青年π谈

• 铝基复合材料弹性模量研究进展

  胡静怡;高通;刘相法;

  随着高端制造领域对轻质高刚度结构材料需求的持续增长，铝基复合材料因其优异的比强度、导热性和可加工性成为研究焦点。然而，传统铝合金弹性模量较低(约70 GPa)，难以满足高刚度构件的性能要求。为此，研究者通过引入高模量增强相、优化界面结构与组织致密性等策略，致力于改善其弹性响应性能。本文系统综述了近年来铝基复合材料模量提升的研究进展，重点聚焦于增强相设计(陶瓷颗粒、纳米碳材料等)、界面工程(载荷传递机制与残余应力调控)、微观结构调控(粒径、取向、致密度)及制备工艺(粉末冶金、熔体法、增材制造等)的协同作用机理。特别指出，多尺度杂化增强与结构-功能一体化设计正逐步成为实现模量-强度-韧性协同优化的关键路径。最后，本文展望了模量定向调控策略在智能构件及极端环境服役等领域的潜在应用前景。

  2025年12期 v.46;No.405 1147-1158页 [查看摘要][在线阅读][下载 1327K]
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极端服役条件用轻质耐高温部件高通量评价与优化设计

• 基于数据增强与机器学习的电子束熔化增材制造TiAl-4822合金疲劳寿命高精度预测研究

  叶嘉峰;林博超;鲍伊达;陈玮;

  电子束熔化(electron beam melting, EBM)增材制造制备的Ti-48Al-2Cr-2Nb(TiAl-4822)在复杂服役条件下疲劳寿命波动显著，影响工程可靠性。基于包含103个EBM制备Ti Al-4822件的疲劳测试数据，本文结合数据增强与机器学习(层级神经网络、稳健回归)构建高精度疲劳预测模型(整体误差小于20%)。该模型首先使用合成少数类过采样技术(SMOTE)增强并且平衡数据，结合分层神经网络分类模型的判别是否通过疲劳测试(分类准确率达80%)；随后，针对未通过疲劳测试件，采用基于高斯噪声的回归型合成过采样方法(SMOGN)进行数据增强，结合稳健回归与分层神经网络组成的二阶模型进行疲劳寿命的回归预测(R~2达到0.81，平均百分比误差为7.3%)。基于Shapley值的模型可解释性方法(SHAP)分析，加载频率、最大应力、温度及应力幅为主要影响因素。研究建立了适用于小样本条件下的EBM制备的Ti Al-4822服役疲劳寿命预测方法，为该合金在工程服役中的可靠性评估与优化设计提供了可行路径。

  2025年12期 v.46;No.405 1159-1176页 [查看摘要][在线阅读][下载 1817K]
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• 基于同步辐射光源的高温高频原位衍射与成像疲劳试验机及其应用

  郑严;梅金娜;朱斌;李可;蔡振;林贤军;赵万祥;

  同步辐射光源的出现为材料内部细微观表征提供了全新手段，为了将同步辐射光源应用于材料的疲劳研究，一些耦合同步辐射光源的疲劳试验机相继问世，但是这些试验机往往局限于加载频率、试样尺寸和成像表征等。为了解决传统原位疲劳试验机的局限性，本文开发了一种基于同步辐射光源的高温高频原位衍射与成像疲劳试验机，该疲劳试验机通过采用高频疲劳加载模块和超声疲劳加载模块，可实现20～1 000 Hz和(20±0.5) kHz宽频域疲劳加载，在有限机时内可开展低周、高周和超高周疲劳实验。试验机具备常温和高温实验能力，高温模式采用高频感应加热和红外实时温度监测，通过比例积分微分(proportional integral derivative, PID)反馈控制动态调节，可实现400～1 000℃高温实验；适配宽范围尺寸疲劳试样，便于纳入尺度效应对材料性能和行为的影响。基于开发的原位疲劳试验机在上海同步辐射光源(Shanghai synchrotron radiation facility, SSRF)BL16U2线站开展了系列原位衍射、成像及二者的协同实验，结果表明，该原位疲劳试验机具备实现疲劳试验过程中材料内部缺陷的动态表征、材料内部缺陷和裂纹的无损三维形貌表，以及疲劳过程中衍射与成像的多尺度协同表征能力，可为疲劳过程中材料内部损伤演化行为研究提供良好的科研平台。

