电塑性及电流辅助成形研究动态及展望

航空航天等领域对高性能、轻量化和高功效构件精确成形成性的要求,迫切需要发掘和提高难变形材料的成形潜力。金属等材料在电流辅助加载时塑性提高和变形抗力降低的电塑性效应（EPE）,与传统塑性加工技术相结合发展出的电流辅助成形（EAF）工艺,可望大幅提高材料成形极限和成形质量,是实现难变形材料难成形结构精确成形制造的极具前景的技术。基于EPE测试表征方法的研究进展分析,综述了焦耳热效应、电子风效应及磁效应等EPE作用机理的研究动态,从回复、再结晶、相变及缺陷修复等方面,分析总结了电流处理对材料微观组织和性能的影响规律和作用机制,进而讨论了电塑性拔丝、轧制及微成形等EPE用于成形过程的EAF研究进展。基于上述研究动态分析,总结提出了电塑性机理方面尚待解决的科学难题、EPE驱动EAF工艺创新及工业化应用所面临的技术挑战。     

振动辅助塑性成形机理及应用研究进展

振动辅助塑性成形相比于传统工艺,能够减小成形载荷、提高材料成形性能、改善零件表面质量,是一种先进且具有广阔应用前景的塑性成形工艺,近些年相关研究取得了较大进展。介绍了振动辅助塑性成形效应及相关机理研究工作,阐述了振动辅助塑性本构模型及数值模拟技术的研究进展,并对振动辅助塑性成形工艺、超声振动和低频振动装置进行了综述,最后探讨了振动辅助塑性成形机理及应用中存在的问题及发展趋势。     

“中—日塑性加工学术座谈会”即将举行

为加强中国和日本在塑性加工领域的学术交流,两国有关学会商定今年10月中旬在北京举行超塑技术学术座谈会,会期为4天。 鈑压学会已发出征文通知,内容包括超塑及冷鈑用材料,材料预处理技术,塑性变形力学,模具结构及材料,润滑,成形过程及应用,国际动向及发展前景等。     

O相合金Ti2AlNb的超塑性研究进展

以O相为基础的Ti2AlNb合金具有高的比强度、比刚度以及良好的高温蠕变性能和抗氧化性能,己经成为最具潜力的航空航天高温结构材料.在其实用化进程中,超塑成形是该材料成形加工形成制件的理想工艺.本文综述了Ti2AlNb基合金材料超塑性研究的最新进展,对其超塑变形中的组织特征和变形机制进行了详细讨论.最后,展望了Ti2AlNb基合金超塑性加工未来的发展趋势.     

30CrMnSiA钢连接座超塑性等温精锻技术的研究

 <正> 超塑性等温锻造作为新工艺自70年代以来,已在航空航天、机械电子、轻工行业等得到推广应用。长时间内,国内主要在钛合金、铝合金等工业材料上开展了成形研究和应用。本文则对高强度30CrMnSiA钢连接座件进行了超塑性等温成形工艺试验,并在钢的超细化预处理和变形中组织结构变化等研究的基础上进行成形工艺的研究。     

超塑性工业应用展望

目前，超塑性和超塑成形（ＳＰＦ）在航空航天方面的应用主要是采用压力成形技术成形少数几种板料。作者通过对ＳＰＦ应用现状及经济性等方面的综合分析，指出今后采用多种材料、多种成形方法以及拓宽应用领域的可能性。     

管路构件塑性变形连接技术研究进展及挑战

管路构件被广泛应用于航空航天等领域各类先进装备的介质传输构件与结构件，是起着“血管类”生命控制线作用的一类量大面广的关键构件，一般在整个装备中工作环境最为复杂、可靠性要求最为苛刻。各类管路构件的可靠性连接是确保其服役安全性与稳定性的瓶颈问题。管路构件塑性变形连接技术具有连接强度大、可靠性高、连接工艺过程高效环保等优点，已被广泛应用于各类管路构件的连接工艺。然而，随着各类先进装备对长寿命、高功效、轻量化和高可靠性要求的进一步提升，管路构件连接技术正面临新挑战。从接头塑性成形、装配工艺与服役性能等3方面综述了管路构件塑性连接的最新研究进展；结合工艺特点与服役性能，对比分析了几种主要连接结构的工艺过程和服役性能的差异；通过对上述研究进行动态分析，总结提出了管路构件塑性连接技术的发展趋势与所面临的技术挑战。     

