【基金標(biāo)書】2010CB731700-航空航天用高性能輕合金大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)件制造的基礎(chǔ)研究

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項(xiàng)目名稱： 航空航天用高性能輕合金大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)件制造的基礎(chǔ)研究首席科學(xué)家： 李曉謙 中南大學(xué)起止年限： 2010 年 1 月-2014 年 8 月依托部門： 湖南省科技廳一、研究內(nèi)容圍繞科學(xué)問題 1---大型復(fù)雜構(gòu)件非均勻塑變成形的熱力耦合與晶體缺陷組態(tài)演變， 結(jié)合鋁合金整體 鍛造成形、 鈦合金局部加 載成形的不均勻塑性變形與微觀組織、性能演變的特點(diǎn)，展開以下研究：① 鈦 合金、超強(qiáng)鋁合金鍛造成形溫度場－應(yīng)變場－應(yīng)變速度場與第二相對(duì)回復(fù)和晶界結(jié)構(gòu)的協(xié)同調(diào)控：研究鍛造成形溫度場－應(yīng)變場－應(yīng)變速度場與第二相對(duì)晶體缺陷組態(tài)（亞結(jié)構(gòu)）分布及其回復(fù)過程的影響規(guī)律，研究嚴(yán)重不均勻塑性變形條件下晶體缺陷增殖與湮滅、組態(tài)重構(gòu)、發(fā)展晶體缺陷密度均勻化方法，擴(kuò)大成形與組織調(diào) 控的過程窗口， 研究材料宏觀變形本構(gòu)關(guān)系與微觀組織演化耦合模型，為實(shí)現(xiàn)鍛件性能最優(yōu)化奠定基體組織基礎(chǔ)。② 復(fù)雜 構(gòu)件等溫/變溫鍛造成形與缺陷抑制：研究復(fù)雜構(gòu)件等/變溫模鍛變形抗力與變形條件和缺陷組態(tài)及其回復(fù)的關(guān)系，確立低變形抗力的等/變溫模鍛熱力條件；研究變形參數(shù)、 潤滑條件、模具 結(jié)構(gòu)對(duì)鍛 造過程金屬流變特性與流線形態(tài)的影響規(guī)律，發(fā)展抑制鍛造過程組織缺陷（流線紊亂、渦流、折疊等）的調(diào)控方法。研究模鍛過程材料在復(fù)雜型腔中的充填流變特性，研究復(fù)雜型腔不同部位及其潤滑狀態(tài)對(duì)模鍛件流線形態(tài)、表面質(zhì)量、成形精度、殘余內(nèi) 應(yīng)力的影響，發(fā)展復(fù)雜構(gòu)件等溫 /變溫模鍛工藝的設(shè)計(jì)方法與準(zhǔn) 則。③ 成形鍛件固溶時(shí)效中晶界與析出相演變及其作用：研究回復(fù)狀態(tài)鍛件固溶過程中第二相對(duì)形變回復(fù)亞晶組織和小角晶界的穩(wěn)定化作用，發(fā)展逐步升溫固溶穩(wěn)定微取向回復(fù)組織抑制再結(jié)晶的方法。研究回復(fù)狀態(tài)鍛件時(shí)效納米強(qiáng)化相晶內(nèi)晶界析出特征及調(diào)控方法，研究斷裂疲勞腐蝕性能與鍛造成形組織晶界結(jié)構(gòu)的關(guān)系，揭示 組織強(qiáng)韌耐蝕作用機(jī)理；研究大型鍛件殘余內(nèi)應(yīng)力對(duì)材料斷裂韌性、疲勞與腐蝕性能的影響規(guī)律及調(diào)控方法，突破大型復(fù)雜鍛件的綜合性能。④ 局部加載不同變形區(qū)及過渡區(qū)不均勻協(xié)調(diào)變形機(jī)理與調(diào)控機(jī)理：研究揭示多模具、多參數(shù)、多場作用下大型復(fù)雜構(gòu)件局部加 載成形多因素耦合下不同變形區(qū)之間及過渡區(qū)材料的流動(dòng)、分流、填充等行 為和規(guī)律；研究局部加載成形過程中不均勻變形協(xié)調(diào)的主要因素和影響機(jī)制；研究多場耦合作用下預(yù)成形毛坯優(yōu)化設(shè)計(jì)與多道次變形之間的耦合作用；建立等溫局部加載方式等多因素耦合與不均勻變形協(xié)調(diào)及成形缺陷的關(guān)聯(lián)關(guān)系，并揭示局部加載方式等多參數(shù)對(duì)其的影響規(guī)律；獲得基于局部加載條件控制的不同加載區(qū)及過渡區(qū)不均勻變形協(xié)調(diào)精確成形的機(jī)制與調(diào)控技術(shù)。⑤ 基于多尺度、全 過程建模仿真的大型整體構(gòu)件局部加載成形全過程及模具優(yōu)化設(shè)計(jì)與精確控制：研究局部加載精確塑性成形過程與構(gòu)件性能預(yù)測的多尺度建模和仿真方法，研究大型復(fù)雜整體構(gòu)件局部加載成形過程、模具和參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)及其反問題，研究通過改變局部加載方式、加載條件及其多因素的耦合控制材料流動(dòng)、不均勻 變形協(xié)調(diào)及組織演化，揭示不同局部加載條件下工藝—變形—組織—性能的關(guān)聯(lián)關(guān)系；以控制與提高成形精度和組織性能為目標(biāo)，建立大型復(fù)雜整體構(gòu)件局部加載成形過程及模具優(yōu)化設(shè)計(jì)與精確控制的理論與方法，為實(shí)現(xiàn)輕合金大型復(fù) 雜構(gòu)件局部加載精確“ 成形”和“成性” 的一體化制造奠定基礎(chǔ)。圍繞科學(xué)問題2---構(gòu)件成形的應(yīng)力弛豫作用與界面微結(jié)構(gòu)演變與控制展開以下3個(gè)方面的研究：（1）復(fù)合能場蠕變成形及納米強(qiáng)化相析出狀態(tài)調(diào)控 ① 蠕變時(shí)效成形復(fù)雜整體構(gòu)件形狀精度的形成與調(diào)控：針對(duì)典型鋁合金曲面整體壁板構(gòu)件的成形，以構(gòu)件材料的蠕變時(shí)效本構(gòu)關(guān)系為基礎(chǔ)，研究蠕變時(shí)效成形的構(gòu)件幾何特征對(duì)回彈量的影響機(jī)理，研究蠕變時(shí)效的彈－塑性轉(zhuǎn)變對(duì)構(gòu)件回彈量的影響機(jī)理；揭示構(gòu)件成形精度與多能場作用參數(shù)間的映射規(guī)律，建立基于構(gòu)件成形操作特性（坯料特征，約束條件、工裝結(jié)構(gòu)、以及加載方式、成形溫度/時(shí)間等工藝 參數(shù)等）的回彈預(yù)測模型與 計(jì)算方法，為確定成形過程操作精度控制的容差范圍和制造誤差補(bǔ)償量提供依據(jù)。綜合考慮局部增強(qiáng)構(gòu)件提高整體構(gòu)件使役性能的基本原理，建立復(fù)雜整體壁板構(gòu)件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，提高構(gòu)件的強(qiáng)度、剛度和耐久性/損傷容限，確保大弧度壁板的彎曲與局部增強(qiáng)構(gòu)件的適應(yīng)性成形的協(xié)同進(jìn)行，將蠕變成形構(gòu)件的回彈量最小化。② 高 強(qiáng)鋁合金蠕變時(shí)效成形相變/形變行為的交互影響：針對(duì)高強(qiáng)鋁合金構(gòu)件蠕變時(shí)效成形過程的加載能場特點(diǎn)、蠕變成形的變形程度、滿足宏觀成形條件下的微結(jié)構(gòu)狀態(tài)，研究蠕 變時(shí)效成形的熱/力條件 對(duì)壁板構(gòu)件所用的典型鋁合金強(qiáng)化相析出行為的影響機(jī)理，研究典型鋁合金成形過程中析出相種類、形態(tài)對(duì)蠕變、應(yīng)力松弛等形 變行為的影響機(jī)制；揭示鋁合金相變/形變力學(xué)行為的交互影響規(guī)律，建立基于微 結(jié)構(gòu)強(qiáng)化與軟化物理基礎(chǔ)的時(shí)效強(qiáng)化－變載蠕變－應(yīng)力松弛本構(gòu)關(guān)系；為發(fā)展蠕變時(shí)效成形新工藝、創(chuàng)制成形性更高的蠕變成形鋁合金打下理論基礎(chǔ)。③ 構(gòu)件多能場蠕變時(shí)效成形的納米強(qiáng)化相析出的精確調(diào)控：在蠕變時(shí)效成形的熱/力條件基礎(chǔ)上， 對(duì)成形過程施加具有交變 特性的單一或復(fù)合溫度－應(yīng)力場，研究多能場條件對(duì) 成形過程中納米強(qiáng)化相析出的調(diào)控作用，研究預(yù)時(shí)效處理（包括預(yù)先熱時(shí)效和預(yù)先形變時(shí)效等）對(duì)成形過程中納米強(qiáng)化相析出的調(diào)控作用；揭示多能場耦合作用對(duì)相變激活能和相變動(dòng)力學(xué)行為的影響規(guī)律，探明高強(qiáng)鋁合金構(gòu)件蠕變時(shí)效成形/成性協(xié)同控制的多能 場加載路徑，創(chuàng)建高性能復(fù)雜整體構(gòu)件的多能場蠕變時(shí)效成形技術(shù)原型。④ 高性能構(gòu)件蠕變時(shí)效成形的構(gòu)件/材料一體化：由大規(guī)格軋制厚板成形到大規(guī)格復(fù)雜結(jié)構(gòu)加工成形，成形全過程的變形程度、變形條件、成形 邊界條件等必須的環(huán)境條件的綜合作用規(guī)律與在此變形條件下構(gòu)件內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)的形成- 演 變至可能 獲得的服役性能，這兩者是并行研究和耦合分析的。