变形层，提高表面硬化效果；但M50钢的疲劳寿命并不随加工次数的增多而延长，1000 N静压力下加工10次即可为M50钢提供较佳的抗疲劳效果，1000 MPa下该样品的疲劳裂纹萌生在距表面约157 μm的次表层，疲劳寿命长达1101.7万次，是未处理试样的近5倍。此外，超声滚压强化可赋予M50钢更优异的钝化性能，改善其耐蚀性，尤其是10次处理的样品，其自腐蚀电流密度最低，仅为4.10 μA/cm2。

• 石墨/SA533GrB钢端面的摩擦磨损性能

  李彬彬, 王文东, 王飞, 黎阳,

  为改善核电压力容器设备与其支撑结构件之间的摩擦磨损性能，保证核电压力容器的安全，避免因金属之间干摩擦而导致的严重磨损，研究了石墨材料与金属SA533GrBCL1摩擦磨损性能。采用两种石墨（GP1、GP2）经过机加工制备成圆环试样，与SA533GrBCL1钢环组成摩擦副，研究了不同载荷和速度对其摩擦磨损性能的影响。结果表明：GP1型高纯石墨综合摩擦磨损性能优于GP2型浸树脂石墨材料；GP1型石墨在不同载荷和转速条件下，摩擦系数和比磨损率较为稳定，摩擦系数小于0.2，比磨损率较小。GP2型浸树脂石墨在低转速时摩擦系数和比磨损率较低，在高转速时摩擦系数波动较大。GP2型石墨在交变应力下产生磨粒磨损，出现掉块甚至破碎现象。石墨在SA533GrBCL1钢环摩擦表面形成的转移膜与载荷和速度密切相关。GP1型高纯石墨在SA533GrBCL1钢环摩擦表面形成的转移膜相对较为均匀稳定；GP2型浸树脂石墨在SA533GrBCL1钢环摩擦表面形成的转移膜受载荷和速度影响较大，高载荷、高速度条件下，转移膜不稳定。两种石墨与SA533GrBCL1钢环的磨损机制主要表现为磨粒磨损。

• Mo含量对激光熔覆铁基涂层组织和性能的影响

  章浩, 师文庆, 贾东贺, 梁飞龙,

  为了增强Q235碳素钢的表面硬度和耐蚀性能，采用激光熔覆技术在其表面制备了Fe60+Mo复合涂层。对涂层的显微组织、显微硬度、耐磨性和耐蚀性能进行了分析。结果表明，随着Mo含量的增加，熔覆层的微观硬度先增高后降低，当Mo添加量达到5wt%时，显微硬度最高为1030 HV，同时，该熔覆层耐磨性最好，比未添加Mo的熔覆层提高了1.8倍。通过电化学腐蚀测试的结果表明，加入少量的Mo可以提高铁基涂层的耐蚀性。此研究结果对激光熔覆添加Mo的铁基涂层制备有一定的指导作用。

• ECAP对极冷超高强度7055铝合金组织和性能的影响

  郭文静,

  为了研究大塑性变形技术中的等通道转角挤压技术（ECAP）对极冷超高强度7055铝合金组织与性能的影响，对7055铝合金加热至480℃后进行ECAP热挤压试验，再采用OM、EBSD、TEM等技术手段对其组织特征和性能进行检测与分析。结果表明，7055铝合金的平均晶粒尺寸明显减少，大角度晶界所占比例有所降低，但仍大于等于66%，比例依然很高；且ECAP在基体中引入大量位错，促进了析出相的形核，增强了合金的析出强化效果；同时，合金的硬度也有一定的提升。采用ECAP工艺可对一定体积的材料施加较大的剪切变形而有效地细化晶粒，改善材料的微观组织，从而提高材料强度和韧性等综合力学性能。