齿轮滚轧成形技术及其研究进展

齿轮滚轧成形技术是一种结合齿轮锻造成形优势和轧制技术特点的齿轮塑性成形新工艺.对齿轮滚轧成形技术的基本原理和特点进行了简要介绍,对国内外有关齿轮滚轧成形技术的研究现状进行了综述,重点从工艺基础理论、数值模拟分析以及试验研究等方面给出了当前齿轮滚轧成形技术面临的主要问题,并据此提出了未来齿轮滚轧成形技术研究发展的若干建议.     

激光加热辅助切削加工技术研究进展

综述近年来激光加热辅助切削加工技术的研究进展。在实验研究方面,总结了激光加热辅助车削、铣削、钻削、磨削等不同工艺过程的加工特点,阐述了激光参数和切削参数对加工质量的影响。研究表明:在一定范围内,适当提高激光功率、降低切削速率、减小进给量有利于切削区材料的充分软化,可改善工件材料的切削加工性,提高加工效率和加工质量。目前,激光加热辅助切削加工仿真研究主要集中在切削温度场与切削过程仿真。通过建立温度场模型,可预测材料去除最优温度范围,优化加工工艺参数。切削过程仿真探讨应力、应变、温度等物理量的影响,为实际加工中控制零件表面质量提供了依据。后续工作应进一步加强在加工机理、加工工艺、仿真优化等方面的研究,建立完善的激光加热辅助切削加工数据库,以促进该技术的工业应用。     

超塑性研究和应用新发展

介绍了先进材料超塑性研究和商业应用方面的最新进展,评述了国际超塑性技术的发展方向。     

超高温NiAl合金锥形薄壳件制备成形一体化新工艺

针对NiAl合金板坯制备及板坯成形锥形薄壳件存在的材料流动及组织性能控制困难的问题,提出了一种制备成形一体化新工艺。该工艺是将塑性成形和反应合成在同一工步中,即先将Ni/Al叠层箔置于模具中进行塑性成形,随后对成形的Ni/Al叠层箔原位加热加压反应合成NiAl合金薄壳件。采用三维扫描仪及Geomagic Studio/Qualify对锥形薄壳件的形状精度进行了分析,采用扫描电子显微镜( Scanning Electron Microscope, SEM )和电子背散射衍射( Electron Backscatter Diffraction, EBSD )技术对其微观组织进行了表征,并对构件的高温力学性能进行了测试。结果表明,采用该新工艺制备的锥形薄壳件成形效果良好,整体型面偏差尺寸在±0.1 mm以内;构件沿轴截面壁厚平均偏差为0.012 mm,沿横截面壁厚平均偏差为0.072 mm,构件轴截面壁厚分布均匀性及组织成分均匀性高于横截面。构件高温力学性能稳定,1000 °C时平均屈服强度为77.8 MPa,平均抗拉强度为82.6 MPa。NiAl合金构件的微观晶粒形貌与Ni箔的初始热处理状态及Ni/Al箔的初始厚度有关,未退火的Ni箔将延缓粗晶区晶粒的长大,减小初始箔材厚度可实现晶粒的进一步细化。     

