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王华明获2012年度国家技术发明一等奖的突破性技术

2013-08-21 00:06
Hsiao Chen
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  今年初,北京航空航天大学王华明教授团队取得的“飞机钛合金大型复杂整体构件激光成形技术”成果,荣获2012年度国家技术发明一等奖。王华明团队针对难加工大型复杂关键构件激光快速成型技术中的一系列问题,提出了内应力离散控制等新方法,突破了飞机用钛合金大型主承力构件激光成型技术中的瓶颈,成功地制造出大尺寸、复杂结构、性能符合要求的钛合金主承力关键构件。相关研究成果已在我国大型飞机等多型飞机的研制和生产中得到应用,成为世界上率先实现装机工程应用的国家。

  该项成果的产生与国家自然科学基金面上项目、重点项目和杰出青年科学基金项目等的前期资助密切相关,通过基金及时、长期、持续的资助,该研究团队对零件内应力演化规律与变形开裂行为、非平衡凝固组织形成规律及内部缺陷形成机理等基础问题的认识和理解不断深入,并提出了有针对性的微观组织调控和内应力离散控制等新思路,为随后的关键性技术突破奠定了扎实的基础。

  激光快速成型技术,是在计算机辅助设计(CAD)生成的三维实体模型基础上,以金属粉末或丝材为原材料,采用激光束熔化并逐层堆积,最终“堆”出结构复杂构件的技术。激光快速成型完全不同于传统加工中“去除”多余部分的思路,而是直接从零开始“堆积”形成,具有数字化、短周期、低成本和绿色等特点,在诸多领域,尤其是是航空、航天等装备和生产领域有重要的应用前景。

  王华明团队联合沈阳飞机设计研究所、第一飞机设计研究院、西飞公司、中国商用飞机有限责任公司等单位,针对钛合金等难加工大型构件的激光成形,从基础理论、关键技术、应用基础和工程等不同层次上进行了十几年的持续、系统的研究,解决一系列瓶颈问题。该团队制造出了我国飞机中迄今尺寸最大、结构最复杂的钛合金主承力关键构件,并且构件综合力学性能达到或超过锻件。该项研究成果已在我国包括大型飞机在内的等多型飞机研制和生产中得到工程应用,并使我国成为迄今世界上唯一表明我国已经突破了飞机钛合金大型主承力构件激光成形技术的瓶颈,成为世界上率先并实现装机工程应用的国家。

  钛合金等大型整体关键结构件在激光快速成形过程中,同时发生着激光/粉末交互作用、移动熔池、非稳态热质传输、超高温度梯度和熔体的快速凝固、缺陷和内应力演化等复杂过程,非常容易发生零件的严重变形与开裂。此外,在大型整体金属构件长时间激光熔化沉积过程中,移动熔池超常冶金动力学及其非平衡快速凝固,直接决定了最终零件的晶粒形态、尺寸、晶体取向、晶界结构、化学成分均匀性等参数,而且表现出对激光快速成形过程的高度敏感性和多变特性。因此,零件内部沉积层与沉积层之间、沉积道与沉积道之间、单一沉积层内部等局部区域很容易产生各种特殊的内部冶金缺陷。

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