• GW83镁合金固溶处理工艺研究

  徐刚, 向家林,

  对铸态GW83镁合金进行不同温度和时间的固溶处理，采用OM、SEM、EDS、硬度测试等手段研究了不同固溶处理对GW83镁合金微观组织与硬度的影响。结果表明：铸态GW83镁合金组织主要由α-Mg、大量连续状Mg24（Gd，Y）5相和少量颗粒状Mg5（Gd，Y）相组成。随着固溶处理时间的增加，GW83镁合金的晶粒尺寸逐渐增大，硬度先升高后降低。在525℃×4 h固溶的GW83镁合金晶界处的Mg24（Gd，Y）5相大部分溶解，晶粒未明显长大，合金的硬度达到最大值82.6 HV。525℃×4 h为GW83镁合金的理想固溶处理工艺。

• ZL205A铝合金电弧增材制造工艺及力学性能

  严侃, 张伟强, 高磊, 高志杰, 张镜斌, 薛帅, 雷其林, 魏领太,

  针对薄壁高强度铝合金壳体产品的制造技术需求，开展了ZL205A铝合金电弧增材制造工艺及力学性能研究。结果表明，当ZL205A铝合金电弧增材制造工艺为：送丝速度6～9 m/min、增材速度0.01～0.02 m/s、电压130%～140%时可获得成形形貌良好、内部组织均匀的ZL205A壳体样件。采用固溶+时效热处理工艺，即固溶温度540℃、固溶时间600 min、淬火温度40℃、时效温度160℃、时效时间240 min，样件抗拉强度达到444～455 MPa，伸长率达到9%～10%，获得了良好的综合力学性能。

• KI无氰镀液体系银-石墨-石墨烯复合镀层的制备及性能

  庞震, 丁一, 韩钰, 高健峰, 陈云翔, 丁然, 叶志国,

  变电站内户外高压隔离开关触头表面镀银层磨损和腐蚀问题突出，进而导致电触头发热严重，给电网的安全稳定运行带来了较大的隐患。在无氰化体系下，选用碘化钾（KI）作为电镀银配位剂，通过复合电沉积技术制备了综合性能优良的银－石墨－石墨烯复合镀层。通过结合力试验、场发射扫描电子显微镜（FESEM）、透射电子显微镜（TEM）、疏水性试验、接触电阻试验与电化学腐蚀试验等方法，研究了不同石墨添加量对镀层结合力、接触电阻、耐蚀性能及表面形貌的影响规律。研究表明：当石墨烯添加量为2 g·L-1、石墨含量为30 g·L-1时，镀层与基体结合良好，组织致密，粗糙度最低，为0.48 μm，接触角和接触电阻适中，分别为98.3°、46.7 μΩ，银－石墨－石墨烯复合镀层的综合性能最好。

• 喷丸及磨削对8Cr4Mo4V钢残余应力及位错密度分布的影响

  张兴洪, 李正辉, 周丽娜, 刘永宝, 黄丽, 刘璐莹, 何俊龙, 马欣新,

  喷丸作为8Cr4Mo4V钢的机械强化工艺，可在材料表层形成近300 μm的残余压应力层，有利于提高材料的接触疲劳性能。由于喷丸后材料的近表层粗糙度较大，同时存在开裂的碳化物，需进行磨削处理。磨削工艺引入的附加应力，对于喷丸后的应力分布存在较大的影响。通过SEM、XRD、残余应力测试等方法，探究了喷丸加磨削工艺对于8Cr4Mo4V钢表层组织结构与残余应力分布的影响。结果表明：随着喷丸强度的提高，残余应力的分布加深，应力影响层的深度最高达到320 μm左右。由于喷丸后材料表面的高应力和高密度位错，马氏体衍射峰产生峰位左偏、半高宽增加、强度降低的现象。基于采用WH理论计算位错密度的方法，给出了表层位错密度分布与残余应力分布的关系。

• GH2132螺栓使用性能研究

  孙昂, 谢凡, 王立东, 蔡正旭,

  研究了国产螺栓的显微组织、抗拉强度、扭矩-预紧力、酸性盐雾腐蚀。结果表明：采用国产GH2132合金制备的螺栓内部无明显缺陷，晶粒尺寸相对均匀，螺纹处晶粒呈现流线型。经过表面涂覆后，预紧力约在15 kN，抗拉强度均在27.9 kN以上，满足设计要求。经过不同时长酸性盐雾试验后，国产材料制备的螺栓表面形貌与进口材料相似，并且螺栓拉伸强度与进口材料相当。