Plastic wrinkling prediction in thin-walled part forming process:A review

The precision forming of thin-walled components has been urgently needed in aviation and aerospace field. However, the wrinkling induced by the compressive instability is one of the major defects in thin-walled part forming. The initiation and growth of the wrinkles are interac-tively affected by many factors such as stress states, mechanical properties of the material, geometry of the workpiece and boundary conditions. Especially when the forming process involves compli-cated boundary conditions such as multi-dies constrains, the perturbation of clearances between workpiece and dies and the contact conditions changing in time and space, etc., the predication of the wrinkling is further complicated. In this paper, the current prediction methods were summa-rized including the static equilibrium method, the energy method, the initial imperfection method, the eigenvalue buckling analysis method, the static-implicit finite element method and the dynamic-explicit finite element method. Then, a systematical comparison and summary of these methods in terms of their advantages and limitations are presented. By using a combination of explicit FE method, initial imperfection and energy conservation, a hybrid method is recommended to predict plastic wrinkling in thin-walled part forming. Finally, considering the urgent requirements of com-plex thin-walled structures’ part in aviation and aerospace field, the trends and challenges in wrin-kling prediction under complicated boundary conditions are presented.     

剧烈塑性变形对钛合金热氧化的影响

钛合金热氧化通过在表面形成氧化层和氧扩散层改善其综合性能。热氧化前对钛合金进行剧烈塑性变形可以引入高密度晶界、位错、孪晶界等晶体缺陷及高畸变能,能够促进氧原子吸附、降低氧化物形核温度、加速氧化膜生长并促进氧原子向基体内的扩散,形成更厚、更致密的氧化层和更深的氧扩散区,获得更好的性能。本文对剧烈塑性变形钛合金的热氧化进行综述。首先,介绍了几种常见的剧烈塑性变形方法,总结了钛合金剧烈塑性变形和热氧化复合处理的工艺情况和处理效果。然后,根据氧化物形成的一般过程阐述了剧烈塑性变形引起的微观结构变化对氧原子吸附、氧化物形核、氧化膜形成、氧化膜增厚和氧扩散区形成的影响机理。最后,总结了剧烈塑性变形对氧化膜厚度、氧扩散区范围和氧化物形貌等热氧化微观结构及硬度、摩擦磨损等力学性能的影响,指出了当前研究中存在的问题,并展望了未来的研究方向。     

Advances and trends in plastic forming technologies for welded tubes

With the implementation of environmental protection, sustainable development and conservation-oriented policies, components and parts of thin-walled welded tubes have gained increasing application in the aircraft and automotive industries because of their advantages: easily achieving forming and manufacturing process at low cost and in a short time. The current research on welded tube plastic forming is mainly concentrated on tube internal high-pressure forming, tube bending forming, and tube spinning forming. The focuses are on the material properties and characterization of welded tubes, finite element modeling for welded tube forming, and inhomogeneous deformation behavior and the mechanism and rules of deformation coordination in welded tube plastic forming. This paper summarizes the research progress in welded tube plastic forming from these aspects. Finally, with a focus on the urgent demand of the aviation, aerospace and automotive industries for high-strength and light-weight tubes, this paper discusses the development trends and challenges in the theory and technology of welded tube plastic forming in the future. Among them,laser tailor-welded technology will find application in the manufacture of high-strength steel tubes.Tube-end forming technology, such as tube flaring and flanging technology, will expand its application in welded tubes. Therefore, future studies will focus on the FE modeling regarding how to consider effects of welding on residual stresses, welding distortions and microstructure, the inhomogeneous deformation and coordination mechanism of the plastic forming process of tailor-welded tubes, and some end-forming processes of welded tubes, and more comprehensive research on the forming mechanism and limit of welded tubes.     