從壁板類構(gòu)件制造的鋁合金板材的成分設(shè)計(jì)及其微結(jié)構(gòu)與織構(gòu)組態(tài)調(diào)控出發(fā)，研究高強(qiáng)鋁合金成分對(duì)成形的多能場作用下析出相的應(yīng)力位向效應(yīng)對(duì)構(gòu)件各向異性的調(diào)控機(jī)理，研究成形坯料的織構(gòu)組態(tài)對(duì)構(gòu)件各向異性的調(diào)控機(jī)理；揭示納米強(qiáng)化相與基體晶粒織構(gòu)組態(tài)耦合對(duì)構(gòu)件成形/成性的影響機(jī)理，創(chuàng)建高性能構(gòu)件蠕變時(shí)效成形的構(gòu)件/材料一體化制造原理與技 術(shù)。（2）大型鋁合金薄壁構(gòu)件塑變與去除成形及其內(nèi)應(yīng)力、表面完整性主動(dòng)控制 ① 大型鋁合金薄壁構(gòu)件板坯制備與切削加工過程中微觀結(jié)構(gòu)演化規(guī)律：研究大規(guī)格鋁材制備界面特征對(duì)能量傳遞的影響規(guī)律，建立外場環(huán)境和界面?zhèn)鳠釓?qiáng)化調(diào)節(jié)方法；研究淬火冷卻狀態(tài)、預(yù)拉伸變形條件對(duì)厚板組織結(jié)構(gòu)演化的影響機(jī)制，尋求材料微觀組織均勻化的調(diào)控方法；研究高速銑削過程外場量對(duì)零件表面/亞表面特性（加工表面紋理、表面 層殘余 應(yīng)力、表面層冷作硬化和表面層微觀組織）的影響規(guī)律；建立加工表面/亞表面特性演 變與服役性能之間映射規(guī)律。② 大型鋁合金薄壁構(gòu)件制造全過程內(nèi)應(yīng)力遺傳演化與多尺度預(yù)測模型：研究大型鋁合金薄壁構(gòu)件從厚板熱處理、預(yù)拉伸到切削加工各工藝階段的材料內(nèi)部殘余應(yīng)力空間分布規(guī)律，建立通過表面無損殘余應(yīng)力測量評(píng)估內(nèi)部殘余應(yīng)力水平的方法；定量描述機(jī)械應(yīng)力、熱應(yīng)力和組織應(yīng)力在不同外場參量作用下的平衡消長，基于力- 熱耦合作用機(jī)理建立大型鋁合金薄壁構(gòu)件切削加工表面及內(nèi)部殘余應(yīng)力的多尺度預(yù)測模型，實(shí)現(xiàn)大型鋁合金薄壁構(gòu)件內(nèi)部殘余應(yīng)力的控制；研究材料內(nèi)部殘余應(yīng)力分布對(duì)大型鋁合金薄壁構(gòu)件服役性能的影響規(guī)律，建立各工藝階段許 可殘余應(yīng)力的確定方法。③ 大型鋁合金薄壁構(gòu)件高速切削變形與表面完整性主動(dòng)控制：分析大型整體薄壁構(gòu)件銑削變形規(guī)律，研究材料去除順序與自位支撐剛度強(qiáng)化、刀具路徑規(guī)劃與空間切削力分布、數(shù)控加工誤差補(bǔ)償?shù)雀咚巽娤髯冃沃鲃?dòng)控制技術(shù)；研究材料去除尺寸效應(yīng)、結(jié) 構(gòu)敏感性、主 傳力纖維方向、表面層位錯(cuò)強(qiáng)化與熱動(dòng)性等對(duì)表面殘余應(yīng)力影響規(guī)律，基于力－熱耦合作用機(jī)理，建立加工表面殘余應(yīng)力模型，獲得零件表面完整性的主動(dòng)控制技術(shù)。④ 壁板結(jié)構(gòu)-加工表面完整性 -損傷容限的關(guān)聯(lián)機(jī)制：以提高壁板結(jié)構(gòu)損傷容限為目的，研究構(gòu)建材 質(zhì)織構(gòu)方向-主傳力纖維方向的順應(yīng)設(shè)計(jì)、止裂為目的的選擇性結(jié)構(gòu)增強(qiáng)設(shè)計(jì)，研究關(guān)鍵部位表面完整性與結(jié)構(gòu)損傷容限的關(guān)聯(lián)機(jī)制，提出壁板結(jié)構(gòu)增強(qiáng)設(shè)計(jì)-止裂選擇性增強(qiáng)-加工表面完整性一體化的制造策略。⑤ 大型鋁合金薄壁構(gòu)件形狀精度協(xié)調(diào)與補(bǔ)償：針對(duì)大型薄壁構(gòu)件的整體配合協(xié)調(diào)問題，研究外形協(xié)調(diào) 與交點(diǎn)協(xié)調(diào)時(shí)鋁合金薄壁構(gòu)件的形變位移，查明協(xié)調(diào)形變位移與殘余應(yīng)力再分布的映射關(guān)系，分析協(xié)調(diào)內(nèi)應(yīng)力場對(duì)構(gòu)件服役性能的影響。研究協(xié)調(diào)過程中鋁合金薄壁構(gòu)件形變位移對(duì)氣動(dòng)外形精度的影響，研究最小協(xié)調(diào)形變位移的構(gòu)件形狀設(shè)計(jì)原則，反演切削路徑的可行性參數(shù)，提出大規(guī)格鋁合金厚板構(gòu)件加工的形狀精度工藝補(bǔ)償策略。（3) 復(fù)合能 場作用下構(gòu)件焊接成形及連接區(qū)組織與服役性能控制針對(duì)高性能輕質(zhì)合金大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)焊接成形，存在材料可焊性較差、焊接質(zhì)量穩(wěn)定性和可控性較低，不能滿足航天航空極端使役環(huán)境要求的關(guān)鍵問題，開展焊接新方法及接頭質(zhì)量控制研究，研究工作從以下三方面展開：① 超聲作用下的攪拌摩擦焊接方法及接頭質(zhì)量控制：研究超聲波對(duì)焊接區(qū)溫度－應(yīng)力－流速三場強(qiáng)耦合關(guān)系解耦機(jī)理及其降阻、降溫和通流效應(yīng)；研究超聲攪拌焊焊縫組織與性能特征；建立超聲作用下的攪拌摩擦焊的熱－力－流仿真模型；研究超聲波對(duì)組織不均勻性、弱結(jié)合、焊底微虛焊等缺陷的控制作用；形成接頭的微觀組織與性能的精細(xì)控制理論與技術(shù)。② 強(qiáng)冷外場下的攪拌摩擦焊接行為及其強(qiáng)化效應(yīng)：研究高速旋轉(zhuǎn)攪拌頭周圍強(qiáng)冷介質(zhì)的動(dòng)態(tài)行為；建立攪拌摩擦焊接產(chǎn)熱模型，分析強(qiáng)冷外場下的焊接熱循環(huán)與溫度場特征；研究接頭各區(qū)內(nèi)的晶粒形態(tài)、尺寸、取向以及沉淀相的溶解、析出、長大和分布規(guī)律；研究焊接工藝參數(shù) 對(duì)接頭性能的影響規(guī)律， 優(yōu)化攪拌摩擦焊接工藝，實(shí)現(xiàn) 接頭微觀組織和性能的控制。③ 電 子束焊接的圖像傳感及接頭質(zhì)量控制：研究熔池的 傳熱、 傳質(zhì)及流動(dòng)行為；建立圖象傳感系統(tǒng)和熔深控制模型；分析氣孔的形成機(jī)理、提出氣孔的控制方法；研究接頭的微觀組織、力學(xué)性能及其與工藝參數(shù)的相關(guān)性。圍繞科學(xué)問題 3-過飽和凝固成形的多能場作用與偏析調(diào)控展開以下 2 個(gè)方面的研究：（1）大型復(fù)雜梯度材料高性能鈦合金構(gòu)件激光近凈成形基礎(chǔ)① 大型復(fù)雜梯度材料高性能鈦合金構(gòu)件激光直接近凈成形熔池非均質(zhì)熔體超常冶金動(dòng)力學(xué)及非平衡快速凝固行為、構(gòu)件梯度成分和梯度組織演化規(guī)律；② 大型鈦合金結(jié)構(gòu)件激光快速成形超常熱傳輸行為及溫度場，激光直接近凈成形大型復(fù)雜梯度材料高性能鈦合金構(gòu)件材料和輕質(zhì)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)理論、熱處理固態(tài)相變行為、特種梯度顯微組織形成機(jī)理；③ 大型復(fù)雜梯度材料高性能鈦合金構(gòu)件激光直接近凈成形工藝、內(nèi)部特殊冶金缺陷形成機(jī)理及內(nèi)應(yīng)力形成規(guī)律，內(nèi)部缺陷外場響應(yīng)與無損檢測特性。（2）高合金化大規(guī)格構(gòu)件錠坯過飽和凝固成形與性能的外場調(diào)控① 超聲外場凈化鋁合金熔體作用與機(jī)理，外場活化鋁合金熔體微細(xì)質(zhì)點(diǎn)的形核作用與機(jī)理，外場作用下非均勻形核及相變界面形態(tài)形成規(guī)律，熔體宏觀傳熱流動(dòng)與微觀相變動(dòng)力學(xué)； ② 電磁場大擾動(dòng)及超聲波微沖擊的協(xié)同作用下大規(guī)格鑄錠鑄造時(shí)的流場與溫度場分布規(guī)律，研究結(jié) 晶器、冷卻介 質(zhì)與熔體、液固界面的傳熱、傳質(zhì)行為和熔體的過冷行為，界面的隔離與潤滑及其傳熱強(qiáng)化機(jī)理；③ 凝固組織與熔體結(jié)構(gòu)的相關(guān)性、外場作用下大規(guī)格鑄錠鑄造時(shí)的組織調(diào)控方法，揭示在復(fù)合能場 作用下凝固組織在凝固成形、壓力加工、 熱處理過程的演變規(guī)律與組織遺傳規(guī)律；④ 多外場協(xié)同作用的參數(shù)匹配規(guī)律，開發(fā)多外場精確調(diào)控過飽和凝固組織的核心技術(shù)與裝備，突破大型鑄錠和構(gòu)件的規(guī)格極限和組織均勻性極限，形成多外場協(xié)同作用下高成形性凝固組織精確調(diào)控的技術(shù)原型。