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中国有色金属学报 2024年第4期34卷 1052-1070页

作者：伍子纯刘阳李海尊谭振国唐楠宋宇峰刘筱陈宇强湖南科技大学机电工程学院湘潭411201 湖南科技大学高功效轻合金构件成形技术及耐损伤性能评价湖南省工程研究中心湘潭411201 湖南西交智造科技有限公司湘潭411100

相较于传统增强相呈均匀分布的金属基复合材料,网状结构金属基复合材料因其独特的“机械互锁”“位错钉扎”等组织结构特征,具有更优异的室温强度、高温强度、弹性模量和断裂韧性,在航天、航空等领域上具有广泛的应用前景。激光增材制... 详细信息

相较于传统增强相呈均匀分布的金属基复合材料,网状结构金属基复合材料因其独特的“机械互锁”“位错钉扎”等组织结构特征,具有更优异的室温强度、高温强度、弹性模量和断裂韧性,在航天、航空等领域上具有广泛的应用前景。激光增材制造技术可实现对网状结构的精细化调控,为网状结构金属基复合材料的进一步发展提供了新的途径。本文综述了高能量激光束诱导马兰戈尼对流作用下网状结构金属基复合材料的形成机理、影响网状结构形成的因素、不同类型网状结构的显微组织结构特征,分析了网状结构金属基复合材料的多段弯曲断裂、微孔聚集断裂等断裂机制,阐述了在霍尔−佩奇、奥罗万、泰勒、载荷传递等强化机制共同作用下的强化机理,以及独特的增强相贫、富区协同作用下的韧化机理,并对其未来的研究方向进行了展望。

关键词：网状结构激光增材制造金属基复合材料断裂机制强韧化机理

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铝合金挤压铸造扭转复合成形模具-工件界面换热行为

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中国有色金属学报 2023年第8期33卷 2471-2482页

作者：朱必武张达刘筱陈宇强宋宇峰刘文辉李运湘湖南科技大学高功效轻合金构件成形技术及耐损伤性能评价湖南省工程研究中心湘潭411201 湖南科技大学机电工程学院湘潭411201 湖南润泰新能源科技有限公司湘乡411400

挤压铸造扭转复合成形(SQ-T)集挤压铸造(SQ)与扭转成形(T)的优势于一体,可实现铝合金工件的高效成形。为准确描述铝合金SQ-T工艺下的模具-工件界面换热行为并对成形效果进行评估,通过搭建SQ-T实验平台和构建界面换热系数(IHTC)反求模型... 详细信息

挤压铸造扭转复合成形(SQ-T)集挤压铸造(SQ)与扭转成形(T)的优势于一体,可实现铝合金工件的高效成形。为准确描述铝合金SQ-T工艺下的模具-工件界面换热行为并对成形效果进行评估,通过搭建SQ-T实验平台和构建界面换热系数(IHTC)反求模型,求解成形过程中的IHTC,并对IHTC的变化规律、工件成形效果及工件组织性能进行研究。结果表明:反算模型精度较高,96%以上反算结果的相对误差小于10%;在SQ中加入扭转变形后,工件的气孔数量减少、尺寸变小,模具-工件界面换热条件更好;SQ-T实验的IHTC前半段高于SQ实验,最大提升了60%;IHTC的增加使SQ-T实验工件的冷却速度加快,显微组织更加细小均匀,硬度提高了19.3%,动态峰值应力提升了7.6%。

关键词： A356铝合金挤压铸造扭转成形界面换热系数(IHTC) 气孔硬度

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基于动态再结晶−黏塑性自洽模型的A356铝合金高温变形行为

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中国有色金属学报 2023年第7期33卷 2090-2103页

作者：朱必武熊盛开胡铭月刘筱肖罡陈宇强刘文辉湖南科技大学高功效轻合金构件成形技术及耐损伤性能评价湖南省工程研究中心湘潭411201 湖南科技大学机电工程学院湘潭411201 中国汽车工程研究院有限公司重庆401122

以A356铝合金为研究对象,构建动态再结晶(DRX)模型耦合黏塑性自洽(VPSC)模型,研究其在500℃热压缩下的流变应力、织构演变和变形机制。结果表明:构建的模型能较为准确地仿真A356铝合金高温热压缩变形过程中的流变应力和织构演变;高温热... 详细信息

