航空航天用高性能轻合金大型复杂结构件制造的基础研究
镍钛记忆合金增材制造技术研究进展及其在航空领域的应用前景
镍钛记忆合金增材制造技术研究进展及其在航空领域的应用前景赵兴科【摘要】镍钛合金具有特异的形状记忆效应与超弹性、高阻尼性、良好的机械性能,是制造驱动器、阻尼器等的功能结构材料.由于镍钛合金的熔炼制备与机加工性能较差,目前应用的镍钛合金构件通常外形简单且尺寸较小,限制了其在航空等领域大型结构件中的应用.金属增材制造技术为形状复杂的大型镍钛合金构建的制造开辟了新途径.综述了镍钛合金的增材制造技术的现状,并举例说明其在航空制造领域中的应用.【期刊名称】《航空制造技术》【年(卷),期】2016(000)012【总页数】11页(P32-41,48)【关键词】镍钛记忆合金;增材制造技术;航空应用【作者】赵兴科【作者单位】北京科技大学材料科学与工程学院,北京100083【正文语种】中文镍钛形状记忆合金（以下简称镍钛合金）是功能材料的优秀代表，因其特异的形状记忆效应与超弹性、高阻尼性、高耐腐蚀性及优良的生物相容性等，已在众多领域获得了卓有成效的应用[1]。
多孔镍钛合金除了秉承镍钛合金的上述优良特性外，同时又有着密度小、变形量大、力学性能可调等特点，特别适合制造轻质驱动器、高阻尼减振器件及人工骨骼等功能结构件[2-3]。
通常，致密镍钛合金是以熔炼方式制备，而多孔镍钛合金采用粉末冶金方法制备[4]。
然而，限于镍钛合金的熔点较高（1310℃）、化学活性大以及机加工性能差[5]，目前常规的熔炼方法或粉末冶金方法制备的镍钛合金多为外形简单的小型器件，严重制约了镍钛合金的性能提高和应用推广。
增材制造（AM）是近年来出现的一类利用计算机辅助的精密制造技术。
金属增材制造是按照数值化模型，通过连续堆积方式，实现从金属原料到复杂结构金属制品的无模具、快速、近净成形[6]。
金属增材制造技术为制备形状复杂、孔隙结构可控、大尺寸镍钛合金构件开辟了崭新途径，使航空结构用镍钛记忆合金驱动和阻尼构件的制造成为可能。
目前，镍钛合金增材制造技术的研究和开发尚处于初始阶段，美国、欧洲工业发达国家在该领域处于领先地位，出现了多种不同形式的镍钛合金增材制造技术（见表1）。
金属多材料增材制造研究现状与展望
第14卷 第2期 精 密 成 形 工 程2022年2月JOURNAL OF NETSHAPE FORMING ENGINEERING129收稿日期：2021-04-24基金项目：2020年度河南省高校科技创新团队支持计划（20IRTSTHN015）；江苏省盐城市“515”创新领军人才项目（盐委[2020]40号）；河南省科技攻关项目（202102210087）；郑州市科技局产学研项目（郑科函[2020]3号） 作者简介：郭照灿（1993—），男，硕士生，主要研究方向为双金属复层材料组织与性能。
通讯作者：张德海（1973—），男，博士，教授，主要研究方向为先进材料成形过程控制及其交叉学科。
金属多材料增材制造研究现状与展望郭照灿1，张德海1，何文斌1，杨光露1,2，李军恒1，付亮1（1. 郑州轻工业大学 机电工程学院，郑州 450002；2. 河南中烟工业有限责任公司南阳卷烟厂，河南 南阳 473007）摘要：当代社会对产品的功能及性能的要求越来越高，苛刻的使役条件要求零件具有功能耦合、多环境适应的能力。
金属多材料增材制造技术相比传统制造技术具备更大的优势，在航空航天、汽车工业、电力行业、生物医学等领域中均具有广阔的应用前景。
研究了电子束增材制造、电弧增材制造和冷喷涂增材制造在金属多材料增材制造中的应用现状以及最新发展。
重点研究了金属多材料增材制造技术在宏观成形精度、微观组织缺陷和粒子界面结合中存在的关键问题。
最后，指出了金属多材料增材制造技术在材料种类、基础理论、零件复杂度、质量控制等方面的发展趋势。
将为金属多材料应用于增材制造技术提供新的思路和借鉴价值。
关键词：多材料；增材制造；微观组织；成形精度DOI ：10.3969/j.issn.1674-6457.2022.02.020中图分类号：TH16 文献标识码：A 文章编号：1674-6457(2022)02-0129-09Research Status and Prospect of Metal Multi-Material Additive ManufacturingGUO Zhao-can 1, ZHANG De-hai 1, HE Wen-bin 1, YANG Guang-lu 1,2, LI Jun-heng 1, FU Liang 1(1. School of Mechanical and Electrical Engineering, Zhengzhou University of Light Industry, Zhengzhou 450002, China;2. Nanyang Cigarette Factory, China