等离子熔积-微连铸连轧复合直接精确成形高性能零件

为解决大中型高性能金属零件直接成形技术发展与实用化的瓶颈-成形性和性能可靠性问题，借鉴连铸连轧新技术的基本思路，率先提出等离子熔积生长成形与微连铸连轧受迫成形同动复合的直接精确成形新方法。在生长成形过程中对半凝固/凝固微区施加粘塑性变形，可减轻或消除拉应力、防止变形和开裂，同时改善成形性和组织，可望得到与锻件相当的综合力学性能，实现高性能零件的形状尺寸与组织性能的一体化创成。探索在该复合成形过程中呈时空循环变化的传热传质与微区塑性加工的热力学和运动力学条件下热应力和组织演变规律，通过宏微观多尺度模拟和实验研究揭示电磁-热力-机械力复合能量场作用的混态场超常态成形条件下残余应力与组织性能控制机理，掌握微连铸连轧与熔积成形工艺条件对成形性和组织性能的影响规律及合理匹配规则，为航空、能源等国家战略产业关键零部件的优质高效低成本制造提供自主创新型核心技术基础支持，并发展短流程绿色制造科学理论。

针对高性能金属件传统制造流程长能耗大以及目前常规增材成形制件变形、破裂难以避免，且性能可靠性未达到锻件水平的实用化技术瓶颈，本项目提出并研究等离子熔积与微型轧制复合的高效增材成形新方法、理论、装置和工艺，为大型高性能金属零件的高效直接制造开辟实用化新途径，为新一代高性能航空发动机的低成本快速开发提供高竞争力的我国独创领先技术储备。.项目组独立研制开发了熔积—微轧复合直接成形设备，研究建立了熔积—轧制柔性同动运动轨迹姿态、速度和压力控制模型及其控制软件系统。利用自主研制的实验设备，研究了复合成形制件成形性、组织与力学性能特点探索了碳钢微铸轧复合成形工艺，获得了12级超细等轴晶超高强度钢，用独创的增材制造方法创制出飞机起落架材料A100强度超过2100MPa,攻克了低成本钢线材熔积成形性极低和增材制造金属制件各向异性疲劳强度不高的国际难题。研究结果表明：与自由熔积成形相比，同步复合轧制使熔积成形热影响区减小，有效避免了多层熔积的热裂；变革了常规自由熔积成形的发达柱状晶组织特征，创制出均匀取向等轴超细晶组织，大幅度显著改善了韧性和组织性能均匀性，提高了强度与硬度。用有限元法模拟了微铸轧成形过程应力应变分布，发现微铸轧缩短了熔积成形高温滞留的区域，而且通过压缩产生表面延展变形和较强的压应力状态，用FVM-CA法实现了宏微观跨尺度模拟，揭示了复合成形能抑制热裂与翘曲变形、提高强韧性、以及半固态轧制形变诱导动态再结晶使自由成形的粗大柱状晶组织演变为超细等轴晶的机理，取得的理论研究成果丰富和发展了智能制造理论和绿色制造方法。将复合成形专利技术应用于西飞大飞机蒙皮热压成形模具型腔和西航发动机过渡段毛坯的制造，性能指标超过锻件水平,冶金质量达到乌克兰航空发动机要求。.申请国家发明专利7项、获得国际发明专利1项和软件著作权1项。发明的技术与设备在成形原理、机构紧凑灵活性、发明时间上均领先于国际著名的电弧增材制造权威机构英国CRANFIELD大学，系我国独创国际领先的高性能高效率低成本电弧增材制造技术，在航空航天、舰船、海工、核能和兵器等领域的高性能高可靠性关键金属零件制造方面有重大而广阔的应用前景。.发表学术期刊论文26篇、国际会议论文7篇。培养硕士生10人，博士生4人。