以A356铝合金为研究对象,构建动态再结晶(DRX)模型耦合黏塑性自洽(VPSC)模型,研究其在500℃热压缩下的流变应力、织构演变和变形机制。结果表明:构建的模型能较为准确地仿真A356铝合金高温热压缩变形过程中的流变应力和织构演变;高温热压缩时A356铝合金发生了动态再结晶,对材料起到明显的软化作用,同时弱化了(011)[100]织构组分,但强化了(2ˉ10)[132]织构组分;共晶Si发生的破碎细化消耗了塑性变形功,使晶粒转动角度变小;大部分晶粒形成Goss织构过程中以(111)[011]滑移和(111)[011]滑移为主,形成Brass织构过程中以(111)[101]滑移和(111)[101]滑移为主。

关键词： A356铝合金动态再结晶黏塑性自洽热压缩织构

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热扭转下AZ31镁合金微观组织和力学性能研究

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塑性工程学报 2023年第12期30卷 121-128页

作者：朱必武崔悦刘筱唐昌平肖罡刘文辉湖南科技大学机电工程学院高功效构件成形技术及耐损伤性能评价湖南省工程研究中心湖南湘潭411201 湖南大学重庆研究院重庆401120

为了研究热扭转变形温度对AZ31镁合金微观组织和力学性能的影响,利用TTM103型微机控制电子扭转试验机对挤压态AZ31镁合金棒材进行了25~300℃的热扭转试验。结果表明:在同一变形区域内,随着变形温度的升高,孪晶密度先升高后降低;在变形... 详细信息

为了研究热扭转变形温度对AZ31镁合金微观组织和力学性能的影响,利用TTM103型微机控制电子扭转试验机对挤压态AZ31镁合金棒材进行了25~300℃的热扭转试验。结果表明:在同一变形区域内,随着变形温度的升高,孪晶密度先升高后降低;在变形温度达到250℃时,有动态再结晶产生,之后随变形温度的持续升高,动态再结晶体积分数逐渐增大,抗扭强度逐渐降低,塑性逐渐提高,硬度先增大后减小;在同一变形温度下,扭转边缘区域至中心区域的孪晶密度和动态再结晶体积分数逐渐降低,平均晶粒尺寸逐渐增大,而硬度逐渐减小;热扭转变形在200~300℃下的断裂方式以韧-脆性断裂方式为主,其它温度下以脆性断裂为主。

关键词： AZ31镁合金扭转变形动态再结晶力学性能脆性断裂

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中高应变速率轧制AZ31镁合金板的抗拉强度预测

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中国有色金属学报 2024年第6期34卷 1998-2007页

作者：朱必武蒋昊刘筱郭鹏程魏福安徐从昌李落星湖南科技大学机电工程学院高功效轻合金构件成形技术及耐损伤性能评价湖南省工程研究中心湘潭411201 青海大学部省合建盐湖化工大型系列研究设施西宁810016 湖南大学重庆研究院重庆401135 集美大学海洋装备与机械工程学院厦门361021

本文采集了不同轧制温度、应变速率以及压下量等三个工艺参数下中高应变速率轧制的AZ31镁合金抗拉强度的27组样本,通过惯性权重、学习因子的改进和引入变异操作对PSO-BP神经网络进行改进,并与BP、PSO-BP神经网络对比,进行抗拉强度的预... 详细信息

本文采集了不同轧制温度、应变速率以及压下量等三个工艺参数下中高应变速率轧制的AZ31镁合金抗拉强度的27组样本,通过惯性权重、学习因子的改进和引入变异操作对PSO-BP神经网络进行改进,并与BP、PSO-BP神经网络对比,进行抗拉强度的预测。结果表明:BP神经网络不能预测AZ31镁合金抗拉强度的非线性变化,PSO-BP神经网络和改进的PSO-BP(IPSO-BP)神经网络均能较好地预测AZ31镁合金抗拉强度的非线性变化;这三个模型中IPSO-BP神经网络预测最为准确,相较于PSO-BP神经网络,其平均绝对误差从15.3764降低至3.4288,平均相对误差从5.94%降低至1.32%,均方误差从251.3662降低至20.7199,相关系数从0.7753提高至0.8937;通过Pearson相关性计算判断出应变速率、压下量对抗拉强度的影响均大于轧制温度,而应变速率与抗拉强度呈负相关关系,压下量与抗拉强度呈正相关关系。

关键词： AZ31镁合金神经网络轧制工艺抗拉强度 Pearson相关系数

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基于孪晶强化Johnson-Cook本构宏细观仿真模型的镁合金高速冲击变形机理

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中国有色金属学报 2023年第11期33卷 3650-3661页

作者：刘筱张晓峰谢超刘阳朱必武郭鹏程湖南科技大学机电工程学院湘潭411201 湖南科技大学材料科学与工程学院高功效轻合金构件成形技术及耐损伤性能评价湖南省工程研究中心湘潭411201 宁波大学机械工程与力学学院宁波315211 中南林业科技大学机电工程学院长沙410018