Tobacco Henan Industrial Co., Ltd., Nanyang 473007, China) ABSTRACT: Contemporary society has higher and higher requirements for the function and performance of products and de-manding service conditions require parts to have the ability of functional coupling and multi-environment adaptation. Metal multi-material additive manufacturing technology has greater advantages than traditional manufacturing technology, and has broad application prospects in aerospace, automobile industry, electric power industry, biomedicine and other fields. The appli-cation status and recent development of electron beam additive manufacturing, arc additive manufacturing and cold spraying ad-ditive manufacturing in metal multi-material additive manufacturing were studied. The key problems of metal multi-material additive manufacturing technology in macroscopic forming accuracy, microstructure defects and particle interface bonding were investigated. Finally, the development trend of metal multi-material additive manufacturing technology in material types, basic theory, part complexity, quality control and other aspects was pointed out. The work will provide new ideas and reference value for the application of metal multi-material in additive manufacturing technology. KEY WORDS: multi-material; additive manufacturing; microstructure; forming precision. All Rights Reserved.130精密成形工程 2022年2月随着高新技术产业的快速发展，对产品功能及性能的要求越来越高。
大型航空关键构件整体精密模锻成形技术研究进展
大型航空关键构件整体精密模锻成形技术研究进展
周杰;刘左发;屈志远;王航;张鹏;王周田
【期刊名称】《航空制造技术》
【年(卷),期】2023(66)5
【摘要】随着航空产业的快速发展,大型、整体、精密和高性能的模锻件在航空关键构件中的占比不断提高。
航空关键构件尺寸的增大、复杂程度的增加以及材料强度的提高,给大型航空关键构件的整体模锻成形带来了巨大挑战。
首先介绍了实现大型航空关键构件整体模锻成形面临的关键挑战以及解决途径,然后综述了整体精密模锻成形技术在典型大型航空关键构件如飞机承力框、起落架和发动机涡轮盘中的研究进展,最后对大型航空关键构件整体模锻成形技术的未来发展前景进行了展望。
【总页数】12页(P14-25)
【作者】周杰;刘左发;屈志远;王航;张鹏;王周田
【作者单位】重庆大学先进模具智能制造重庆市重点实验室;重庆大学材料科学与工程学院;中国第二重型机械集团德阳万航模锻有限责任公司
【正文语种】中文
【中图分类】TG3
【相关文献】
1.航空整体结构件加工变形控制与校正关键技术
2.航空整体结构件高效高精度加工关键技术研究(上)
3.航空整体结构件高效高精度加工关键技术研究(下)
4.航空航天复
杂曲面构件精密成形技术的研究进展5.应用于装备轻量化铝合金构件液态模锻成形技术的研究进展
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铝合金、镁合金在航天中的应用
