特种能场辅助成形
专题论文汇编
基于温度场优化的电加热辅助纯钛箔微拉深成形仿真分析
狄屹杨;郑秋;胡逸凡;邓磊;针对纯钛箔材在电加热辅助微拉深成形过程中温度分布和应力分布不均的问题，研究了电辅助加热时不同坯料结构和电极位置对微拉深成形的影响。设计了不同坯料结构与电极位置，采用有限元仿真对电加热辅助纯钛箔材微拉深时的温度分布及成形过程分别进行热电耦合与热力耦合动态显示分析，研究了电极位置及个数对坯料电流密度、温度、应力及应变分布的影响。结果表明，增加电极数目与均匀分布电极可以有效改善坯料电流密度与温度分布，均匀分布的温度场降低了微拉深成形时的等效应力，减小了凸模载荷并改善了材料的成形性能。采用6个电极且正负极间隔分布时，微拉深区域温度整体达到300℃,坯料中心与边缘的温度差从初始2个电极坯料的60℃降低为5℃左右，成形时凸凹模圆角处的应力下降约11.2%;凸模载荷降低约12.8%;筒底应变减小44.6%,且圆角处变形均匀性显著提高。
超声冲击处理对TC4钛合金激光焊接头组织调控和性能强化的影响
张强勇;徐育烺;赵先锐;李德印;李战江;林靖宇;徐俊义;针对TC4钛合金激光焊接头存在的应力集中和组织不均匀等典型冶金缺陷，采用表面超声冲击处理(UIT)技术对焊接头进行表面强化处理，旨在通过微观组织重构与残余应力调控提升其服役寿命及可靠性。结果显示：经UIT处理后，焊缝中心及焊趾区域发生明显塑性变形，接头中心高度降低，两端下塌区域的受冲击面积增加且下塌深度减小，焊趾部位趋于平缓。焊缝中心区域表面粗糙度明显降低，但是与冲击覆盖率呈非线性关系。焊缝中心柱状晶在冲击作用下发生晶界滑移与晶粒挤压，致密度提高，表层柱状晶平均尺寸与冲击覆盖率呈负相关。表层形成厚度10～30μm的塑性变形层，变形层内α相出现晶格弯曲及破碎现象。EDS分析证实冲击处理未改变元素分布规律，XRD图谱显示α-Ti衍射峰存在峰位偏移与峰宽增大，未检测到新相生成。UIT后焊缝中心表层的显微硬度提升3.50%～5.40%,作用深度≤1.2 mm。抗拉强度提升较小，断裂位置由母材区转移至焊缝区，断后伸长率显著下降。残余应力场发生重构，原始焊态的拉应力场转化为压应力场，残余压应力幅值与冲击覆盖率呈正相关，双面冲击较单面冲击可增强压应力场强度。
脉冲电流处理影响Ti-6Al-4V合金宏微观行为的温度依赖性
邓锋;徐雪峰;肖洁;范玉斌;袁振刚;黄佳琪;为研究在脉冲电流处理时温度对Ti-6Al-4V合金电效应的影响,在400～800℃温度范围内对比分析了脉冲电流处理和等温热处理后Ti-6Al-4V合金的显微组织和力学性能。结果表明,当温度低于600℃时,脉冲电流对Ti-6Al-4V合金的显微组织几乎无影响;当温度高于700℃时,脉冲电流使Ti-6Al-4V合金发生了α→β相变,脉冲电流促进了新β相的形核和β相晶粒的长大。拉伸试验发现,温度高于600℃时, PECT试样的极限应力低于IT试样的极限应力;在温度为700℃时,相比等温热处理,脉冲电流处理后材料的最大真实应力降低约10%,平均断裂伸长率提高21%。焦耳热效应带来的温度升高是激活电效应的必要条件,温度与脉冲电流在调控Ti-6Al-4V合金微观组织与力学性能方面可能存在协同作用机制,对Ti-6Al-4V合金来说,只有温度高于700℃时,电效应才显著生效进而影响材料的显微组织和力学性能。
装夹位置对铜/铝管磁脉冲辅助半固态钎焊接头氧化层去除及冶金结合的影响
芮正雷;黄尚宇;张佳旺;采用磁脉冲辅助半固态钎焊(MPASSB)方法实现了铜/铝管连接，通过构建电磁-结构-流体多场耦合模型，系统分析了装夹成形与钎焊成形过程中管件的高速塑性变形及钎料剪切流变行为。通过调控装夹位置(0、10和15 mm分别记为H0、H10和H15),探究其对接头连接效果的影响。结果发现：随着装夹位置增高，装夹成形后铝管与钎料间的初始间隙逐渐增大；钎焊成形阶段，管件与钎料的动态相互作用是界面氧化层去除及冶金结合的关键机制。尽管H10及H15工况下的接头压应力及钎料流速均高于H0工况，但H10与H15工况下钎料与管件的传热效率较差，导致界面氧化层去除效果及接头冶金结合质量均明显劣于H0工况。实验结果表明，H0条件下工艺参数最优，其铜侧界面由Al_(4.2)Cu_(3.2)Zn_(0.7)和扩散层组成接头，未形成脆性金属间化合物。力学性能测试表明，接头剪切强度达76.4 MPa,断裂位置位于铜侧界面扩散层处。
脉冲电流占空比对TC4钛合金组织和力学性能的影响
