专题推荐|太原理工大学王涛教授、韩建超教授“复合材料轧制工艺与装备”
- 2026-03-07 03:31:49
异温轧制厚规格钢/铝/铝合金复合板的短时承热能力研究
李俊全，刘文文*，陈科，史宇杰，张鹏
（太原理工大学 机械工程学院，太原 030024）
摘 要：目的 探明短时热载荷处理对厚规格钢/铝/铝合金复合板界面Fe、Al元素分布和微观组织的影响，从而揭示热载荷对复合板界面结合性能的影响。方法 首先以两道次异温轧制复合法制备出厚度15.32 mm的钢/铝/铝合金复合板，其次采用箱式电阻炉对复合板进行不同温度的短时热载荷处理，最后通过分析复合板界面元素扩散情况、结合性能以及基体组织性能，研究短时热载荷温度参数对厚规格钢/铝/铝合金复合板力学性能和微观组织的影响规律。结果 复合板经不同温度热载荷作用后，Fe、Al元素扩散层厚度未出现明显的差异，均为1.5~1.6 µm，也未生成连续的中间化合物层；随着热载荷温度的升高，复合板的界面剪切和拉脱强度由77 MPa和153 MPa逐渐降低至61 MPa和95 MPa，断裂位置位于中间铝层，均为韧性断裂，而侧弯性能均表现良好，未出现明显缺陷。同时，复合板界面钢侧和铝侧晶粒尺寸也由9.56 µm和4.89 µm逐渐增大至12.54 µm和10.39 µm，复合板铝侧位错密度也随之降低。结论 厚规格钢/铝/铝合金复合板在承受短时热载荷时，结合界面的晶粒尺寸会随着温度的升高而增大，位错密度则是明显降低，这导致复合板的界面剪切和拉脱强度降低。 关键词：钢/铝/铝合金复合板；短时高温；结合性能；侧弯性能
李俊全,刘文文,陈科,等.异温轧制厚规格钢/铝/铝合金复合板的短时承热能力研究[J].精密成形工程,2025,17(7):1-8.LI Junquan,LIU Wenwen,CHEN Ke,et al.Short-time Heat Bearing Capacity of Thick Gauge Steel/Aluminum/Aluminum Composite Plate Rolled at Different Temperature[J].Journal of Netshape Forming Engineering,2025,17(7):1-8.
单道次和多道次轧制对Ti-42Al-9V合金板材组织及其影响研究
唐芃，梁国正，徐小坤，张树志，张新宇，刘日平
（燕山大学材料科学与工程学院，河北秦皇岛 066000）摘 要：目的 对锻态Ti-42Al-9V合金进行单道次和多道次高应变速率轧制，研究2种加工条件下板材的显微组织、变形机理，分析轧制态合金的断裂机理。方法 通过高应变速率轧制技术，探讨了单道次、多道次高应变速率轧制板材的微观组织演变规律和变形机理。结果 Ti-42Al-9V单道次轧制板材主要由针状的β/γ混合组织和块状的α2/γ片层团组成，呈双态组织，在高温下，α相产生了孪晶。多道次板材组织主要由(α/α2+γ)片层团和分布于片层团边界处的残余β相和γ相组成，其组织演化主要与(α/α2+γ)片层团的破碎分解有关，即发生了动态再结晶行为。结论 在单道次高应变速率轧制过程中，块状α相的边界处存在应力集中，容易造成位错堆积，因而动态再结晶往往会优先发生在块状α相的边界处，形成细小的再结晶晶粒。而α2/γ多道次高应变速率轧制板材中的片层团在动态再结晶过程中的变形机制为以下3种方式：片层的球化、孪晶诱发形核、弯曲和扭折。 关键词：Ti-42Al-9V合金；锻造；高应变速率轧制；热处理；显微组织；变形机制
唐芃,梁国正,徐小坤,等.单道次和多道次轧制对Ti-42Al-9V合金板材组织及其影响研究[J].精密成形工程,2025,17(7):9-20.