铝合金、镁合金在航天器上的应用实例摘要：随着中国航天事业的发展，未来的航天器将朝着长寿命、大型化、高承载、轻量化、高尺寸稳定性，以及耐受复杂空间环境等方向发展，其中离不开材料的发展。
本文就其中应用比较广泛的铝合金和镁合金，对其在航天器中的应用实例进行介绍以及关键的制造技术与发展方向进行介绍。
关键词：铝合金镁合金应用制造技术1引言我国航天事业的未来发展重点包括：载人航天空间站、高分辨率对地观测系统、深空探测、空间科学、在轨服务平台和激光通信卫星等。
这些航天器的特点是：长期在轨运行、体积和质量大幅增加、需要配置更多的载荷和燃料、承受更加复杂的空间环境，对形状精度及其保持能力要求更高。
为满足上述需求，航天器未来将朝着长寿命、大型化、高承载、轻量化、高尺寸稳定性，以及耐受复杂空间环境等方向发展。
[1]长寿命：空间站在轨密封寿命达10年，通信卫星在轨寿命要求12年-15年，星际探测器可能在轨道上飞行20年以上。
大型化：空间站大型舱体结构直径将超过4m，长度15m以上；卫星外包络直径4m以上；未来载人登月舱体外包络直径达到10m以上；另外，对于空间站、大型通信卫星等航天器，需配置大型可展结构，如大型太阳翼、天线等。
高承载：空间站结构承载能力将达25t ；“十二五”期间，大型卫星结构承载能力9t，未来可能达15t；载人登月着陆器承载能力达30t以上。
轻量化：结构占航天器总质量的百分比下降到6%甚至更低。
高尺寸稳定性：要求航天器结构单向变形比达到0.1ppm/℃量级，以减小在空间交变热环境对载荷指向精度的影响。
[2]耐受复杂空间环境：如耐受月面-180℃-150℃的交变温度环境、其它行星表面环境，以及再入和行星进入热环境等。
而材料是形成航天器结构的基础，航天器结构的性能和可靠性在很大程度上取决于材料的性能。
为了降低航天器结构的重量、提高结构的刚度和强度，虽然可以在结构型式、尺寸等方面进行各种设计和改进，但最直接和最有效的途径是选择密度小而弹性模量和强度高的材料。
热处理时效时间对激光增材制造Al-Mg-Sc-Zr_合金拉伸性能的影响研究
精 密 成 形 工 程第16卷 第5期 48JOURNAL OF NETSHAPE FORMING ENGINEERING 2024年5月收稿日期：2024-01-29 Received ：2024-01-29基金项目：国家重点研发计划（2022YFB4602300）Fund ：National Key R&D Program of China (2022YFB4602300) 引文格式：段宇航, 王磊磊, 郝璐静, 等. 热处理时效时间对激光增材制造Al-Mg-Sc-Zr 合金拉伸性能的影响研究[J]. 精密成形工程, 2024, 16(5): 48-54.DUAN Yuhang, WANG Leilei, HAO Lujing, et al. Effect of Heat Treatment Aging Time on Tensile Properties of Laser Additive Manufactured Al-Mg-Sc-Zr Alloy[J]. Journal of Netshape Forming Engineering, 2024, 16(5): 48-54. *通信作者（Corresponding author ）热处理时效时间对激光增材制造Al-Mg-Sc-Zr合金拉伸性能的影响研究段宇航，王磊磊*，郝璐静，原帅超，赵艳秋，占小红（南京航空航天大学 材料科学与技术学院，南京 211106）摘要：目的 研究热处理时效时间对激光增材制造Al-Mg-Sc-Zr 合金微观组织与拉伸性能的影响，揭示微观组织与力学性能的内在关联机制。
方法 采用控制单一变量的试验方法进行时效热处理，设定保温温度为325 ℃，冷却方式为空冷，在不同保温时间（2、4、6、8 h ）下进行组织与性能共通性及差异性分析。
结果 经325 ℃时效热处理4 h 后，在激光增材制造Al-Mg-Sc-Zr 高强铝合金中形成了Al 3Sc 、Al 3(Sc,Zr)析出相，抗拉强度达到最大值486 MPa ，相较于未热处理，提升了21.8%，随着保温时间的进一步延长，析出相的高温停留时间变长，组织形核长大，Al 3Sc 、Al 3(Sc,Zr)强化相尺寸明显增大，最大尺寸可达0.6 μm 。
轻合金高压、低压、挤压、差压、半固态等铸造工艺与装备研发生产方案(一)
轻合金高压、低压、挤压、差压、半固态等铸造工艺与装备研发生产方案一、背景随着制造业的飞速发展，轻合金材料在汽车、航空航天、电子通信等领域的应用越来越广泛。
其中，高压、低压、挤压、差压和半固态等铸造工艺在轻合金制造中扮演着关键角色。
然而，当前市场上，工艺与装备的结合尚存在诸多不足，急需升级与改进。
本方案旨在提供一种全面、先进的轻合金铸造工艺与装备研发生产方案。
二、工作原理1.高压铸造：通过高压注射器将液态轻合金注入模具，冷却后获得所需形状的铸件。