二、預(yù)期目標(biāo)總體目標(biāo)本項(xiàng)目結(jié)合我國航空航天領(lǐng)域戰(zhàn)略發(fā)展對(duì)輕質(zhì)高強(qiáng)、高可靠性和功能高效化本體結(jié)構(gòu)的緊迫需求，針對(duì) 我國大型復(fù)雜高性能整體結(jié)構(gòu)件制造技術(shù)發(fā)展嚴(yán)重滯后的現(xiàn)狀和技術(shù)瓶頸，研究高性能輕合金大型復(fù)雜整體構(gòu)件形/性一體化制造流程的基本規(guī)律，建立獨(dú)具特色的大型復(fù)雜整體構(gòu)件制造過程中宏微納多尺度能量通道與形性演變的多物理場調(diào)控原理和技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)鋁、鈦高性能輕合金大型復(fù)雜整體結(jié)構(gòu)件制造技術(shù)的跨越，大幅度提升極端服役構(gòu)件性能水平，推動(dòng)我國先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展，有力地支撐國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展與國家安全。五年預(yù)期目標(biāo)1）揭示框梁類整體構(gòu)件成形的塑性流變物理場與宏微納觀結(jié)構(gòu)的演變與交互作用機(jī)理，建立大型復(fù)雜構(gòu)件不均勻塑變成形熱力耦合作用與晶體缺陷組態(tài)演變理論，發(fā)展構(gòu)件成形與組織結(jié)構(gòu)性能綜合調(diào)控原理，創(chuàng)立獨(dú)具特色的框梁類整體構(gòu)件超低速等溫模鍛成形、局部加載成形技術(shù)。結(jié)合大型運(yùn)輸機(jī)需求，研制大型承力隔框（4850×1180×120mm）用新型高強(qiáng)鋁合金（7085－T7452）模鍛件，性能達(dá)到國際標(biāo)準(zhǔn)；結(jié)合 軍 機(jī)研制需求，形成投影面積 2-3 m2鈦合金整體隔框 類構(gòu)件近凈省力成形技 術(shù)；2）探明從鋁合金厚板到整體壁板的制造過程中的應(yīng)力弛豫特性及其影響構(gòu)件形狀精度的規(guī)律，揭示多物理場調(diào)控加工界面微納結(jié)構(gòu)提升構(gòu)件承載性能的機(jī)理，創(chuàng)建薄壁構(gòu)件殘余應(yīng)力狀態(tài)及銑削表面性能控制方法，發(fā)展超聲波等復(fù)合外場調(diào)控的蠕變時(shí)效成形和焊接新技術(shù)，開辟我國大型航空航天裝備急需的具有氣動(dòng)外形復(fù)雜結(jié)構(gòu)整體壁板類構(gòu)件制造的新技術(shù)途徑。在滿足 5 級(jí)（6 級(jí)）加工精度的前提下，將大型薄壁構(gòu)件切削加工效率提高30％，鋁合金曲率型面壁板的型面貼合度不大于 0.5mm，高強(qiáng)鋁合金攪拌摩擦焊接接頭強(qiáng)度系數(shù)不小于 0.75，2.7m 長鈦合金 電子束焊接構(gòu)件直線度不超過 0.5mm。3）系統(tǒng)建立大規(guī)格高合金化高成形性構(gòu)件錠坯過飽和凝固成形、梯度材料/梯度組織高性能鈦合金構(gòu)件激光微區(qū)熔化快速凝固成形/成性的宏微納多尺度能量通道的多能場協(xié)同調(diào)控原理，建立具有我國特色的復(fù)合能場連續(xù)鑄造和梯度材料/梯度組織鈦 合金構(gòu)件激光快速成形的先 進(jìn)技術(shù)原型。錠坯規(guī)格達(dá) 800mm 厚，等軸細(xì)晶，晶粒尺寸小于 150μm，突破超高強(qiáng)鋁合金鑄錠的尺度與性能限制；梯度功能鈦合金激光快速成形件達(dá)600mm×80mm×80mm。4）論文專著、專利與獲獎(jiǎng)：發(fā)表論文 200 篇，其中 SCI、EI 源刊物 150 篇，專著2～3 本，申報(bào)專利 30～40 項(xiàng)， 獲省部級(jí)以上獎(jiǎng)勵(lì) 3～5 項(xiàng)。5）培養(yǎng)出一批大規(guī)格高性能輕合金材料制備與構(gòu)件先進(jìn)制造領(lǐng)域的中青年學(xué)術(shù)帶頭人，造就一支隊(duì)伍，建立與 發(fā)展輕合金材料/構(gòu)件一體化制造領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究和技術(shù)創(chuàng)新基地。三、研究方案4.1 學(xué)術(shù)思路針對(duì)航空航天與武器裝備戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)用高性能大型復(fù)雜輕合金構(gòu)件高完整性成形和高性能成性的重大制造難題，結(jié)合大型框梁類主承載整體構(gòu)件及大型氣動(dòng)復(fù)雜外形整體壁板類構(gòu)件成形制造的全流程，研究其核心科學(xué)問題—多能量傳遞通道及其作用機(jī)制、構(gòu)件/材料成形成性全 過程的多尺度結(jié)構(gòu)狀 態(tài)和過程演變、多種結(jié)構(gòu)物理效應(yīng)向宏觀服役性能的轉(zhuǎn)化機(jī)制，從高性能輕合金大型復(fù)雜整體構(gòu)件形/性一體化制造的系統(tǒng)層面上開展對(duì)高性能超大規(guī)格構(gòu)件的制造新原理與組織性能調(diào)控技術(shù)的系統(tǒng)研究，從中探索出啟動(dòng)構(gòu)件高服役性能的結(jié)構(gòu)組態(tài)與能量通道，探索出能規(guī)避缺陷高完整性大構(gòu)件成形的制造環(huán)境規(guī)律，探索出成形成性條件耦合狀態(tài)下的高品質(zhì)制造系統(tǒng)，建立大型復(fù)雜高性能輕合金構(gòu)件精確控形控性的理論基礎(chǔ)和技術(shù)原型，提高超大規(guī)格高性能構(gòu)件的性能和質(zhì)量，滿足國家重大戰(zhàn)略工程發(fā)展的需要。國家重大需求、關(guān)鍵科學(xué)問題、主要研究內(nèi)容和 預(yù)期的源頭創(chuàng)新成果列表如下：國家重大需求 關(guān)鍵科學(xué)問題 主要研究內(nèi)容 源頭創(chuàng)新成果高性能輕質(zhì)合金材料大型整體主承載框梁構(gòu)件制造大型復(fù)雜構(gòu)件非均勻塑變成形的熱力耦合與晶體缺陷組態(tài)演變大型鋁合金復(fù)雜結(jié)構(gòu)件整體等溫鍛造成形與小角度晶界調(diào)控整體構(gòu)件不均勻流變成形的晶體缺陷組態(tài)調(diào)控原理與均勻化技術(shù)大規(guī)格鈦合金整體構(gòu)件的局部形變與多相微結(jié)構(gòu)演變及與宏微不均勻性的調(diào)控機(jī)制超大規(guī)格整體構(gòu)件局部流變成形的性能均勻化調(diào)控原理與技術(shù)大型鋁合金薄壁構(gòu)件制備與加工中內(nèi)應(yīng)力與表面完整性主動(dòng)控制厚板加工制備與銑削的外場調(diào)控原理復(fù)雜整體構(gòu)件的彈性應(yīng)力場下蠕變成形及納米強(qiáng)化相析出狀態(tài)調(diào)控復(fù)雜整體壁板多能場蠕變時(shí)效成形新原理與新技術(shù)原型高精度復(fù)雜氣動(dòng)外形整體壁板制造，突破大型整體組合構(gòu)件的結(jié)構(gòu)效率與整體服役性能的提升構(gòu)件成形的應(yīng)力弛豫作用與界面微結(jié)構(gòu)演變及調(diào)控復(fù)合能場作用下的焊接新方法及接頭微觀組織演變與控制高性能輕合金構(gòu)件的先進(jìn)焊接方法及技術(shù)原型大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)鈦合金激光快速凝固成形整體構(gòu)件梯度功能鈦合金構(gòu)件激光成形的凝固微觀組織特性與遠(yuǎn)平衡能量輸運(yùn)原理梯度材料鈦合金構(gòu)件材料與輕質(zhì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論及其激光成形新技術(shù)大規(guī)格優(yōu)質(zhì)高強(qiáng)高成形性鋁合金鑄錠過飽和凝固成形的多能場作用與偏析調(diào)控 大規(guī)格優(yōu)質(zhì)高強(qiáng)鋁合金鑄錠成形的外場調(diào)控與組織性能的影響機(jī)制大規(guī)格優(yōu)質(zhì)鑄錠的微結(jié)構(gòu)形成機(jī)理與外場調(diào)控技術(shù)理論源泉 制造科學(xué)，力學(xué)，數(shù)學(xué)，控制科學(xué)，材料科學(xué)，物理學(xué)4.2 技術(shù)途徑本項(xiàng)目結(jié)合國家發(fā)展航空航天裝備對(duì)輕合金大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)整體構(gòu)件的重大需求，突破構(gòu)件成形/成性分階段孤立進(jìn)行的傳統(tǒng)技術(shù)路線 ，以揭示整體構(gòu)件成形和性能形成的微納結(jié)構(gòu)的全程演變機(jī)理、探求多種成形方法的多尺度能量傳遞通道及其調(diào)控規(guī)律為紐帶，圍繞大型框梁 類主承載整體構(gòu)件及大型氣動(dòng)復(fù)雜外形整體壁板類構(gòu)件成形的全流程關(guān)鍵技術(shù)—包括：鋁合金錠坯半連續(xù)鑄造成形、變溫鍛造、等溫精密模鍛、局部加載成形、采用預(yù)拉伸板材的整體冷加工成形、 焊接成形、蠕變時(shí)效成形及激光快速成形等—展開多學(xué)科交叉基礎(chǔ)研究，揭示輕合金大型復(fù)雜整體構(gòu)件成形/成性的能量通道調(diào)控規(guī)律與宏微納結(jié)構(gòu)演變的交互作用機(jī)制，建立輕合金大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)整體構(gòu)件制造全流程成形/成性的宏微納結(jié)構(gòu)與性能控制的多物理 場調(diào)控理論與關(guān)鍵技術(shù)；為大型輕合金復(fù)雜結(jié)構(gòu)整體構(gòu)件的高結(jié)構(gòu)效率設(shè)計(jì)與制造開辟新的技術(shù)途徑，建立大型復(fù)雜構(gòu)件的宏微 納多尺度結(jié)構(gòu)演變控制原理和材料/構(gòu)件一體化制造的外場調(diào)控與輕合金材料適應(yīng)性控制技術(shù)原型，解決大構(gòu)件制造加工殘余應(yīng)力、組織性能均勻性與高成型精度一體化控制等關(guān)鍵核心問題，提高超大規(guī)格高性能構(gòu)件的性能和質(zhì)量，滿足國家戰(zhàn)略 發(fā)展的需要。? 