TANG Peng,LIANG Guozheng,XU Xiaokun,et al.Microstructure of Ti-42Al-9V Alloy Sheets and Impact of Single Pass and Multiple Pass Rolling[J].Journal of Netshape Forming Engineering,2025,17(7):9-20.
42CrMo4/45钢空心层合轴板式波纹楔横轧数值模拟研究
雷海涛1，李子轩1*，束学道1，Pater Zbigniew2
（1.宁波大学机械工程与力学学院，浙江宁波 315211；2.卢布林工业大学机械工程学院，卢布林 20618，波兰）摘 要：目的提高异质金属空心层合轴界面结合强度，实现新能源汽车等领域轴类件的高强度、轻量化与低成本制造。方法提出42CrMo4/45钢空心层合轴板式波纹楔横轧（Flat-corrugated Cross Wedge Rolling）工艺，基于Simufact.forming软件构建数值模拟模型，分析不同层厚比（1.7∶1、1.25∶1和1.08∶1）与轧制温度（1 000、1 100、1 200 ℃）对成形质量的影响。通过对比分析波纹楔横轧与传统横轧的等效塑性应变分布、等效应力分布及模具z轴方向作用力的变化情况，研究波纹楔对层合轴变形行为的影响规律和界面波纹传递机制。结果波纹模具轧制阶段的最大轧制力约70 kN，主模具轧制阶段最大轧制力约290 kN，较传统模具增加约45%；波纹楔的对称分布与渐进楔入使外轴表面形成规律性螺旋波纹，内外轴界面处形成互补波纹结构；在层厚比1.7∶1条件下，外轴在轧制初期即表现出明显且均匀的塑性变形分布，内外轴变形协调性最佳，波纹界面传递效果良好，有效抑制了轧制过程中的椭圆化趋势；在层厚比1.25∶1工况下，层合轴坯变形集中在中间部位，出现"中间突出"现象；在层厚比1.08∶1条件下，当轧制进程达到中期时，内轴呈现出大片区域的高等效应变值，存在界面分离及压扁风险。在温度影响方面，在1 100 ℃工况下45钢内轴的界面法向应力分布均匀且普遍高于45钢的屈服强度，该温度确保了良好的界面结合状态。结论板式波纹楔横轧工艺能够在42CrMo4/45钢空心层合轴形成波纹结合界面，提高轴向抗剪和周向抗扭能力；研究结果为解决传统制备工艺中层合轴界面结合强度不足的问题提供了新思路。关键词：层合轴；板式楔横轧；波纹；数值模拟；界面
雷海涛,李子轩,束学道,等.42CrMo4/45钢空心层合轴板式波纹楔横轧数值模拟研究[J].精密成形工程,2025,17(7):21-30.
LEI Haitao,LI Zixuan,SHU Xuedao,et al.Numerical Simulation on Flat-corrugated Cross Wedge Rolling of 42CrMo4/45 Steel Hollow Laminated Shaft[J].Journal of Netshape Forming Engineering,2025,17(7):21-30.