此方法适用于生产大型、结构复杂的轻合金部件。
2.低压铸造：在低压下将液态轻合金注入模具，使其缓慢冷却凝固。
此方法适用于生产中小型、对细节要求高的轻合金部件。
3.挤压铸造：将液态轻合金注入模具，通过外部压力将金属填充到模具的细微部分，冷却后获得精确形状的铸件。
此方法适用于生产需要高精度、高强度的小型轻合金部件。
4.差压铸造：利用外部气压或真空度与模具内部气压的差异，将液态轻合金吸入模具，冷却后获得铸件。
此方法适用于生产大型、结构复杂的轻合金部件，能够减少气孔等缺陷。
5.半固态铸造：将轻合金在凝固点附近进行搅拌，使其处于半固态状态，然后注入模具。
此方法适用于生产具有特殊性能要求的大型轻合金部件，如飞机起落架等。
三、实施计划步骤1.市场调研与需求分析：深入了解各行业对轻合金铸造工艺与装备的需求，为研发提供方向。
2.技术研究与开发：结合现代制造技术，对高压、低压、挤压、差压、半固态等铸造工艺与装备进行深入研究，开发具有自主知识产权的技术。
3.工艺优化与实验验证：根据市场需求和技术研究结果，对各种工艺进行优化调整，并通过实验验证其有效性。
4.装备设计与制造：根据优化后的工艺需求，设计相应的铸造装备，确保其高效、稳定和安全。
5.市场推广与应用：将研发成功的工艺与装备推向市场，提供技术支持和售后服务，确保客户能够充分利用其价值。
四、适用范围本方案适用于汽车、航空航天、电子通信等行业的轻合金铸造工厂，为其提供全面、先进的铸造工艺与装备解决方案。
TiAl合金精密成形技术发展现状及展望
精 密 成 形 工 程第14卷 第1期 44 JOURNAL OF NETSHAPE FORMING ENGINEERING2022年1月收稿日期：2021-08-16基金项目：国家重点研发计划（2020YFB2008300）作者简介：谢华生（1966—），男，博士，研究员，主要研究方向为先进钛合金精密成形技术。
TiAl 合金精密成形技术发展现状及展望谢华生，刘时兵，赵军，张志勇，包春玲（沈阳铸造研究所有限公司 高端装备轻合金铸造技术国家重点实验室，沈阳 110022） 摘要：TiAl 合金是一种优异的轻质耐高温结构材料，在航空、航天、汽车、兵器等热端部件制造领域具有广阔的应用和发展前景，但其较低的室温塑性、韧性和较差的冷/热加工性能，限制了其工程化的进程。
为挖掘TiAl 合金的应用潜力，国内外研究机构和企业从材料设计、组织性能调控到成形工艺等方面开展了卓有成效的研究。
总结了近年来国内外在TiAl 合金精密成形领域的研究进展，包括精密铸造、铸锭冶金、粉末冶金和增材制造技术，目前，TiAl 合金精密铸造叶片和热加工叶片已成功应用到航空发动机上，粉末冶金成形和增材制造技术在复杂构件成形和板材成形上体现出独特优势，但仍需在低成本化和工艺稳定性上进一步提升。
关键词：TiAl 合金；精密成形；精密铸造；铸锭冶金；粉末冶金；增材制造 DOI ：10.3969/j.issn.1674-6457.2022.01.006中图分类号：TG146.2 文献标识码：A 文章编号：1674-6457(2022)01-0044-11Development Status and Prospect of Precision Forming Technology for TiAl Alloy XIE Hua-sheng , LIU Shi-bing , ZHAO Jun , ZHANG Zhi-yong , BAO Chun-ling(State Key Laboratory of Light Alloy Casting Technology for High-end Equipment, ShenyangResearch Institute of Foundry, Co., Ltd., Shenyang 110022, China)ABSTRACT: As an excellent lightweight and high temperature resistant structural material, TiAl alloy has wide application and development prospect in hot end components for aviation, aerospace, automobile, weapons, etc. However, due to its poor cold and hot workability, low room temperature plasticity and fracture toughness, there are still great obstacles in further engineering. To tap the application potential of TiAl