大型復(fù)雜構(gòu)件非均勻塑變成形的熱力耦合與晶體缺陷組態(tài)演變以復(fù)雜構(gòu)件整體鍛造精確成形與回復(fù)組織及小角度晶界穩(wěn)定化為調(diào)控主線，構(gòu)建超強(qiáng)鋁合金的變形塑性圖－抗力圖－再結(jié)晶圖，研究鍛造成形溫度－應(yīng)變－應(yīng)變速度及第二相對(duì)回復(fù)和晶界結(jié)構(gòu)的協(xié)同調(diào)控，確立鍛造成形中基體晶粒和亞晶微取向回復(fù)組織及其小角度晶界穩(wěn)定化條件，為實(shí)現(xiàn)鍛件性能最優(yōu)化奠定基體組織基礎(chǔ)。研究復(fù)雜構(gòu)件低速等/變溫鍛造成形與缺陷抑制， 發(fā) 展抑制鍛造過程組織缺陷（流線紊亂、渦流、折疊等）的調(diào)控方法， 為復(fù)雜構(gòu)件低速等 /變溫模鍛工藝的設(shè)計(jì)方法與準(zhǔn)則提供理論依據(jù)。研究低速等溫成形鍛件固溶時(shí)效中晶界與析出相演變及調(diào)控方法，揭示鍛造成形回復(fù)組織的小角晶界結(jié)構(gòu)的強(qiáng)韌耐蝕作用及機(jī)理，突破大型復(fù)雜鍛件的綜合性能。以大型構(gòu)件局部加載成形中材料不均勻變形、組織性能與形狀尺寸的精確控制為主線，著重研究局部加載 主動(dòng)不均勻變形調(diào)控理論、多場多因素耦合下微觀組織演變與精確控制理論、多模具、多參數(shù)協(xié)調(diào)下全過程 優(yōu)化設(shè)計(jì)與精確控制理論，在此基礎(chǔ)上發(fā)展典型代表性的大型復(fù)雜構(gòu)件精確、省力、近 凈成形技術(shù)和理論。具體如下：通過物理模擬試驗(yàn)挖掘影響成形過程的主要工藝因素，分析其基本的成形力學(xué)特點(diǎn)、不均勻變形與組織演化特征。采用熱模擬試驗(yàn)和拉伸試驗(yàn)建立材料宏觀變形與微觀組織演化耦合模型；通過研究大型整體構(gòu)件局部加載成形中復(fù)雜不均勻塑性變形、缺陷生成的機(jī)理，探明不同變 形區(qū)及過渡區(qū)不均勻協(xié)調(diào)變形機(jī)理及其對(duì)精確成形過程的效應(yīng)和作用機(jī)制，形成局部加載多道次下主動(dòng)不均勻變形調(diào)控理論；結(jié)合對(duì)大型復(fù)雜整體構(gòu)件局部加載不均勻變形協(xié)調(diào)分析、組織演化控制、預(yù)成形毛坯及加載道次優(yōu)化設(shè)計(jì)，研究大型復(fù)雜整體構(gòu)件局部加載成形過程、模具和參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)及其反問題，采用正向模擬和反向模 擬相結(jié)合的方法，研究通過改變局部加載方式及其多因素的耦合控制材料流動(dòng)、不均勻變形協(xié)調(diào)及組織演化，獲得不同局部加載條件下工藝—變形—組織—性能的關(guān)聯(lián)關(guān)系，并建立大型整體構(gòu)件局部加載成形組織演化與性能預(yù)測的多尺度模型和模擬仿真計(jì)算方法，揭示多場、多因素耦合下材料組織演化機(jī)理及參數(shù)的作用機(jī)制，形成多場多因素耦合下微觀組織演變與精確控制理論；從成形精度和性能要求以及主動(dòng)控制不均勻塑性變形目標(biāo)出發(fā)，系統(tǒng)研究大型整體構(gòu)件成形過程的毛坯設(shè)計(jì)、道次確定、變形量分配、加載條件、潤滑方式及模具設(shè)計(jì)和優(yōu)化提出創(chuàng)新性構(gòu)思，形成全過程優(yōu)化設(shè)計(jì)及精確控制理論。? 構(gòu)件成形的應(yīng)力弛豫作用與界面微結(jié)構(gòu)演變及調(diào)控本項(xiàng)目針對(duì)我國提升航空航天裝備功能的緊迫需求，以高性能低殘余應(yīng)力均質(zhì)鋁合金預(yù)拉伸厚板制備和高速銑削為基礎(chǔ)，通過引入超聲、非均勻交變載荷等， 發(fā)展多能場蠕變時(shí)效成形技術(shù)，以及復(fù)合外場摩擦攪拌焊接和電子束新焊接技術(shù)，開辟航空航天裝備所需更高結(jié)構(gòu)效率、超大型整體壁板構(gòu)件制造的新技術(shù)途徑。根據(jù)國際上已將蠕變時(shí)效成形列為制造具有氣動(dòng)外形復(fù)雜結(jié)構(gòu)大型整體壁板關(guān)鍵新技術(shù)的發(fā)展趨勢，本項(xiàng) 目將從以下幾方面突破蠕變時(shí)效成形原理與技術(shù)：① 研究不同類型鋁合金成形過程中析出相種類、形態(tài)對(duì)蠕變、應(yīng)力松弛等形變行為的影響機(jī)制，揭示鋁合金相變/ 形變力學(xué)行為的交互影響 規(guī)律，為發(fā)展蠕變時(shí)效成形新工藝、創(chuàng)制成形性更高的蠕變 成形鋁合金打下理論基礎(chǔ)；② 在蠕變時(shí)效成形的熱/力條件基礎(chǔ)上，在成形過程前和成形過程中施加具有交變特性的單一或復(fù)合溫度－應(yīng)力場，研究多能場條件對(duì)成形 過程中納米強(qiáng)化相析出的調(diào)控作用，探明高強(qiáng)鋁合金構(gòu)件蠕變時(shí)效成形/成性協(xié)同控制的多能場加載路徑， 創(chuàng)建高性能復(fù)雜整體構(gòu)件的多能場蠕變時(shí)效成形技術(shù)原型；③ 從構(gòu)件壁板類構(gòu)件制造的鋁合金板材的成分設(shè)計(jì)及其微結(jié)構(gòu)與織構(gòu)組態(tài)調(diào)控出發(fā)，研究高強(qiáng)鋁合金成分、織構(gòu)組態(tài)對(duì)成形的多能場作用下析出相的應(yīng)力位向效應(yīng)對(duì)構(gòu)件各向異性的調(diào)控機(jī)理，揭示納米強(qiáng)化相與基體晶?？棙?gòu)組態(tài)耦合對(duì)構(gòu)件成形/成性的影響機(jī)理， 創(chuàng)建高性能構(gòu)件蠕 變時(shí)效成形的構(gòu)件/ 材料一體化制造原理與技術(shù)。針對(duì)大型鋁合金薄壁構(gòu)件板坯制備與高速銑削加工過程中殘余應(yīng)力嚴(yán)重影響構(gòu)件形狀精度的現(xiàn)狀,在直接測量大規(guī)格厚板與構(gòu)件殘余應(yīng)力的工程技術(shù)仍存在巨大挑戰(zhàn)的的情況下，只有從材料制備到構(gòu)件裝配全過程殘余應(yīng)力的演變與評(píng)估入手，研究大型鋁合金薄壁構(gòu)件加工制造全過程殘余應(yīng)力遺傳演化與多尺度預(yù)測模型，建立根據(jù)構(gòu)件結(jié)構(gòu)特點(diǎn)對(duì)厚板殘余應(yīng)力進(jìn)行控制與表征的方法，才能攻克制約整體壁板形狀精度的殘余應(yīng)力全程控制難題。針對(duì)大型薄壁構(gòu)件的整體配合協(xié)調(diào)問題，研究最小協(xié)調(diào)形變位移的構(gòu)件形狀設(shè)計(jì)原則，反演切削路徑的可行性參數(shù)，建立形狀精度工藝補(bǔ)償原理。另外，針對(duì)鋁合金高速銑削加工的非穩(wěn)態(tài)溫度場與高應(yīng)變速率特點(diǎn)，研究切削加工過程中表面、亞表面微觀結(jié)構(gòu)演化規(guī)律， 為大型復(fù)雜鋁合金薄壁構(gòu)件高速銑削加工過程的表面完整性和構(gòu)件性能的主動(dòng)控制提供依據(jù)針對(duì)高性能輕質(zhì)合金大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)焊接制造的關(guān)鍵問題，提出采用超聲、強(qiáng)冷等外加能場以及圖像傳感等控制接頭質(zhì)量的新方法，以集成創(chuàng)新及應(yīng)用基礎(chǔ)研究為主，形成具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán) 的焊接新技術(shù)， 發(fā)展多能 場下接頭微觀組織演變控制理論，為大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的焊接制造奠定基礎(chǔ)。具體路 線 是： 采用試驗(yàn)研究和模擬分析相結(jié)合的方法，分別考慮超聲 場和強(qiáng)冷場的輔助作用，建立攪拌摩擦焊接的數(shù)學(xué)模型，揭示焊縫形成的微觀機(jī)制；借助各種微觀分析手段，分析接頭微觀組織區(qū)域的構(gòu)成及分布特征，提出接頭微 觀組織演變的物理模型，探明超聲場和強(qiáng)冷場對(duì)接頭微觀組織演變以及焊接缺陷形成的影響規(guī)律，為控制接頭質(zhì)量提供理論依據(jù)；研制電子束圖象傳感系統(tǒng)，提取焊接溶池特征信號(hào)，建立焊接熔深控制數(shù)學(xué)模型，闡明焊接溶池流動(dòng)對(duì)焊縫成形及氣孔產(chǎn)生的影響機(jī)制，實(shí)現(xiàn)大厚度鋁合金或鈦合金的焊縫成形控制及焊接缺陷控制。