  2025年12期 v.46;No.405 1177-1185页 [查看摘要][在线阅读][下载 1245K]
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• Ti4822钛铝合金超声疲劳尺寸效应研究

  郑严;梅金娜;朱斌;蔡振;

  通过3种不同尺寸试样(平行段直径2、3和5 mm)的高温超声疲劳试验，研究了Ti4822合金典型服役温度(650℃)下的疲劳尺寸效应，并基于高应力体积理论，提出了Ti4822合金高温超高周疲劳(VHCF)极限的预测方法，分析了Ti4822合金的裂纹萌生起裂机制。研究表明，Ti4822高温VHCF极限受到尺寸效应的影响，疲劳极限随试样平行段直径的增大而减小；提出的Ti4822合金高温VHCF极限预测方法可以预测拟合范围内的疲劳极限，并且可能适用于Ti4822合金其他温度下VHCF极限的预测；Ti4822合金裂纹起裂机制包含非金属夹杂物滑移起裂和晶界滑移起裂两种，裂纹起裂点随应力的减小从试样表面向内部移动。

  2025年12期 v.46;No.405 1186-1193页 [查看摘要][在线阅读][下载 1383K]
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前沿进展

• 选区激光熔化铝硅合金研究进展

  李杭嵘;卜乐;谭永卓;邝海健;盘何毅;万杰;陈豫增;

  选区激光熔化(selective laser melting, SLM)是一种基于粉末床熔融的金属增材制造技术，通过高能激光束逐层扫描金属粉末，实现快速熔化与凝固，最终成形具有复杂几何结构的致密金属零件。该技术凭借数字化设计自由度高、材料利用率优异以及近净成形等特点，在航空航天、生物医疗和汽车制造领域展现出显著优势。铝硅合金作为轻量化结构材料的代表，其低密度、高比强度以及与SLM工艺适配的宽凝固区间特性，使其成为金属增材制造领域的研究热点。然而，SLM成形铝硅合金的力学性能仍存在显著缺陷：其塑性不足(水平方向伸长率约7%，垂直方向约4%)且具有严重的各向异性，难以满足航空航天领域对承力构件高可靠性的要求。本文重点分析了SLM不同体系铝硅合金熔池的动态变化，然后综述了SLM铝硅合金的微观组织特征、力学性能和热处理对力学性能的影响，并对未来铝硅合金的成分改性进行了展望。

  2025年12期 v.46;No.405 1194-1205页 [查看摘要][在线阅读][下载 2637K]
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试验研究

• 金属纳米结构间隙的激光冲击调控研究

  田元;王懋露;陈阳;裴延波;

  金属纳米结构的超小间隙在纳米光电器件中具有重要意义。本文通过分子动力学模拟与试验研究了激光冲击作用下金属纳米结构与铝膜的协同变形过程，揭示了超小线间隙的形成及调整机制。模拟结果表明，激光冲击产生的高应变率变形使金属纳米颗粒发生径向膨胀，同时铝膜在冲击波作用下向纳米间隙流动，形成纳米级突起，阻止纳米颗粒融合，其与金纳米颗粒之间的挤压作用，提供额外的约束力，使金属纳米结构的变形更加均匀，形成稳定超小线间隙。通过调整激光能量和纳米结构参数，可以精确控制间隙尺寸，为金属纳米结构超小间隙的高精度制备提供了理论依据。

  2025年12期 v.46;No.405 1206-1212页 [查看摘要][在线阅读][下载 1209K]
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• Au-Pt合金水冷铜模铸造过程的数值模拟研究

  张清杰;邢辉;胡锐;卢建民;罗冬;付全;刘毅;