alloy, research institutions and enterprises all over the world have carried out fruitful re-search from material design, microstructure and property regulation to forming process. The work summarized the research pro-gress in precision forming of TiAl alloy in recent years, including investment casting, ingot metallurgy, powder metallurgy and additive manufacturing technology. At present, TiAl alloy investment casting blades and hot working blades have been success-fully applied to aeroengines. Powder metallurgy forming and additive manufacturing technology show unique advantages in complex component forming and sheet metal forming. However, they still need to be further improved in terms of low cost and process stability.KEY WORDS: TiAl alloy; precision forming; investment casting; ingot metallurgy; powder metallurgy; additive manufacturingTiAl 合金是一种新型的耐高温结构材料，具有低密度（3.8~4.2 g/cm 3）、高比强、高比刚、优异的高温抗蠕变和抗氧化等性能，在600~1000 ℃温度下应用极具竞争力。
轻质高强材料在航空航天领域的应用研究
轻质高强材料在航空航天领域的应用研究随着现代化技术的飞速发展，人们对于航空航天领域的要求越来越高。
为了达到更安全、更高效、更环保的目标，轻质高强材料成为一种必然的趋势。
本文将探讨轻质高强材料在航空航天领域的应用研究。
一、现状介绍目前，航空航天领域的主要材料为金属材料、复合材料、高温合金等。
但这些材料对于重量、抗拉强度、阻燃性等方面的要求却难以同时满足。
因此，轻质高强材料的应用成为了一个非常值得关注的方向。
二、轻质高强材料的种类及特点1.碳纤维复合材料碳纤维复合材料是一种具有轻质高强、高刚性、抗腐蚀性好、电绝缘性等优点的材料。
它的使用可以减轻重量，增强结构的耐久性，同时增加载荷和速度。
这种材料广泛应用于飞行器的结构件中，如结构框架、梁、机翼、尾翼等。
2.镁合金镁合金是一种轻质高强度金属，比铝合金轻约30%。
它的密度非常小，仅为铝的2/3，同时它的拉伸强度也非常高。
这使得镁合金成为一种很好的飞机结构材料选择。
它可以用于制造各种组件和零部件，如起落架、发动机外罩、驾驶舱结构、座椅等。
3.钛合金钛合金是一种采用钛、铝、硅等材料合成的金属合金。
它具有轻质、高强度、耐腐蚀、热膨胀系数小等特点。
这种材料非常适合用于制造超音速及高空飞行器等。
钛合金的使用可以有效减轻飞行器的重量，并且可以提高结构件的强度和稳定性。
三、研究与应用现状1.碳纤维复合材料碳纤维复合材料在航空领域的应用已经非常广泛。
例如，波音公司的747、777、787、737 Max等机型中都采用了大量的碳纤维结构件。
除此之外，欧洲航天局的地球观测卫星Sentinel也采用了碳纤维结构件。
该卫星是欧洲最复杂的科学卫星之一，是用于观测全球环境和气候变化的核心元件。
2.镁合金镁合金在航空领域的应用也很广泛。
例如，中国商用飞机公司ARJ21的飞机结构中使用了10%的镁合金材料。
这为飞机的整体重量节约了很大的空间。
另外，空中客车公司的A380超大型客机也采用了镁合金材料制造。
航空科技中的新型材料研究与应用
航空科技中的新型材料研究与应用随着现代航空事业的快速发展，新型材料的研究与应用已经成为航空科技领域的一个重要方向。
新型材料具有高强度、轻量化、耐高温、耐腐蚀、高刚性等优点，可以提高航空器的性能和效率，同时降低其重量和燃料消耗。
本文将就航空科技中的新型材料研究与应用作一探讨。
1. 碳纤维材料碳纤维材料是当今航空材料中应用最广泛的一种，其具有高塑性、高强度、低密度、高模量等优异特性。
碳纤维材料广泛应用于制造飞机的机身和机翼等重要部件，如波音787、空客A380等大型客机，以及各种动力机械的涡轮叶片、涡轮盘等高速旋转的部件。