波纹界面钛/钢复合板热轧制备与界面组织性能研究
刘锦华1，刘鹏2，栾欠欠1，陈泽军1*，夏祥生2，陈强2
（1.重庆大学材料科学与工程学院，重庆 400044；2.中国兵器工业第五九研究所，重庆 400039）摘 要：目的 研究波-平轧制压下率对高强钛/钢复合板界面形貌、微观组织及界面结合强度的影响规律。方法 采用波-平轧制工艺制备不同压下率波纹界面钛/钢复合板，借助SEM、EBSD技术分析钛/钢复合板界面微观组织特征，通过压缩剪切方式测试钛/钢复合板的剪切强度。结果 通过波-平轧制工艺制备的高强钛/钢复合板界面结合良好，Ti-Fe界面处存在元素扩散现象，并形成一定厚度的扩散层。波纹界面典型区域微观组织分析结果表明，波谷承受了更大程度的变形。不同压下率下钛钢两侧界面处微观组织分析结果表明，在TC4钛合金中，α相经过热轧后形成了不同的择优取向分布，具有明显的织构特征，随着压下率的增加，极密度和位错密度逐渐升高；而钢侧极密度和位错密度则逐渐降低。压缩剪切实验结果表明，轧制压下率为44%、54%和64%的钛/钢复合板的剪切强度分别为359、403、442 MPa。结论 波-平轧制压下率的提高可以使界面产生更强烈的塑性变形进而提高了钛/钢复合板的界面结合质量。关键词：钛/钢复合板；波纹界面；轧制复合；微观组织；力学性能
刘锦华, 刘鹏, 栾欠欠, 等. 波纹界面钛/钢复合板热轧制备与界面组织性能研究[J]. 精密成形工程, 2025, 17(7): 31-40. LIU Jinhua, LIU Peng, LUAN Qianqian, et al. Hot Roll Bonding Fabrication and Interfacial Microstructure and Properties of Titanium/Steel Clad Plates with Corrugated Interface[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2025, 17(7): 31-40.
表面处理方式对热轧钢/铝复合板结合强度的影响
郭允畅1，路明昊1，祁梓宸2，任忠凯3，余超1*，肖宏1
（1.燕山大学 国家冷轧板带装备及工艺工程技术研究中心，河北 秦皇岛 066004；2.浙江工业大学 机械工程学院，杭州 310014；3.太原理工大学 金属成形技术与重型装备全国重点实验室，太原 030024）
摘 要：目的 明确常用的2种表面处理方式——砂纸打磨和钢丝刷打磨对热轧复合钢/铝复合板轧后和热处理后结合性能的影响，以及经不同打磨方式制备的复合板在退火后的断裂机理。方法 采用3000#、180#砂纸打磨和钢丝刷打磨的表面处理方式制备钢/铝复合板，对获得的3种复合板进行结合性能测试和微观结构观察，表征复合板退火前后的断口形貌和断裂机理。结果 砂纸打磨制备的粗糙表面可以提高复合板的轧后结合强度，相比之下，砂纸打磨的光滑表面表现出较低的轧后结合强度。但是，砂纸打磨光滑表面的钢/铝复合板在退火后的结合强度迅速提高，退火120 min后，界面形成颗粒状间隔分布的金属间化合物，此时复合板具有最高的结合强度，通过原位拉剪实验观察到颗粒状的金属间化合物可以起到阻碍裂纹扩展和迫使裂纹转向的作用。钢丝刷打磨制备的钢/铝复合板在轧后发生表面加工硬化层脱落的现象，但是在退火后，表面加工硬化层和钢基体重新愈合，复合板呈现较高的结合强度。结论 180#砂纸打磨制备的钢/铝复合板具有较高的轧后结合强度；3000#砂纸打磨制备的钢/铝复合板在热处理后具有优异的结合性能；钢丝刷打磨制备的钢/铝复合板在轧后和热处理后均呈现较高的结合强度。关键词：热轧复合；退火工艺；断口形貌；元素扩散；金属间化合物
郭允畅, 路明昊, 祁梓宸, 等. 表面处理方式对热轧钢/铝复合板结合强度的影响[J]. 精密成形工程, 2025, 17(7): 41-51.GUO Yunchang, LU Minghao, QI Zichen, et al. Influence of Surface Treatment Methods on Bonding Strength of Hot-rolled Steel-aluminum Composite Plates[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2025, 17(7): 41-51.