  引力波探测计划为观测宇宙提供了全新而有效的途径，有助于揭示宇宙的基本运作规律。本文探究了Au-Pt合金作为空间引力波探测的关键组件——“检验质量”的生产工艺，弥补了Au-Pt合金铸造凝固过程多尺度相关研究成果的匮乏。宏观有限元计算结果表明，在充型初期合金熔体形成强烈对流，后逐渐趋于平稳在模具内形成环流。在凝固过程中铸件的四周和底部区域呈现出较大的温度梯度，而铸件的中心区域温度梯度小，出现了明显的温度分层现象。凝固由底部和四周开始向中心区域推进。在凝固初期，在铸件表面出现一层细晶，凝固向铸件内部推进过程中形成柱状晶区，最终在中心区域形成等轴晶。探究了不同铸造工艺对铸件质量的影响。研究发现，随着浇注温度的升高，气隙与压力逐渐减小，缩松现象得到改善。但当温度提高到一定程度时，其改善效果会变得不明显。浇注速度的变化直接影响合金熔体的动能与动量，低速时对流不显著产生温度分层现象和晶粒异常粗化现象，而适当提高速度则使组织变得更加均匀致密。此外，模具的换热系数决定了铸件的凝固时间、组织形貌及晶粒数目。

  2025年12期 v.46;No.405 1213-1222页 [查看摘要][在线阅读][下载 1931K]
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• SiC颗粒对LPBF成形TiB₂/AlSi10Mg复合材料冶金质量与性能的影响

  耿龙;吴凡;彭艺杰;党铭吉;范伟;谭华;张凤英;林鑫;

  SiC颗粒尺寸与含量对激光粉末床熔融制备的颗粒增强铝基复合材料的冶金质量和力学性能有重要影响。本研究以Ti B_2/Al Si10Mg预合金粉末为基体，通过机械混合引入不同粒径和体积分数(5μm-5%、5μm-10%和20μm-10%）的SiC颗粒。结果表明，SiC含量或尺寸的增加降低了致密化，缩小了工艺窗口。试样的最高致密度分别为99.1%、98.2%和96.9%。过量的SiC或较大的SiC颗粒容易引起气孔、开裂和团聚缺陷，恶化成形质量。5%(体积分数)SiC试样的显微硬度和杨氏模量分别为170 HV和113.8 GPa，而10%(体积分数)SiC试样分别提高至200 HV和130.6 GPa。适度的SiC含量和尺寸有利于实现高致密化和优异的力学性能。

  2025年12期 v.46;No.405 1223-1235页 [查看摘要][在线阅读][下载 2187K]
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今日铸造

• 高性能大型铝合金铸造技术现状及展望

  刘琦;王军;张海涛;殷凤杰;王强;王飞;

  铝合金材料在航空航天领域占据重要地位，且航空航天铸件朝着精密、薄壁轻质化、结构一体化及高性能方向发展。了解并掌握大型铝合金复杂产品制造技术至关重要。铸造工艺在大型复杂薄壁产品领域具有明显优势，本文系统梳理了大型复杂铝合金铸件生产中的瓶颈问题，并归纳了大型铝合金铸件国内外研究现状。从铸件材料、熔体处理、热处理、组织调控及铸造生产装备等方面总结分析了其研究现状，为高性能、高精度大型铝合金铸件的开发及应用提供相应的解决思路。针对未来大型铝合金复杂铸件制造技术的发展，从现有应用材料和新型高强铝合金的角度出发进行了展望。

  2025年12期 v.46;No.405 1236-1248页 [查看摘要][在线阅读][下载 1715K]
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工艺技术

• ZTC4钛合金组合管路熔模铸造工艺优化

  李弘;丁方政;刘云超;高雨龙;刘珍君;孟晓东;

  针对钛合金铸件管路区域易产生疏松缺陷和壁厚不均的情况，分别从增设工艺孔、增加辅浇数量、优化浇道结构等角度对浇注系统进行多轮优化迭代，使用ProCAST数值模拟软件对优化后的浇注系统进行模拟验证。模拟结果显示管路区域冶金质量明显上升，缩孔疏松等空洞类缺陷数量显著降低。除优化浇注系统外，同时从型壳制备工艺、焊接工装等角度对生产工艺进行优化。优化结果显示，管路区域产生疏松缺陷和壁厚不均的概率分别由73%和85%降低到2%和3%，证明模拟结果准确，优化方案有效可行，能够满足实际生产需求。

  2025年12期 v.46;No.405 1249-1257页 [查看摘要][在线阅读][下载 1689K]
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• 2025年《铸造技术》总目次(第46卷)

  <正>~~

  2025年12期 v.46;No.405 1258-1261页 [查看摘要][在线阅读][下载 1688K]
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