碳纤维具有非常广泛的应用前景，其不仅可以应用于航空领域，也可以应用于火箭、导弹、汽车、体育器材等领域，具有较好的市场前景。
2. 金属基复合材料金属基复合材料同时具有金属和非金属的优点，因此在材料硬度、韧性、强度、导热性和耐磨性等方面都有很好的性能表现。
金属基复合材料的研发和应用可以弥补金属材料在低温，高温等环境下性能的不足，同时也可以提高复合材料的强度和硬度特性。
金属基复合材料在航空领域中应用非常广泛，如制造飞机的结构支撑件、起落架、发动机外罩、减震支架等重要部件。
此外，金属基复合材料也可以应用于汽车、火车等交通运输领域、船舶和建筑等领域。
3. 超高强度钛合金钛合金是一种非常重要的航空材料，其强度、韧性、轻量化和耐腐蚀性能非常出色，在高温、耐磨等环境下性能稳定。
超高强度钛合金是近年来钛合金研究的重点之一，其强度比一般钛合金提高了约15%以上。
超高强度钛合金不仅可以用于制造固定翼飞机的大型结构件，如机翼、机身、发动机外罩、起落架等，还可以用于直升机的桨叶、涡轮发动机、导弹发动机等领域。
超高强度钛合金还可以应用于人工骨骼、高压管路、航天器的部件等方面，具有很好的市场前景。
4. 纳米材料纳米材料在航空领域中处于非常重要的地位，其具有独特的物理、化学、生物学特性和微观结构，可以用于制造轻质高强度的航空材料。
铸造镁合金和变形镁合金_概述说明以及解释
铸造镁合金和变形镁合金概述说明以及解释1. 引言1.1 概述镁合金作为一种重要的轻质结构材料，在工业生产和科学研究领域得到了广泛应用。
其中，铸造镁合金和变形镁合金是常见的两种镁合金品种。
本文将对铸造镁合金和变形镁合金进行概述、说明以及解释，探讨它们的加工方法、特性与应用、优缺点，并对两者进行对比分析，包括异同点、应用领域的区别，同时展望其发展趋势与前景。
1.2 文章结构本文主要分为五个部分。
引言部分概述了文章内容，并介绍了铸造镁合金和变形镁合金的研究背景和意义。
第二部分讲述了铸造镁合金，包括其铸造工艺、特性与应用以及优缺点。
第三部分则关注于变形镁合金，详细介绍了它的加工方法、特性与应用以及优缺点。
在第四部分中，我们将对铸造镁合金和变形镁合金进行比较分析，着重探讨它们的异同点和在不同领域中的应用差异，并展望其发展趋势与前景。
最后一部分是结论，对整篇文章的主要观点进行总结。
1.3 目的本文的目的在于全面介绍铸造镁合金和变形镁合金，在阐释它们的工艺、特性、应用和优缺点的基础上，比较两者的异同点，并探讨它们在不同领域中的应用区别。
通过对这些内容的详细介绍和分析，旨在为读者提供关于铸造镁合金和变形镁合金方面知识和研究帮助，并对其未来发展趋势做出一定预测。
2. 铸造镁合金2.1 铸造工艺铸造是制备镁合金最常用的工艺之一。
铸造镁合金可以采用砂型铸造、压力铸造和连续铸造等不同的方法。
在砂型铸造中，首先根据所需产品的形状和尺寸制作出沙模，然后将加热至适宜温度的镁合金液体倒入模具中，待其冷却凝固后取出成品。
这种方法生产成本较低，但表面质量一般较差。
压力铸造是指将加热至一定温度的镁合金注入高压下的模具中，通过快速凝固来制备零件。
该方法能够获得更高密度、更均匀组织和更好性能的零件。
常见的压力铸造方法包括压力浇注、低压浇注和真空浇注等。
连续铸造是指通过恒定输送速度将溶化状态的镁合金连续浇注到定型装置中进行凝固形成连续性材料坯料。
钛合金超塑性研究的进展
超塑性成形与扩散连接结合技术——即SPF／DB技术。它是利用钛合金在特定的显微组织、温度及拉伸量下，合金的延伸率超过100％的特性进行超塑成形；同时在同等条件下，把温度控制在合金的熔点以下进行焊接，在足够的热量和压力之下，使加工金属的接触面上的原子和分子相互扩散，从而连接成一个整体。钛合金工件在封闭模具中成形，然后在真空或惰性气体环境中进行扩散连接，由于两者加工温度相近，可同时进行这两项工艺，使得钛合金的大型复杂结构件可一次加工成型，得到的工件性能良好且加工成本得到降低。
与普通锻造方法相比，等温锻造具有整个锻造过程中，锻模和锻材始终处于相同的加工温度；锻造速度慢，应变速率小；没有模具激冷、表面氧化和局部过热倾向小；可获得更理想的微观组织和机械性能等优点，故采用等温锻造方法生产的锻件，具有锻件精度高、表面质量好、锻件材料的利用率高和锻件尺寸稳定等优点[6]。
2.2等通道转角挤压
根据文献[4]得知，超塑性特性最好的是α+β型钛合金，α型和β型钛合金稍差。因为α+β型钛合金为两相合金，晶粒本来就细小，在超塑性加工过程中两相相互制约，晶粒难以长大，细晶粒能长时间保持下来，利于超塑性变形。相反，α型和β型钛合金的晶粒不能细化，且α型钛合金中不存在有助于提高超塑性的β相。β型钛合金中，由于不存在α相，β相晶粒可迅速长大。