基于孪晶强化Johnson-Cook本构(J-C本构)构建有限元(Finite element method,FEM)耦合黏塑性自洽模型(Visco-plastic self-consistent model,VPSC)宏细观仿真模型,研究预孪晶AZ31镁合金高速冲击过程的力学响应、变形机制和织构演变。结... 详细信息

基于孪晶强化Johnson-Cook本构(J-C本构)构建有限元(Finite element method,FEM)耦合黏塑性自洽模型(Visco-plastic self-consistent model,VPSC)宏细观仿真模型,研究预孪晶AZ31镁合金高速冲击过程的力学响应、变形机制和织构演变。结果表明:基于孪晶强化的J-C本构构建的宏细观仿真模型更能准确地预测高速冲击过程中次要变形机制及织构组分;引入孪晶强化的J-C本构不会对主要变形机制产生影响,主要影响次要变形机制;在次要变形机制中,棱柱面滑移活性的变化影响基面滑移的汇聚效应与锥面〈c+a〉滑移的分离效应之间的竞争关系,导致织构的组分和极密度发生变化。该宏细观仿真模型的构建,为研究高速冲击过程中潜在的变形机理提供了参考。

关键词： AZ31镁合金孪晶强化 Johnson-Cook本构织构宏细观仿真高速冲击

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T9I6热处理对2519A铝合金厚板厚向组织与性能的影响

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中国有色金属学报 2022年第12期32卷 3589-3598页

作者：刘文辉岳小明曹平宋宇峰陈宇强赵晨冰肖明月湖南科技大学机电工程学院湘潭411201 湖南科技大学高功效轻合金构件成形技术及耐损伤性能评价湖南省工程研究中心湘潭411201 江麓机电集团有限公司湘潭411100

采用扫描电镜、透射电镜、室温拉伸测试及疲劳性能测试等方法,研究T87和T9I6断续时效处理对51 mm厚2519A铝合金厚板厚向组织与性能的影响。结果表明:经T9I6断续时效处理后,2519A铝合金晶粒组织和析出相沿厚度方向分布不均匀。从表层到... 详细信息

采用扫描电镜、透射电镜、室温拉伸测试及疲劳性能测试等方法,研究T87和T9I6断续时效处理对51 mm厚2519A铝合金厚板厚向组织与性能的影响。结果表明:经T9I6断续时效处理后,2519A铝合金晶粒组织和析出相沿厚度方向分布不均匀。从表层到中间层,随着晶粒长径比的增加,粗大第二相和未固溶相体积分数也随之变大,时效析出相的体积分数随之降低;与T87态合金相比,2519A-T9I6合金晶内析出相的体积分数更大,且分布更均匀,其厚向屈服强度与抗拉强度较T87态分别提高50 MPa和90 MPa。同时,由于预时效处理后的中间层相对较软,故冷轧变形能够深入中间层,在加工硬化以及析出强化的共同作用下,T9I6合金厚向硬度整体提高,硬度不均匀性降低。在相同疲劳加载条件下,T9I6态厚向的疲劳寿命更高,疲劳极限较T87态提高了21 MPa。

关键词： 2519A铝合金厚板断续时效微观组织力学性能

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具有细晶/混晶交替分布组织特征的AZ31镁合金轧板拉伸变形行为仿真

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中国有色金属学报 2024年第10期34卷 3339-3351页

作者：朱必武胡碧波刘筱魏福安刘文辉徐从昌李落星湖南科技大学机电工程学院高功效轻合金构件成形技术及耐损伤性能评价湖南省工程研究中心湘潭411201 青海大学部省合建盐湖化工大型系列研究设施西宁810016 湖南大学重庆研究院重庆401135

通过中等应变速率轧制获取细晶区和混晶区交替分布的AZ31镁合金轧制板材,构建不同组织特征的黏塑性自洽(VPSC)模型,预测板材在室温拉伸下的变形机制、织构演变和力学响应,研究细晶区与混晶区对塑性变形的贡献。结果表明:经410℃、平均... 详细信息