彭文飞;康健;邵熠羽;郑雪梅;为探究提升钛合金力学性能的新途径，开发了脉冲电流处理装置，其可在数秒内使试样温度达到900℃,该技术具有速度快、节能的优势，并开展了不同占空比下脉冲电流处理对TC4钛合金力学性能和微观组织快速改性的研究。与常规固溶处理相比，经不同占空比脉冲电流处理后的试样强度均有不同程度的提升，屈服强度和抗拉强度的最大增幅分别为20.87%和10.86%。采用扫描电子显微镜(SEM)和电子背散射衍射(EBSD)等表征手段发现，脉冲电流的热效应和非热效应相互协同作用促进了TC4钛合金中位错的移动，引发元素扩散、相变以及晶粒尺寸变化。研究结果与分析表明，适当的电脉冲参数能够通过相变和快速晶粒细化，达到改善TC4钛合金的力学性能的目的。
基于外凸型线圈的双板件电磁成形电磁力分布与变形均匀度研究
邱立;陈玉红;陈烁;江进波;曹成;汪仲弘;针对传统双板件电磁成形中金属板件变形均匀度不足的瓶颈问题，创新性地提出基于外凸型线圈的双板件电磁成形方法。选取AA1060铝板为研究对象，通过COMSOL多物理场耦合平台构建外凸型线圈驱动双板件成形的二维轴对称模型，系统分析电磁-力耦合作用机理。外凸型线圈通过增强板件端部区域涡流密度实现轴向电磁力分布的优化调控。仿真结果表明，传统双板件电磁成形时D_z为25.80 mm,采用基于外凸型线圈的双板件电磁成形的D_z为44.28 mm,基于外凸型线圈的均匀区域是传统线圈均匀区域的1.71倍。该新型线圈结构能有效改善双板件成形均匀性，为双板件电磁成形工件质量的提高提供了新的解决方案。
基于新型磁场变换器的板件电磁成形电磁力分布及成形效果研究
邱立;陈烁;方春华;江进波;戴岑;姜晨非;为解决传统电磁成形工艺中金属板件变形均匀性较差的问题，设计了一种基于新型磁场变换器的板件电磁成形方法。该方法将磁场变换器中部区域的导体用绝缘材料替代，使得感应涡流只能在磁场变换器的端面与底面分布，以便更好地控制电磁力实现板件的均匀变形。以AA1060铝板为研究对象，利用COMSOL有限元仿真软件建立了基于新型磁场变换器的板材电磁成形过程电磁-结构耦合模型。仿真结果表明，新型磁场变换器端面上壁与底面上下壁的几何参数变化均能改变感应涡流，进而实现对电磁力的调控。在这一电磁力的加载下，基于新型磁场变换器的板件电磁成形均匀成形范围相较于无磁场变换器提高了1.56倍，相较于传统磁场变换器提高了1.25倍。采用新型磁场变换器能在一定程度上解决了板件电磁成形变形均匀度的问题。
脉冲电流处理AZ31镁合金铸轧板微观组织演化及性能强化机制
邹金超;蔡国峰;张苗苗;张亮亮;张涛;为探明脉冲电流密度对AZ31镁合金铸轧板微观组织演化及性能强化机制的影响，设计了4种电流密度对比实验。结果表明，随着电流密度的增加，镁合金逐渐发生静态再结晶，促进了晶粒细化。然而，过大的电流密度则会导致晶粒长大，降低合金强度。此外，脉冲电流可促使β-Mg_(17)Al_(12)相发生溶解，加速位错滑移启动。在晶粒细化和第二相溶解的交互影响下，30 A·mm~(-2)电流密度处理的AZ31镁合金铸轧板抗拉强度提升了约11.62%,伸长率提升了约87.14%,显微硬度提升了11.66%。脉冲电流参数优化可实现镁合金铸轧板的强塑性协同提升，为制备高性能镁合金铸轧板提供理论依据。
金属电塑性行为差异影响因素研究现状
曹守臻;国生辉;康梦情;张孟非;卫俊鑫;张新龙;王涛;韩建超;首先从统计学的角度剖析了金属电致塑性的学术成果研究现状，分析了该领域2010～2024年研究成果的发文数量、地域、机构、关键词等，剖析了近些年电塑性效应主流的研究热点和研究进展。然后从电处理输入参数和不同材料的响应特性上深入总结了金属的电塑性行为及差异特征，并梳理微观和原子尺度上的热效应、电子风效应和顺磁脱钉效应的作用机制，为电辅助成形技术的研究和应用提供指导。同时，从实验设计、第一性原理计算、仿真模拟3方面总结了现有解耦非热效应方式，以及各研究方法的优势及不足。并从电阻率、层错能、元素扩散等几方面重点介绍了不同晶体结构材料的电塑性变形行为。最后总结并介绍了电塑性效应研究面临的挑战和展望，以期为未来的研究方向提供思路。
电脉冲处理对铸造Ti-6Al-4V合金微观结构和力学性能的影响
夏源渊;李春玲;陈虎;郭嘉海;孙富建;万上;肖罡;针对钛合金铸件具有缩松、锁孔、气孔和晶粒粗大等缺陷的问题，基于电脉冲处理的显著优势，开展了铸造Ti-6Al-4V合金的电脉冲热处理实验，探索了电流密度、电流频率及通电时间等工艺参数对铸造Ti-6Al-4V合金的微观结构和力学性能的影响规律。实验结果表明，电脉冲处理在热效应与非热效应的耦合作用下能够在较低的温度下、极短时间内完成铸造Ti-6Al-4V合金的微观结构调控，细化铸造Ti-6Al-4V合金的晶粒，将等轴组织转化为双态组织或网篮组织。与未经电脉冲处理的铸造Ti-6Al-4V合金相比，工件材料的抗拉强度和屈服强度有所提高，伸长率增加了14.61%,有效改善了铸造Ti-6Al-4V合金的综合力学性能。