按变形效应的机理来分，可以将金属的超塑性分为如下三大类：第一类是具有细小等轴晶粒（晶粒细化的程度要达到0.5～5μm，一般不超过10μm）的材料在较高变形温度和较低应变速率下表现出的超塑性称为微晶超塑性或结构超塑性。第二类是在变形过程中由反复的循环相变或同素异形转变诱发的超塑性称为相变超塑性或动态超塑性。第三类是其他类超塑性。如在消除应力退火过程中，在应力作用下金属可以得到超塑性[2]。
面向大型航空构件的国产高档数控机床和专用装备
面向大型航空构件的国产高档数控机床和专用装备王增新;王卫朝【期刊名称】《航空制造技术》【年(卷),期】2015(000)016【总页数】6页(P48-53)【作者】王增新;王卫朝【作者单位】中航工业北京航空制造工程研究所;中航工业北京航空制造工程研究所【正文语种】中文飞机性能的提高取决于机体结构效率和发动机推重比的提高，机体结构效率和发动机推重比的提高取决于高性能材料和先进结构的采用，而高性能材料和先进结构的获得则取决于先进的制造技术。
数控制造技术是航空工业发展先进制造技术的重要组成部分。
数控技术应用的广度和水平是衡量航空工业综合技术水平和企业现代化水平的重要指标之一。
航空制造业既是高端制造业技术水平的标志，又是一个国家高档数控机床创新与发展的策源地。
各国数控机床厂商正紧密围绕航空制造技术不断发展的需求进行设备研制。
航空结构件是构成飞机机体骨架和气动外形的主要组成部分，现代飞机为满足隐身、超声速巡航、超常规机动、高信息感知能力、长寿命、结构轻量化等方面的性能要求，大量采用新技术、新结构、新材料，其结构件主要向整体化、大型化、复杂化、精确化和材料多元化方向发展。
随着技术的发展，现代大型飞机在材料选择方面呈现出新的特点和趋势，现代飞机材料已经从以前的铝合金独霸天下变成了铝合金、钛合金、复合材料三分天下的局面，而且复合材料、钛合金还有进一步扩大的趋势[1]。
航空结构件制造中，不同的材料特性和工艺方法对相应的数控装备提出了不同要求，主要表现为：（1）铝合金零件数控加工机床的设计轻量化和运行高速化；（2）钛合金和高强度结构钢零件数控加工机床的大扭矩和高刚性；（3）复合材料零件制造设备的自动化和数控化。
中航工业北京航空制造工程研究所航空专用装备工程中心是国内最早开发数控机床的单位之一，作为航空专用工艺装备的配套研制单位，经过数十年的发展，逐步形成了多种型号规格的针对铝合金、钛合金和复合材料高效加工的系列产品。
增材制造的基本知识点
增材制造的基本知识点一、增材制造的定义。
增材制造（Additive Manufacturing，AM），俗称3D打印，是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。
与传统的减材制造（如切削加工）不同，它是通过材料的累加来制造产品的。
二、增材制造的原理。
1. 分层制造原理。
- 首先将三维模型进行切片处理。
这就如同把一个立体的物体按照一定的厚度（层厚）切成一片片的薄片。
例如，对于一个复杂的机械零件模型，软件会根据设定的层厚（如0.1mm）将其分解成多个二维层面。
- 然后，增材制造设备根据每个层面的轮廓信息，通过特定的工艺手段（如激光烧结、熔融沉积等）将材料逐层堆积起来。
以熔融沉积成型（Fused Deposition Modeling，FDM）为例，喷头加热并挤出丝状的热塑性材料（如PLA塑料丝），按照每个层面的形状路径进行沉积，一层完成后，工作平台下降一个层厚的距离，喷头再进行下一层的沉积，如此反复，直到整个模型制造完成。
2. 不同工艺的特殊原理。
- 选择性激光烧结（Selective Laser Sintering，SLS）- SLS使用高能量的激光束选择性地烧结粉末材料（如尼龙粉末）。
激光束按照每个切片层面的形状在粉末层上扫描，使粉末颗粒在激光的作用下烧结在一起形成固态结构。
烧结完成一层后，粉末供应系统会在已烧结层上铺上一层新的粉末，然后激光再烧结下一层，这样层层叠加构建出三维物体。
- 光固化成型（Stereolithography Apparatus，SLA）- SLA基于液态光敏树脂的光聚合原理。
在一个容器中装有液态光敏树脂，紫外激光束按照切片层面的形状在树脂表面进行扫描。
被激光照射到的树脂发生光聚合反应，由液态转变为固态。
每完成一层的固化后，工作平台下降一个层厚的距离，然后新的液态树脂覆盖已固化层，激光再进行下一层的固化，最终形成三维物体。
航天大型复杂结构件特种成会制造装备及工艺
航天大型复杂结构件特种成会制造装备及工艺
孟光
【期刊名称】《中国科技奖励》
【年(卷),期】2016(0)6
【摘要】该项目属先进制造领域。
运载火箭的制造能力是保证载人航天、月球探测、北斗导航、高分辨率对地观测等国家重大专项顺利实施的重要基础和航天强国的重要标志。
【总页数】1页(P61-61)
【关键词】载人航天;复杂结构件;制造装备;工艺;制造领域;制造能力;运载火箭;月球探测
【作者】孟光
【作者单位】上海航天设备制造总厂
【正文语种】中文
【中图分类】V476.2