為大型復(fù)雜構(gòu)件整體成形、 選擇 性增強(qiáng)和混雜結(jié)構(gòu)等先進(jìn)航空設(shè)計(jì)制造理念提供連接技術(shù)支撐。? 過飽和凝固成形的多能場作用與偏析調(diào)控將“梯度材料高性能構(gòu)件 設(shè)計(jì) ”、激光冶金快速凝固“梯度先進(jìn)金屬材料制備” 、大型復(fù)雜高性能梯度鈦合金結(jié)構(gòu)件直接“近凈成形” 有機(jī)融 為一體，研究大型鈦合金結(jié)構(gòu)件激光快速成形熔池冶金超常動(dòng)力學(xué)行為及液固界面物理化學(xué)行為，揭示大型鈦合金結(jié)構(gòu)件激光成形非平衡快速凝固行為及內(nèi)部缺陷形成機(jī)理；研究大型鈦合金結(jié)構(gòu)件激光快速成形超常熱傳輸行為及內(nèi)應(yīng)力形成規(guī)律，建立大型復(fù)雜梯度材料高性能鈦合金構(gòu)件激光直接近凈成形制造新方法，形成激光快速成形大型復(fù)雜梯度材料高性能鈦合金構(gòu)件力學(xué)性能評(píng)價(jià)新方法，實(shí)現(xiàn)“構(gòu)件 設(shè)計(jì)－材料制備－構(gòu)件近凈成形”一體化！以電磁場、超聲場凝固為手段，突破半連鑄鑄錠開裂對(duì)超強(qiáng)合金高合金化的制約，在單 一外場（電磁、應(yīng)力應(yīng)變場、超聲場和氣場 ）對(duì)鋁合金凝固結(jié)晶影響及調(diào)控機(jī)制研究工作的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步研究復(fù)合外場下熔體宏觀傳熱流動(dòng)與微觀結(jié)晶凝固動(dòng)力學(xué)行為，研究結(jié)晶前沿形 態(tài)形成規(guī)律，探索 外場作用下大規(guī)格鑄錠鑄造時(shí)的組織調(diào)控方法，實(shí)現(xiàn)外場作用下大尺寸鑄錠鑄造時(shí)的組元協(xié)調(diào)與內(nèi)應(yīng)力的控制關(guān)鍵技術(shù)，研究多外場作用下的凝固組織在后續(xù)加工與熱處理過程的演變規(guī)律，揭示外場凝固組織的后續(xù)遺傳規(guī)律。最終 提出實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)鋁合金大型組織均化與消除內(nèi)部熱應(yīng)力的外場匹配設(shè)計(jì)控制準(zhǔn)則和大型鑄錠均質(zhì)凝固新技術(shù)原型。4.3 創(chuàng)新和特色創(chuàng)新：以高性能空、天用輕合金大型復(fù)雜構(gòu)件的制造為目標(biāo)，將幾何成型與物理成性全過程進(jìn)行多尺度耦合研究，建立起輕合金大型復(fù)雜構(gòu)件成形成性統(tǒng)一科學(xué)原理和技術(shù)支撐體系。1）通過局部加載并結(jié)合等溫成形溫度控制和預(yù)成形設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)不均勻塑性變形、組織性能與形狀尺寸的精確控制，發(fā)展輕合金復(fù)雜大件省力、近凈先進(jìn)成形制造技術(shù)；緊密圍繞大型整體構(gòu)件成形中不均勻變形主動(dòng)調(diào)控、多場耦合下微觀組織演變與精確控制、多模具、多參數(shù) 協(xié)調(diào)下全過程優(yōu)化設(shè)計(jì)與精確控制等關(guān)鍵基礎(chǔ)科學(xué)問題，發(fā)展相關(guān)科學(xué)理論，開辟大型復(fù)雜整體構(gòu)件成形技術(shù)創(chuàng)新的途徑，并提高輕合金復(fù)雜大鍛件極端制造能力與水平。2）揭示框梁類構(gòu)件整體成形的塑性流變物理場與宏微納觀結(jié)構(gòu)的演變與交互作用機(jī)理，建立大型復(fù)雜構(gòu)件不均勻塑變成形熱力耦合作用與晶體缺陷組態(tài)演變理論，發(fā)展構(gòu)件不均勻塑變成形與組織結(jié)構(gòu)性能綜合調(diào)控原理與方法，創(chuàng)立獨(dú)具特色的框梁類整體構(gòu)件低速等溫模鍛成形技術(shù)。3）建立大規(guī)格鋁合金厚板加工與構(gòu)件制造全過程殘余應(yīng)力遺傳演化多尺度預(yù)測模型；基于高速切削過程切削力和切削熱的強(qiáng)耦合作用機(jī)制模型，創(chuàng)建以材料高面積去除率為特征的構(gòu)件加工精度和表面質(zhì)量的主動(dòng)控制方法；創(chuàng)立高性能復(fù)雜結(jié)構(gòu)整體壁板類構(gòu)件的大規(guī)格鋁材均質(zhì)低殘余應(yīng)力控制、高速銑削加工與多能場蠕變時(shí)效成形技術(shù)體系，為構(gòu)件表面完整性和切削變形的主動(dòng)控制奠定理論基礎(chǔ)。為我國大型航空航天裝備急需的高性能大型輕合金整體壁板構(gòu)件制造全流程提供技術(shù)支撐4）揭示復(fù)合外場作用下蠕變時(shí)效成形的微納強(qiáng)化相與彈－塑性轉(zhuǎn)變交互影響的物理機(jī)制，揭示納米強(qiáng)化相與基體晶?？棙?gòu)組態(tài)耦合對(duì)構(gòu)件成形/成性的影響機(jī)理，創(chuàng)建高性能構(gòu)件蠕變時(shí)效成形的構(gòu)件/材料一體化制造原理與技 術(shù)體系。5）發(fā)展外場輔助攪拌摩擦焊、電子束焊等多物理場中能量傳遞與形性演變控制理論；提出超聲波輔助的攪拌摩擦焊接新方法，利用超聲振動(dòng)能量增加焊接過程的可控性，通過降低材料的變形抗力以及焊接熱效應(yīng)，從而改善接頭的焊接質(zhì)量、增強(qiáng)材料可焊性，減小 焊接變形；提出強(qiáng)冷場作用下的攪拌摩擦焊接新方法，利用外加的強(qiáng)冷介質(zhì)顯著吸收摩擦產(chǎn)熱，實(shí)現(xiàn)對(duì)接頭組織和性能的調(diào)控； 提出利用熔池表面圖像傳感的方法，建立電子束焊接過程中熔深與溶池圖象的關(guān)系，實(shí)現(xiàn)電子束焊接質(zhì)量的控制。6）將“梯度材料高性能構(gòu)件設(shè)計(jì)” 、激光冶金快速凝固“梯度先進(jìn)金屬材料制備” 、大型復(fù)雜高性能梯度鈦合金結(jié)構(gòu)件直接“近凈成形”有機(jī)融 為一體，實(shí)現(xiàn)“構(gòu)件設(shè)計(jì)－材料制備－構(gòu)件近凈成形”一體化。首次在國內(nèi)外開展大型復(fù) 雜梯度材料高性能鈦合金構(gòu)件激光直接近凈成形熔池非均質(zhì)熔體超常冶金動(dòng)力學(xué)、非平衡快速凝固、固態(tài)相變行為。7）通過電磁場、超聲波等外場與溫度場、流 場協(xié)同調(diào)控，使 熔體凝固成形偏離熱力學(xué)平衡，調(diào)控凝固組織，使之朝 過飽和、微細(xì)化、均勻化等有利方向演變。在建立大規(guī)格高合金化高成形性鑄錠過飽和凝固成形的宏微納多能場協(xié)同調(diào)控理論的基礎(chǔ)上，形成具有我國特色的電磁場/超聲波復(fù)合外 場連續(xù)鑄造新技術(shù)。特色：1) 重大需求落在實(shí)處，針對(duì)我國航空航天與武器裝 備制造戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)的繼續(xù)，解決高性能大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)件制造的難題；2) 通過多學(xué)科的結(jié)合，研究同一過程的多尺度多學(xué)科 綜合交叉出現(xiàn)的新問題，同時(shí)將科學(xué)規(guī)律與技術(shù)規(guī)律緊密結(jié)合，貫通微觀規(guī)律與宏觀應(yīng)用需求；3）研究隊(duì)伍體現(xiàn)工程科學(xué)的特點(diǎn)，承擔(dān)單位由高校、研究院所、企 業(yè)相結(jié)合構(gòu)成。隊(duì)伍知識(shí)結(jié)構(gòu)互補(bǔ)增強(qiáng)，主要技術(shù)骨干與單位的學(xué)科專業(yè)覆蓋飛機(jī)設(shè)計(jì)制造、材料加工制備、構(gòu)件設(shè)計(jì)制造等領(lǐng)域。4.4 可行性分析本項(xiàng)目針對(duì)我國十六大高技術(shù)產(chǎn)業(yè)化重大專項(xiàng)規(guī)劃的飛機(jī)、衛(wèi)星應(yīng)用等專項(xiàng)對(duì)大型飛機(jī)、火箭提出了前所未有的緊迫需求，攻克制約我國航空航天裝備工具發(fā)展的大規(guī)格復(fù)雜構(gòu)件整體構(gòu)件全流程的成形/成性的宏微 納多尺度結(jié)構(gòu)演變原理與控制關(guān)鍵技術(shù)， 為國民經(jīng)濟(jì)與國防安全提供制造前沿制造技術(shù)保障。本項(xiàng)目的研究工作所涉及的塑性加工理論、局部加載控制不均勻變形理論、等溫成形理論、傳熱傳質(zhì)理論 以及計(jì)算機(jī)建模仿真方法等近年都有了長足的發(fā)展，為本項(xiàng)目的完成提供了有力的手段。本項(xiàng)目的研究方案和技術(shù)路線是根據(jù)材料制造科學(xué)與工程的自身發(fā)展規(guī)律，總結(jié)國內(nèi)外輕合金復(fù)雜大件局部加載近凈成形制造基礎(chǔ)研究與開發(fā)的經(jīng)驗(yàn)，以及未來發(fā)展趨勢的基礎(chǔ)上提出的，體 現(xiàn)了工藝綜合、技 術(shù)綜 合、學(xué)科 綜合的現(xiàn)代特征。