通过中等应变速率轧制获取细晶区和混晶区交替分布的AZ31镁合金轧制板材,构建不同组织特征的黏塑性自洽(VPSC)模型,预测板材在室温拉伸下的变形机制、织构演变和力学响应,研究细晶区与混晶区对塑性变形的贡献。结果表明:经410℃、平均应变速率1.9 s^(-1)、4.8 s^(-1)和7.8 s^(-1)制备的轧制板材中细晶区与混晶区呈现板织构特征,细晶区织构组分相较于混晶区更接近ND方向;随着轧制平均应变速率的增加,板材的细晶区与混晶区的织构组分差异逐渐减小。在室温拉伸塑性变形初期阶段,轧制板材的主要变形机制是基面滑移,次要变形机制是棱柱面滑移和锥面滑移,而拉伸孪生几乎不开启。压缩孪生启动时,部分晶粒向TD方向偏转56°,形成TD方向的织构组分。棱柱面滑移活性的降低,有利于增强锥面滑移的分离效应,促使ND方向织构极密度降低和双峰织构形成。轧制板材在拉伸过程中,由于细晶区的织构组分相较于混晶区更接近ND方向,使得在拉伸过程中细晶区相较于混晶区的基面滑移开启较少,非基面滑移开启较多,促使拉伸变形的过程中细晶区起强化作用,混晶区起弱化作用。织构组分差异逐渐减小,使得细晶区与混晶区的变形机制活性趋于一致,促使其在拉伸过程中对抗拉强度贡献也逐渐趋于一致。

关键词： AZ31镁合金黏塑性自洽模型细晶混晶变形机理织构

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基于改进PSO-BP神经网络预测中高应变速率轧制AZ31镁合金板的抗拉强度

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中国有色金属学报 2024年

作者：朱必武蒋昊刘筱郭鹏程魏福安徐从昌李落星湖南科技大学机电工程学院高功效轻合金构件成形技术及耐损伤性能评价湖南省工程研究中心广东海洋大学材料科学与工程学院湖南大学重庆研究院青海大学部省合建盐湖化工大型系列研究设施

本文采集了不同轧制温度、应变速率以及压下量三个工艺参数下中高应变速率轧制的AZ31镁合金抗拉强度的27组样本，通过惯性权重、学习因子的改进和引入变异操作对PSO-BP神经网络进行改进，并对比BP、PSO-BP神经网络，进行抗拉强度的预测... 详细信息

本文采集了不同轧制温度、应变速率以及压下量三个工艺参数下中高应变速率轧制的AZ31镁合金抗拉强度的27组样本，通过惯性权重、学习因子的改进和引入变异操作对PSO-BP神经网络进行改进，并对比BP、PSO-BP神经网络，进行抗拉强度的预测。结果表明：BP神经网络不能预测AZ31镁合金抗拉强度的非线性变化，PSO-BP神经网络和改进的PSO-BP(IPSO-BP)神经网络均能较好地预测AZ31镁合金抗拉强度的非线性变化；这三个模型中IPSO-BP神经网络预测最为准确，相较于PSO-BP神经网络，其测绝对误差从15.3764降低至3.4288，平均绝对相对误差从5.94%降低至1.32%，均方误差从251.3662降低至20.7199，相关系数从0.7753提高至0.8937；通过Pearson相关性计算判断出应变速率、压下量对抗拉强度的影响均大于轧制温度，而应变速率与抗拉强度为负相关，压下量与抗拉强度为正相关。

关键词：神经网络 AZ31镁合金轧制工艺抗拉强度 Pearson相关系数

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动态冲击载荷对7A52铝合金焊接接头组织和力学性能的影响

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塑性工程学报 2022年第11期29卷 200-208页

作者：杨兵罗忠宇黄浩刘文辉刘子聪肖明月江麓机电集团有限公司湖南湘潭411100 湖南科技大学机电工程学院湖南湘潭411201 湖南科技大学高功效轻合金构件成形技术及耐损伤性能评价湖南省工程研究中心湖南湘潭411201

利用霍普金森压杆对7A52铝合金焊接接头进行了不同温度(-80~300℃)和应变速率(2600~4600 s^(-1))下的冲击实验,研究了动态冲击载荷下的7A52铝合金焊接接头的组织和力学性能。结果表明,在常温下,焊接接头不同区域发生了不均匀塑性变形,... 详细信息

利用霍普金森压杆对7A52铝合金焊接接头进行了不同温度(-80~300℃)和应变速率(2600~4600 s^(-1))下的冲击实验,研究了动态冲击载荷下的7A52铝合金焊接接头的组织和力学性能。结果表明,在常温下,焊接接头不同区域发生了不均匀塑性变形,铸态组织的焊缝区在动态冲击过程中发生了均匀的塑性变形。母材区塑性较差,当应变速率为4600 s^(-1)时,发生断裂失效。过渡区(熔合区附近焊缝与母材结合处)组织差异大,容易产生绝热剪切带。随着冲击温度的升高,焊接接头不同区域的非均匀变形减小,当温度为300℃时,母材区组织以形变带为主,焊缝与母材均发生了动态回复和动态再结晶。而随着冲击温度的降低,焊接接头强度增加,塑性变差,在-80℃、4600 s^(-1)的冲击条件下,过渡区产生裂纹。

关键词： 7A52铝合金焊接接头力学性能微观组织绝热剪切带

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