轧制及热处理工艺对3Cr2NiMo钢特厚板力学性能的影响
孔令熠1，骆宗安1*，冯莹莹1，邬早勤2
（1.东北大学数字钢铁全国重点实验室，沈阳 110819；2.唐山文丰特钢有限公司，河北唐山 063000）摘 要：目的 制备3Cr2NiMo钢特厚板，解决3Cr2NiMo钢在轧制过程中焊缝易开裂、界面强韧性差、轧后硬度不均匀的问题。方法 在对2块3Cr2NiMo钢预热后，采用真空电子束焊接在5×10−2 Pa的真空条件下对其进行组坯封边，再通过不同的轧制工艺将组合坯复合，后续对坯料进行回火热处理以解决硬度不均匀的问题。结果 随着轧制压下率的增大，复合界面处氧化物的尺寸变小，在70%压下率下，界面已无明显氧化物，界面两侧基体组织均为下贝氏体。在630℃下回火3 h随炉冷却后，界面两侧组织较为均匀，复合界面氧化物尺寸有所减小，有助于界面强度的提高。回火后，50%与70%压下率的板坯沿厚度方向的硬度均为28HRC~32 HRC，满足模具行业的使用要求。回火后，70%压下率试样z向拉伸断裂位置未在界面处，出现了颈缩现象，且为韧性断裂，抗拉强度可达971 MPa，延伸率达到22.5%，冶金结合质量较好。结论 70%压下率的轧制工艺及630℃回火3 h后炉冷的冷却方式成功解决了3Cr2NiMo钢界面强韧性差、轧后硬度不均匀的问题。关键词：真空轧制复合；复合界面；热轧；压下率；微观组织
孔令熠, 骆宗安, 冯莹莹, 等. 轧制及热处理工艺对 3Cr2NiMo 钢特厚板力学性能的影响[J]. 精密成形工程, 2025, 17(7): 52-61. KONG Lingyi, LUO Zongan, FENG Yingying, et al. Effect of Rolling and Heat Treatment Process on Mechanical Properties of Extra-thick 3Cr2NiMo Steel Plate[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2025, 17(7): 52-61.
电脉冲诱导下AZ31镁合金动态再结晶与β-Mg17Al12相低温溶解的协同机制影响
高翔宇1，严仁杰1，张涛1，王艳艳2，郭应龙1，邹金超1*
（1.太原科技大学 机械工程学院，太原 030024；2.国网山西送变电工程有限公司，太原 030000）摘 要：目的 探讨了电脉冲处理对轧制态AZ31镁合金显微组织演变及力学性能的影响机制。方法 通过调控电流密度和频率，结合金相观察、XRD分析、力学性能测试及断口形貌表征，揭示了电脉冲处理诱导动态再结晶与β-Mg17Al12相低温溶解的协同作用机理。结果 脉冲电流的焦耳热效应和电子风力协同促进了晶粒的等轴细化，当电流密度为37.5 A/mm2、频率为200 Hz时，晶粒尺寸由轧态的24.59 μm细化至18.65 μm，延伸率提升了133%，抗拉强度仅下降了7.2%。XRD分析结果表明，β相在250℃以下发生非热溶解。究其原因是电子风力驱动Al原子扩散；同时，脉冲电流诱导位错增殖形成的界面缺陷提供了更多的原子扩散通道，加速了β相的溶解。断口形貌从脆韧混合型向全韧性转变，韧窝密度与尺寸随再结晶程度的增加而显著优化。显微硬度测试结果显示，随着电流密度和频率的增大，硬度逐渐下降，该变化趋势与镁合金的再结晶程度和位错密度降低相关。结论 电脉冲处理通过细化组织、溶解脆性相及降低位错密度，使AZ31镁合金的强塑性匹配性得到有效改善，为镁合金短流程精密成形技术提供了理论支持与工艺优化方向。 关键词：AZ31镁合金；电脉冲处理；力学性能；组织演变；位错增殖
高翔宇, 严仁杰, 张涛, 等. 电脉冲诱导下AZ31镁合金动态再结晶与β-Mg17Al12相低温溶解的协同机制影响[J]. 精密成形工程, 2025, 17(7): 62-68.GAO Xiangyu, YAN Renjie, ZHANG Tao, et al. Synergistic Mechanisms of Electropulsing-induced Dynamic Recrystallization and Low-temperature Dissolution of β-Mg17Al12 Phase in AZ31 Magnesium Alloy[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2025, 17(7): 62-68.