研究內(nèi)容緊密圍繞國防建設(shè)和國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重大需求，也是企業(yè)技術(shù)改造與更新的重要方向，可以爭取國家其它計(jì)劃和企業(yè)的支持，有利于實(shí)用化和產(chǎn)業(yè)化。本 項(xiàng)目具有明確的研究目標(biāo)和可操作性，有希望取得重大突破。本項(xiàng)目突破了構(gòu)件成形/成性分階段孤立進(jìn)行的傳統(tǒng) 技術(shù)路線，在我國高性能鋁材與航空航天裝備所需整體構(gòu)件成形研究各自已經(jīng)獲得的科學(xué)認(rèn)識(shí)與工程經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以揭示整體構(gòu)件性能形成的微納結(jié)構(gòu)的全程演變機(jī)理和探求多種成形方法的能量通道調(diào)控規(guī)律為紐帶， 結(jié)合國家重大需求所需的輕合金大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)整體構(gòu)件制造的工程實(shí)踐，尋求材料 /結(jié)構(gòu)一體化制造的多物理 場調(diào)控規(guī)律與作用機(jī)理，取得復(fù)合能場調(diào)控凝固技術(shù)、回復(fù) /蠕變多物理調(diào)控的鍛 造、局部加載、厚板制備與高速銑削的性能與殘余應(yīng)力控制、蠕 變時(shí)效成形和先進(jìn)焊接技術(shù)的突破，建立我國輕合金大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)整體構(gòu)件的材料/結(jié)構(gòu)一體化制造原理與技 術(shù)體系應(yīng)是完全可能的。本項(xiàng)目將高性能鋁材制備的優(yōu)勢力量與構(gòu)件制造的優(yōu)勢力量進(jìn)行科學(xué)整合，承擔(dān)單位已經(jīng)具備了各項(xiàng)研究內(nèi)容所涉及的實(shí)驗(yàn)臺(tái)架和技術(shù)力量，為完成本項(xiàng)目的各項(xiàng)研究內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)研究目標(biāo)提供了保障。北京航空航天大學(xué)具有較扎實(shí)的高性能梯度材料零件激光近凈成形技術(shù)研究基礎(chǔ)，1999 年在國內(nèi)率先開展大型復(fù)雜梯度材料高性能鈦合金結(jié)構(gòu)件激光快速成形技術(shù)及應(yīng)用基礎(chǔ)研究，激光成形出了 TC18/TC2 梯度材料鈦合金飛機(jī)短梁復(fù)雜結(jié)構(gòu)件、BT22/TA15/TA2 梯度鈦合金飛機(jī)工字梁、 TiAl/TA15 梯度高溫鈦合金材料等高性能輕質(zhì)鈦合金結(jié)構(gòu)件及 TA15/Ti3Al/TiAl 梯度材料航空發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)葉片等工藝樣件并對(duì)其梯度組織、性能、熱處理行為等進(jìn)行了深入的研究。西北工業(yè)大學(xué)課題組所研究的輕合金復(fù)雜大件局部加載近凈成形制造技術(shù)包括三個(gè)方面：大型復(fù)雜構(gòu)件局部加載等溫成形技術(shù)、大型復(fù)雜環(huán)件徑軸向軋制技術(shù)、大型復(fù)雜薄壁構(gòu)件旋壓成形技術(shù)。這三個(gè)方面代表了國內(nèi)外輕合金復(fù)雜大件局部加載近凈成形領(lǐng)域的研究開發(fā)熱點(diǎn)及前沿，具有較好的研究經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)積累，經(jīng)過努力，有把握在關(guān)鍵科學(xué)問題和關(guān)鍵技術(shù)上取得突破。在以上三個(gè)方向上開展研究工作，既可保證項(xiàng)目研究的代表性和學(xué)科發(fā)展的帶動(dòng)性，又可以減少研究風(fēng)險(xiǎn)，確保研究效益。主要參加單位西北工業(yè)大學(xué)和研究隊(duì)伍是國內(nèi)材料制造科學(xué)與工程領(lǐng)域中與本課題研究內(nèi)容密切相關(guān)的、具有綜合實(shí)力和研究基礎(chǔ)的群體。擁有國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和國防科技工業(yè)難變形材料鍛造技術(shù)研究中心、陜西省材料分析測試中心，具有相對(duì)先進(jìn)齊備的輕合金成形制造研究裝備和測試分析手段，與中南大學(xué)是國內(nèi)該領(lǐng)域研究開發(fā)基地的強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合。 組織了一支以青年科研骨干為主體、中青年相結(jié)合的強(qiáng)大的研究隊(duì)伍。參加單位和人 員承擔(dān)了大量相關(guān)的國家自然科學(xué)基金、863 高技術(shù)項(xiàng)目的研究工作，取得了一些重要的研究成果，為本課題 的研究打下了良好的基礎(chǔ)。通過良好的組織、協(xié)調(diào)和共同努力，能夠按期完成課題 研究上海交通大學(xué)機(jī)械制造及自動(dòng)化二級(jí)學(xué)科是國家重點(diǎn)學(xué)科，下設(shè)制造技術(shù)與自動(dòng)化裝備研究所和計(jì)算機(jī)集成制造研究所。本學(xué)科依靠其人才優(yōu)勢、設(shè)備優(yōu)勢等有利條件，積極參與國家與上海市高技術(shù)計(jì)劃， 進(jìn)行“產(chǎn)、學(xué)、研” 合作研究，已經(jīng)完成了 200 余項(xiàng)直接為經(jīng)濟(jì)建設(shè)和上海市支柱產(chǎn)業(yè)服務(wù)的科技項(xiàng)目，為區(qū)域經(jīng)濟(jì)及國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展作出了重要貢獻(xiàn)。已經(jīng)取得多項(xiàng)國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)和國家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)。本學(xué)科擁有大量先進(jìn)的科研基礎(chǔ)設(shè)備，是國內(nèi)高校中最早購進(jìn)高速切削加工中心的單位，并 較早從事高效精密加工技術(shù)的研究。在切削磨削加工方面的科研工作主要有：難加工材料高速切削加工，高效高精度磨削加工技術(shù)，非金屬硬脆材料超精密研磨拋光技術(shù)，數(shù)控機(jī)床誤差 檢測、分離及 補(bǔ)償技術(shù)，新型高效刀具設(shè)計(jì)及制造技術(shù)，金剛石薄膜刀具制造技術(shù)，機(jī)械加工過程故障診斷及預(yù)報(bào)技術(shù)，開放式數(shù)控系統(tǒng)，先進(jìn)工裝研究等。已經(jīng)得到多 項(xiàng)國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、國家 863 計(jì)劃項(xiàng)目、國家 973項(xiàng)目、教育部項(xiàng)目、上海市科委、教委和 經(jīng)委項(xiàng)目等 資助，具有雄厚的技術(shù)積累。哈爾濱工業(yè)大學(xué)課題組所在的現(xiàn)代焊接生產(chǎn)技術(shù)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室是我國焊接領(lǐng)域唯一的國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，所在的材料科學(xué)與工程學(xué)院有國防科工委精密熱加工重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和分析測試中心。 該國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室與世界著名的焊接研究單位有良好的合作交流關(guān)系，在國際上具有一定的影響和地位。主要合作單位中南大學(xué)機(jī)電學(xué)院在我國也享有盛名，其科研成果卓著。課題組長期從事鋁合金、 鈦合金焊接技術(shù)研究，成功解決了多項(xiàng)航天飛 行器及武器裝備復(fù)雜構(gòu)件的焊接制造關(guān)鍵問題。例如，神舟飛船（1-7 號(hào)）的返回艙薄壁鋁合金焊接變形問題、高馬赫數(shù)導(dǎo)彈的鈦合金進(jìn)氣道焊接問題、宇航員出艙用鋁合金復(fù)雜結(jié)構(gòu)調(diào)溫調(diào)壓調(diào)濕度構(gòu)件的焊接制造問題，形成了獨(dú)具特色的輕質(zhì)合金材料的焊接研究方向。課題組多年從事焊接應(yīng)用基礎(chǔ)研究，承擔(dān)多項(xiàng)國家自然基金項(xiàng)目，發(fā)表高水平論文 100 余篇，申請發(fā)明專利 20 余項(xiàng)， 獲省部級(jí)自然科學(xué)一、二等獎(jiǎng) 4 項(xiàng)。在國內(nèi)率先開辟了攪拌摩擦焊接的新方向， 進(jìn)行了各種類型的鋁合金（包括鋁鋰合金）、鈦合金及銅合金的攪拌摩擦焊接，在接頭形成機(jī)理、微觀組織演變、摩擦產(chǎn)熱、塑化流 動(dòng)以及焊具 優(yōu)化等方面開展了深入細(xì)致的研究工作，其中 Al-Li 合金筒形樣件的焊接技術(shù)已作為大運(yùn)載火箭貯箱焊接方案設(shè)計(jì)的依據(jù)。