电场均匀化对 2091Al-Li 合金的显微组织及力学性能的影响

 应用扫描电镜（SEM）及电子探针（EPMA）研究了强电场作用下Al-Li合金的均匀化过程。实验结果表明，强电场加速了2091Al-Li合金的均匀化过程，但是随着电场作用时间的增加，发生了镁、铜原子的上坡扩散，导致镁、铜原子的非平衡偏聚。因此，电场及非电场的联合处理方法是一个有效的均匀化处理制度。同时，还研究了强电场均匀化对显微组织及力学性能的影响，发现强电场均匀化促进T1相的形核，抑制δ‘和S’相析出，提高了Al-Li合金的屈强比。     

自激励式电磁铆接放电电流分析

电磁铆接是一种将电磁能转化为机械能的铆接工艺。传统感应式低电压电磁铆接存在能量利用率低、难以解决高强度大直径铆钉和难成形材料铆钉的铆接等问题。基于自激励式电磁铆接技术,建立放电电流分析模型,通过数值分析与工艺试验探讨自激励式电磁铆接进行大直径铆钉成形的可行性。研究结果表明建立的电磁铆接放电电流分析模型可实现传统感应式和自激励式电磁铆接放电电流分析,分析结果与试验吻合较好;放电能量相同时,自激励式电磁铆接的涡流斥力峰值要远大于感应式的涡流斥力,能有效提高能量利用率,是实现大直径铆钉成形的有效方式;在放电电压为320V时,自激励式电磁铆接可实现直径为10mm的45号钢铆钉的成形,其变形以绝热剪切的方式进行。     

高温气体效应对高超声速磁流体控制的影响

高温气体效应会严重影响高温气体流场的流动特性，进而影响高超声速磁流体控制效率。基于低磁雷诺数假设，通过耦合求解带电磁源项的三维Navier-Stokes流场控制方程和电场泊松方程，开展完全气体模型、平衡气体模型、化学非平衡气体模型、热化学非平衡气体模型等条件下的高超声速磁流体控制数值模拟，分析气体模型对磁流体控制的影响，研究高温气体各种非平衡效应及焦耳热振动能量配比等对高超声速磁流体控制的影响规律。研究表明：化学非平衡效应对高超声速磁流体控制影响显著，采用化学非平衡气体模型模拟得到的磁控增阻特性介于完全气体模型和平衡气体模型之间，平衡气体和完全气体模型磁控热流变化的定性规律，与非平衡气体模型模拟结果差异很大；热力学非平衡效应对高超声速磁流体控制的影响，与焦耳热振动能量作用比率紧密相关，随该配比增大，磁场增阻效果由67%降到约12%；高温气体效应会极大地降低磁控增阻效果，会明显地增强部分表面区域的磁控热流减缓效果，要准确数值模拟高超声速磁流体控制，必须有效地考虑化学和热力学非平衡效应，同时选用接近实际情况的焦耳热振动能量配比。     

浇注温度对1种新型铸造镍基高温合金组织和拉伸性能的影响

为分析浇注温度与合金的组织结构和力学性能之间的变化关系,通过改变浇注温度获得不同枝晶组织试样,采用金相显微镜和扫描电镜来观察和分析合金的组织结构,结合拉伸性能测试研究了合金的组织结构对拉伸性能的影响。结果表明：降低浇注温度使γ＇相和碳化物得到细化;降低浇注温度提高了合金的拉伸强度,并改善了塑性。     

高密度脉冲电流对SiCp/Al板材裂纹的修复作用

针对SiCp/Al材料塑性低、容易产生裂纹的缺陷,研究了高密度脉冲电流对SiCp/Al板材裂纹的修复作用。采用室温拉伸方法预制裂纹,在扫描电子显微镜(SEM)下标定裂纹后,对试样进行脉冲电流(电流密度为31.25A/mm~2)处理,对比分析脉冲电流处理前后裂纹形貌,测试电流处理对含裂纹试样力学性能的影响。结果显示,脉冲电流处理后,试样表面尺寸较小的裂纹直接被焊合,尺寸较大的裂纹宽度减小并且尖端出现了熔化现象;对比试样脉冲电流处理前后的延伸率发现,脉冲电流处理可以使试样预变形后的延伸率提高38%。采用电-热-力耦合的数值分析方法求得通电后SiCp/Al板材裂纹附近的电流场、温度场和应力场,并进行了脉冲电流处理对裂纹修复的机理分析,为脉冲电流修复技术的应用奠定理论基础。