在國內(nèi)高校中最早開展電子束焊接的應(yīng)用基礎(chǔ)研究，解決了航天領(lǐng)域中鈦合金及鋁合金的焊接技術(shù)難題，具有很好的研究基礎(chǔ)。四、年度計(jì)劃年度 研究內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo)第一年1) 研究鈦合金等溫局部加載材料宏觀不均勻變形行為與微觀組織演化機(jī)理;2) 研究建立鈦合金等溫局部加載材料宏觀變形本構(gòu)關(guān)系與微觀組織演化耦合模型;3) 研究多模具、多參數(shù)、多場作用下局部加載精確塑性成形過程與構(gòu)件性能預(yù)測的多尺度建模;4) 研究制備高強(qiáng)鋁合金預(yù)成形坯技術(shù),研究高強(qiáng)鋁合金等溫均勻變形抗力和再結(jié)晶程度與變形條件的關(guān)系;5) 研究高強(qiáng)鋁合金等溫模鍛過程材料在復(fù)雜型腔中的充填流變特性;6) 研究蠕變時(shí)效成形的基本熱/力條件對(duì)高強(qiáng)鋁合金強(qiáng)化相析出行為的影響；7) 研究蠕變成形條件下鋁合金析出相種類、形態(tài)對(duì)蠕變、 應(yīng)力松弛等形變行為的影響；8) 研究蠕變成形壁板的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與回彈預(yù)測方法，制作典型件的蠕變成形模具;9) 研究板坯與薄壁構(gòu)件加工過程中微觀組織和表面/亞表面特性演變；10) 研究預(yù)拉伸鋁合金厚板高速切削過程中材料去除機(jī)理與工件表面創(chuàng)成機(jī)理；11) 研究基于高斯映射的構(gòu)件形狀精度映射模型；12) 設(shè)計(jì)厚板構(gòu)件內(nèi)應(yīng)力測試試驗(yàn)系統(tǒng);13) 各種材料購置，焊接工裝夾具設(shè)計(jì)制造，水下攪拌摩擦焊接系統(tǒng)設(shè)計(jì)組裝；1) 鈦合金等溫局部加載不均勻變形與微觀組織演化機(jī)理;2) 鈦合金等溫局部加載材料宏微觀本構(gòu)耦合模型;3) 等溫局部加載成形多尺度模型和仿真系統(tǒng);4) 建立高強(qiáng)鋁合金流變本構(gòu)關(guān)系，確定等溫均勻變形過程的回復(fù)與再結(jié)晶調(diào)控條件;5) 初步確定高強(qiáng)鋁合金等溫模鍛變形條件;6) 闡明 7000/2000 系鋁合金相變/形變行為的交互影響機(jī)制；7) 建立基于微結(jié)構(gòu)強(qiáng)化與軟化物理基礎(chǔ)的 7000/2000 系鋁合金蠕變－時(shí)效－應(yīng)力松弛本構(gòu)關(guān)系；8) 獲得板坯與構(gòu)件加工過程中微觀組織及表面/亞表面特性演化規(guī)律；9) 揭示高面積去除率為特征的高速切削機(jī)理；10) 建立特征曲面映射點(diǎn)的高斯圖；11) 搭建構(gòu)件殘余應(yīng)力檢測評(píng)估試驗(yàn)平臺(tái)；12) 完成水下、超聲焊接系統(tǒng)設(shè)計(jì)制造；13) 實(shí)現(xiàn)水下焊接試驗(yàn)，揭示電子束焊接熔池傳熱、傳質(zhì)行為；14) 研究出航空航天等領(lǐng)域中具有廣泛應(yīng)用前景的激光直接近凈成形梯度鈦合金框梁結(jié)構(gòu)及其梯度鈦合金材料/組織體系 2～3 種；15) 研發(fā)出高精度多通道送粉器、熔池監(jiān)測等專用工藝裝置，形成較為完善的大型復(fù)雜梯度鈦合金構(gòu)件激光直接近凈成形平臺(tái)；16) 揭示在電磁場/超聲波作用下的傳熱、傳質(zhì)行為，熔體的過冷行年度 研究內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo)14) 建立超聲振動(dòng)組件的動(dòng)力學(xué)耦合模型，優(yōu)化設(shè)計(jì)超聲攪拌頭，研制超聲攪拌摩擦焊接系統(tǒng)；15) 進(jìn)行水下攪拌摩擦焊接試驗(yàn)，測量工件上典型位置的焊接熱循環(huán)，拍攝水介質(zhì)的汽化和流動(dòng)過程；16) 研究電子束焊接熔池及匙孔的形成特點(diǎn)，分析焊縫成形規(guī)律，研究熔池傳熱、傳質(zhì)及流動(dòng)行為；17) 大型復(fù)雜梯度鈦合金構(gòu)件材料和輕質(zhì)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)研究；18) 大型復(fù)雜梯度鈦合金構(gòu)件激光直接近凈成形工藝及專用工藝裝置研究； 19) 激光直接近凈成形梯度材料/梯度組織鈦合金組織分析；20) 結(jié)晶器、冷卻介質(zhì)與熔體之間接觸傳熱系數(shù)的確實(shí)、液固界面的傳熱、傳質(zhì)行為分析；外場作用下的流場與溫度場模擬； 21) 電磁場與超聲波作用下的熔體過冷行為；22) 無外場作用下的鑄造工藝參數(shù)優(yōu)化。為及鑄造工藝參數(shù)對(duì)溫度場與流場分布的影響規(guī)律。17) 無外場作用下的最優(yōu)化鑄造工藝；18) 發(fā)表論文 20-26 篇，申請專利 4-7 項(xiàng)年度 研究內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo)第二年1) 研究多模具、多參數(shù)、多場作用下局部加載近凈成形過程與構(gòu)件性能預(yù)測的多尺度仿真模擬;2) 研究局部加載不同變形區(qū)及過渡區(qū)不均勻協(xié)調(diào)變形機(jī)理;3) 研究局部加載方式等多因素耦合與不均勻變形協(xié)調(diào)及成形缺陷的關(guān)聯(lián)關(guān)系;4) 研究基于等溫局部加載條件控制的不均勻變形調(diào)控方法和理論;5) 研究高強(qiáng)鋁合金等溫低速變形機(jī)制；研究高強(qiáng)鋁合金等溫模鍛不均勻變形回復(fù)再結(jié)晶程度與變形條件的關(guān)系;6) 研究高強(qiáng)鋁合金等溫模鍛變形參數(shù)、模具結(jié)構(gòu)對(duì)鍛造過程金屬流變特性與流線形態(tài)的影響規(guī)律;7) 研制高強(qiáng)鋁合金承力鍛件；8) 研究典型件構(gòu)件幾何特征對(duì)蠕變成形回彈的影響規(guī)律；9) 研究蠕變成形操作的基本熱/力參數(shù)對(duì)構(gòu)件回彈的影響規(guī)律；10) 研究預(yù)處理（包括預(yù)先熱時(shí)效和預(yù)先形變時(shí)效等）對(duì)鋁合金蠕變成形析出強(qiáng)化相和性能的蠕變量的規(guī)律；11) 設(shè)計(jì)與制作成形過程中引入多能場的試驗(yàn)平臺(tái)；12) 研究典型結(jié)構(gòu)大規(guī)格鋁合金厚板在預(yù)拉伸變形條件下殘余應(yīng)力分布演化規(guī)律； 13) 研究熱處理和預(yù)拉伸工藝參數(shù)對(duì)鋁合金厚板殘余應(yīng)力的影響14) 板坯-構(gòu)件塑性變形微結(jié)構(gòu)特征的實(shí)驗(yàn)研究；15) 研究切削變形和加工表面完整性的影響規(guī)律；16) 研究超聲攪拌摩擦焊的焊縫成1) 揭示局部加載不同變形區(qū)及過渡區(qū)不均勻協(xié)調(diào)變形機(jī)理;2) 局部加載方式等多因素耦合與不均勻變形協(xié)調(diào)及成形缺陷的關(guān)聯(lián)模型;3) 不均勻變形調(diào)控方法和理論;4) 確定高強(qiáng)鋁合金等溫模鍛不均勻變形的回復(fù)與再結(jié)晶調(diào)控條件;5) 形成高強(qiáng)鋁合金復(fù)雜構(gòu)件等溫模鍛成形缺陷抑制的方法;6) 提高高強(qiáng)鋁合金鍛件的耐腐蝕性和斷裂韌性 10%;7) 形成等溫成形實(shí)驗(yàn)研究平臺(tái)；8) 建立基于構(gòu)件幾何特征與蠕變成形基本熱/力參數(shù)的回彈預(yù)測模型與計(jì)算方法；9) 初步探明構(gòu)件多能場蠕變成形的蠕變量與析出相協(xié)同調(diào)控規(guī)律；10) 建立成形過程中引入多能場的蠕變成形試驗(yàn)平臺(tái);11) 7000/2000 系鋁合金蠕變成形回彈量不大于 60%，典型構(gòu)件型面貼合度不大于 0.75mm;12) 獲得典型結(jié)構(gòu)毛坯內(nèi)部殘余應(yīng)力分布規(guī)律；13) 獲得厚板板坯內(nèi)應(yīng)力消減的機(jī)械方法技術(shù)方案；14) 揭示塑性變形對(duì)微結(jié)構(gòu)、殘余應(yīng)力的影響和作用機(jī)理；15) 揭示典型結(jié)構(gòu)零件加工精度和表面完整性的影響規(guī)律；16) 大型鋁合金預(yù)拉伸厚板內(nèi)應(yīng)力控制在±20MPa 以內(nèi);17) 闡明超聲產(chǎn)生攪拌摩擦焊接頭組織和性能及其演變規(guī)律；18) 揭示水下攪拌摩擦焊接溫度場特征，實(shí)現(xiàn)電子束焊接熔深控制；19) 獲得大型復(fù)雜梯度鈦合金構(gòu)件激光直接近凈成形熔池超常冶金動(dòng)力學(xué)行為的理論新認(rèn)識(shí)；年度 研究內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo)形、微觀組織、接頭性能及其與焊接工藝參數(shù)的變化規(guī)律；17) 分析汽化泡長大及遷移行為，模擬水介質(zhì)的流動(dòng)特征；建立攪拌摩擦焊接產(chǎn)熱模型，模擬分析焊接溫度場的形態(tài)及特征；18) 研究電子束焊接匙孔形成過程中反沖金屬蒸汽行為，建立金屬蒸汽行為的物理模型；通過試驗(yàn)分析焊縫成形，對(duì)熔透點(diǎn)位置進(jìn)行分類研究，對(duì)深熔焊時(shí)熔深的大小進(jìn)行預(yù)測；19) 大型復(fù)雜梯度鈦合金構(gòu)件激光直接近凈成形熔池超常冶金動(dòng)力學(xué)行為研究；20) 梯度鈦合金構(gòu)件激光直接近凈成形過程內(nèi)應(yīng)里形成規(guī)律與化學(xué)成分梯度演化規(guī)律研究；21) 超聲波對(duì)鋁合金熔體的凈化機(jī)制及參數(shù)匹配；22) 外場活化鋁合金熔體微細(xì)質(zhì)點(diǎn)的形核作用與機(jī)理，外場作用下非均勻形核及相變界面形態(tài)形成規(guī)律，熔體宏觀傳熱流動(dòng)與微觀相變動(dòng)力學(xué)； 23) 無外場條件下冷卻條件對(duì)鑄造組織的影響規(guī)律；24) φ500mm 7B50 合金的電磁/超聲波外場鑄造工藝實(shí)驗(yàn)研究。20) 建立構(gòu)件梯度成分控制方法；21) 激光直接近凈成形梯度鈦合金典型結(jié)構(gòu)試驗(yàn)件尺寸達(dá)到300mm×40mm×40mm；22) 建立外場作用下的凝固動(dòng)力學(xué)模型；23) φ500mm 7B50 合金錠坯等軸細(xì)晶，晶粒尺寸小于 200μm；24) 發(fā)表論文 33-43 篇、申請專利 7-11 項(xiàng)；第1) 研究鈦合金構(gòu)件材料力學(xué)性能和微觀組織的關(guān)聯(lián)關(guān)系；2) 研究不均勻變形協(xié)調(diào)對(duì)材料微觀組織演化、缺陷的作用機(jī)制；3) 研究局部加載多場耦合作用下微觀組織演化、力學(xué)性能及缺陷的預(yù)測與控制；4) 研究高強(qiáng)鋁合金等溫模鍛不均勻變形的回復(fù)再結(jié)晶組織的演變規(guī)律；1) 建立鈦合金構(gòu)件材料力學(xué)性能和微觀組織的關(guān)聯(lián)模型；2) 揭示不均勻變形協(xié)調(diào)對(duì)材料微觀組織演化、缺陷的影響規(guī)律；3) 建立等溫局部加載微觀組織演化、力學(xué)性能及缺陷的預(yù)測與控制方法和理論；4) 確立高強(qiáng)鋁合金復(fù)雜構(gòu)件等溫模鍛成形回復(fù)再結(jié)晶組織的調(diào)控方法與熱力條件；年度 研究內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo)三年5) 開展高強(qiáng)鋁合金等溫模鍛不均勻流動(dòng)填充變形的仿真模擬研究；6) 研究高強(qiáng)鋁合金等溫模鍛的高效潤滑劑；研究潤滑條件對(duì)模鍛件流線形態(tài)和表面質(zhì)量的影響;7) 研究成形過程中多能場特性參數(shù)對(duì)析出強(qiáng)化相位向效應(yīng)的影響規(guī)律；8) 研究構(gòu)件成形過程中多能場特性參數(shù)對(duì)典型構(gòu)件成形精度的影響規(guī)律；9) 研究多能場蠕變成形構(gòu)件的承載特性;10) 研究厚板熱處理-預(yù)拉伸-高速切削工藝過程中殘余應(yīng)力分布規(guī)律；11) 研究大型整體薄壁零件和大懸伸刀具等弱剛性工藝系統(tǒng)的高效數(shù)控加工工藝參數(shù)規(guī)范；12) 研究壁板幾何結(jié)構(gòu)特征與高速切削方式關(guān)聯(lián)機(jī)制；13) 研究整體配合要求下構(gòu)件協(xié)調(diào)形變位移、殘余應(yīng)力對(duì)構(gòu)件整體形狀與尺寸的影響；14) 研究超聲波對(duì)組織不均勻性、弱結(jié)合缺陷的控制作用；15) 分析水下攪拌摩擦焊接區(qū)晶粒的形態(tài)、尺寸和取向，研究沉淀相的溶解、析出、長大和分布，確定接頭微觀組織隨焊接工藝參數(shù)的演變規(guī)律；16) 研究電子束焊接氣孔形核特點(diǎn)及氣孔逸出規(guī)律，分析氣孔的生成位置及形成機(jī)理，建立相應(yīng)的模型，提出抑制氣孔產(chǎn)生的方法；17) 大型復(fù)雜梯度鈦合金構(gòu)件激光直接近凈成形熔池非均質(zhì)熔體非平衡快速凝固行為與凝固組織5) 確立高強(qiáng)鋁合金復(fù)雜構(gòu)件等溫模鍛精確成形調(diào)控方法；6) 探明高強(qiáng)鋁合金壁板構(gòu)件蠕變成形/成性協(xié)同的多能場加載路徑；7) 建立多能場蠕變成形操作參數(shù)的回彈預(yù)測模型與計(jì)算方法；8) 構(gòu)建大型鋁合金薄壁構(gòu)件切削加工表面及內(nèi)部殘余應(yīng)力的多尺度預(yù)測模型；9) 建立高效數(shù)控加工工藝參數(shù)規(guī)范；10) 建立最小能耗切削工藝模型，為提高壁板結(jié)構(gòu)損傷容限創(chuàng)造條件；11) 建立協(xié)調(diào)形變位移分析方法以及大型薄壁構(gòu)件的協(xié)調(diào)形變位移與殘余應(yīng)力再分布的映射關(guān)系；12) 實(shí)現(xiàn)接頭微觀組織及缺陷的控制技術(shù)；13) 闡明水下攪拌摩擦焊接頭微觀組織的演變規(guī)律；14) 提出電子束焊接氣孔的抑制方法；15) 獲得大型復(fù)雜梯度鈦合金構(gòu)件激光直接近凈成形快速凝固組織形成規(guī)律的理論新認(rèn)識(shí)；16) 獲得激光直接近凈成形大型復(fù)雜梯度鈦合金構(gòu)件固態(tài)相變行為的理論新認(rèn)識(shí)；17) 建立激光直接近凈成形鈦合金構(gòu)件梯度組織控制技術(shù)；18) 揭示外場參數(shù)與鑄造工藝參數(shù)之間的匹配規(guī)律;19) 厚度 600mm 7B50 合金錠坯等軸細(xì)晶，晶粒尺寸小于 200μm;20) 發(fā)表論文 51-62 篇；申請專利 9-13 項(xiàng)。年度 研究內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo)形成規(guī)律研究；18) 激光直接近凈成形大型復(fù)雜梯度鈦合金構(gòu)件熱處理工藝及其特種顯微組織研究；19) 梯度組織控制技術(shù)研究；20) 研究電磁場對(duì)凝固過程的影響，建立電磁場作用下的凝固動(dòng)力學(xué)模型；21) 厚度 600mm 7B50 合金扁錠的電磁/超聲波外場鑄造工藝實(shí)驗(yàn)研究。22) 電磁/超聲波主參數(shù)與 鑄造工藝參數(shù)的匹配。第四年1) 研究多場耦合作用下預(yù)成形毛坯優(yōu)化設(shè)計(jì)與多道次變形之間的耦合作用；2) 研究預(yù)成形毛坯優(yōu)化設(shè)計(jì)、局部加載道次及道次變形量與溫度的確定方法；3) 研究基于多尺度、全過程建模仿真的大型整體構(gòu)件局部加載成形全過程及模具優(yōu)化設(shè)計(jì)與精確控制；4) 研究高強(qiáng)鋁合金等溫模鍛鍛件固溶時(shí)效組織特征及演變規(guī)律；5) 研究高強(qiáng)鋁合金等溫模鍛鍛件的斷裂腐蝕行為；6) 研制高強(qiáng)鋁合金承力鍛件;7) 研究坯料初始織構(gòu)組態(tài)和析出相的位向效應(yīng)對(duì)構(gòu)件各向異性的耦合影響規(guī)律；8) 研究構(gòu)件成形精度、性能與多能場蠕變成形參數(shù)間的映射規(guī)律；9) 研究蠕變成形對(duì)大弧度壁板的彎曲與局部增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性。10) 研究材料殘余應(yīng)力分布對(duì)大型鋁合金薄壁構(gòu)件服役性能的影響規(guī)律；11) 研究切削工藝等對(duì)薄壁構(gòu)件銑1) 建立預(yù)成形毛坯優(yōu)化設(shè)計(jì)方法；2) 形成預(yù)成形毛坯優(yōu)化設(shè)計(jì)、局部加載道次及道次變形量與溫度的確定方法和理論；3) 建立基于多尺度、全過程建模仿真的大型整體構(gòu)件局部加載成形全過程及模具優(yōu)化設(shè)計(jì)與精確控制方法和理論；4) 形成投影面積 2～3 m2鈦合金整體隔框類構(gòu)件近凈省力成形技術(shù)原型；5) 揭示高強(qiáng)鋁合金回復(fù)亞晶組織強(qiáng)韌耐蝕作用機(jī)理；6) 提高高強(qiáng)鋁合金鍛件的耐腐蝕性和斷裂韌性 20%，為大運(yùn)機(jī)用高強(qiáng)鋁合金承力鍛件（4850×1180×120mm）的研制提供技術(shù)支撐；7) 建立蠕變成形構(gòu)件/材料一體化調(diào)控原理與技術(shù)；8) 建立整體壁板構(gòu)件的多能場蠕變成形技術(shù)原型；9) 7000/2000 系鋁合金蠕變成形回彈量不大于 50%，典型構(gòu)件型面貼合度不大于 0.5mm；10) 建立加工表面/亞表面特性演變年度 研究內(nèi)容 預(yù)期目標(biāo)削變形作用規(guī)律；12) 研究構(gòu)件主傳力纖維方向的順應(yīng)設(shè)計(jì)、選擇性結(jié)構(gòu)增強(qiáng)設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)損傷容限的關(guān)聯(lián)機(jī)制；13) 研究協(xié)調(diào)過程中鋁合金薄壁構(gòu)件形變位移對(duì)氣動(dòng)外形精度的影響。14) 建立超聲攪拌摩擦焊的熱－力－流仿真模型，研究超聲能場與攪拌摩擦焊各物理場的耦合關(guān)系及其作用機(jī)