【相关文献】
1.航空航天用高性能轻合金大型复杂结构件制造基础研究进展 [J], 李晓谦;蒋日鹏
2.低温复杂结构件特种成形工艺 [J], 李圣刚;吕宏军;何士桓;王琪;黄思原
3.特种制造部的特种兵——记中国航天科工集团三创新主题班组红阳公司特种制造部工艺室 [J], 沈佳;汤湘
4.探讨港口机械制造产品结构件生产流程再造模式——特种大型装备制造的工位化、
工装化改革发展之路 [J], 李瑞祥
5.航天大型复杂结构件数控加工编程技术发展现状与趋势 [J], 孙瑜;郑祖杰;圣冬冬;余岢;钦佩彦
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中国航发北京航空材料研究院铸造钛合金技术中心
中国航发北京航空材料研究院是我国较早开展钛合金及其制造精确成型技术研究的单位，是航空航天系统的专业化钛合金材料研究单位，其中铸造钛合金及其精确成型技术专业至今已有50余年的历史。
铸造钛合金技术中心（以下简称中心）主要从事航空航天、汽车船舶等行业用常规钛合金、高温钛合金、高强钛合金、钛铝系金属间化合物等轻质高温高强材料研制及其精确成型技术研究和产品研制，是北京市先进钛合金精密成型工程技术研究中心。
中心由飞行器结构件部、发动机结构件部、新材料新工艺及模拟仿真研究部、工艺技术部、试验部及综合管理部六个部门组成，团队成员近70人，有一支以中青年骨干为核心的科研团队。
中心具备全套的合金制备、铸件研制生产、铸件检测的设备。
拥有自主知识产权的熔模陶瓷型/砂型/机加工石墨型制备技术，掌握了真空电弧熔铸技术、真空感应悬浮熔铸技术、静止浇注工艺、离心浇注工艺以及铸件热等静压、热处理、焊接、表面处理、无损检测、尺寸测量等技术。
分別与华中科技大学、北京航空航天大学建立了联合试验室，与中航ESI合作建立了先进数字精密成型技术国际联合研究中心，并与伯明翰大学、罗罗公司建立了科研合作关系，旨在开发航空航天等行业用的钛合金新材料及其精确成型技术，提高新材料及其精密成型制造技术的成熟度，满足工程化应用需求，实现先进技术向相关企业转化，推动行业发展。
主要研究领域►新型钛合金及TiAl系金属间化合物制备及其性能研究A绿色、耐高温、高惰性铸型/型芯材料及其制备工艺►钛合金大型复杂薄壁机体/发动机结构件精密成型技术A TiAl系金属间化合物结构件精密成型技术►精确成型全流程计算机模拟及数据库专家系统技术►TiAl金属间化合物定向凝固成型技术►TiAI金属间化合物粉末冶金精确成型技术►钛合金/复合材料整体组合成型技术设备产品及技术。
钛的强大航空航天的关键
钛的强大航空航天的关键钛是一种轻质、高强度和耐腐蚀性能优良的金属，广泛应用于航空航天领域。
作为一种关键性材料，钛在航空航天工业中发挥着至关重要的作用。
本文将探讨钛在航空航天领域中的应用和其强大的特性，以及对未来发展的影响。
一、钛的物理特性钛具有许多出色的物理特性，使其成为航空航天行业的理想选择。
首先，钛是一种轻质金属，其密度只有大约4.5克/立方厘米，比铁的一半还要轻。
这使得使用钛的航空器具有更高的载荷能力和更低的燃油消耗。
其次，钛具有出色的强度。
尽管密度较低，但钛的抗拉强度非常高，可以达到1400兆帕。
这意味着航空器件可以在获得较低重量的同时保持足够的强度和刚度。
不仅如此，钛还是一种耐腐蚀的材料。
由于其在常温下形成一层致密的氧化膜，钛具有出色的抗腐蚀性能。
这使得钛可以在恶劣的环境条件下工作，如高温、潮湿和化学腐蚀。
二、钛在飞机制造中的应用钛在飞机制造中有广泛的应用，尤其是在结构和机身构件方面。
首先，钛合金常用于飞机机身和机翼等大型结构件的制造。
由于钛的强度和刚度，飞机可以保持稳定的飞行状态，并承受不同工况下的载荷。
其次，钛合金还用于制造发动机和涡轮等关键组件。
发动机要求材料具有高温和高压下的稳定性，而钛合金正是满足这些要求的理想选择。
钛合金材料可以耐受高温环境并保持其机械性能，同时还具有良好的抗腐蚀性能。
此外，钛合金还用于制造航空电子设备和航天器的外壳等。
由于钛具有良好的导电性能和抗电磁干扰能力，因此在电子设备制造中有着重要的应用。
而在航天器的制造中，钛合金外壳能够提供良好的保护和结构支持。
三、钛在航天探索中的应用钛在航天探索中的应用也不可忽视。
钛合金常被用于制造卫星和火箭等航天器，在极端条件下能够提供稳定的工作性能。
例如，火箭喷管和航天器的结构件通常由钛合金制成，以承受高温和高气压的环境。
同时，由于钛具有良好的耐腐蚀性能，因此可以避免航天设备受到宇宙辐射和恶劣天气条件的损坏。
这为航天器的长期使用和维护提供了保障。
金属材料在航空航天领域的应用研究
金属材料在航空航天领域的应用研究在航空航天领域，金属材料是不可或缺的重要组成部分。
它们在航空航天技术中的应用非常广泛，例如飞机结构、发动机部件、导弹和卫星等。
因此，在本文中，将探讨金属材料在航空航天领域的应用研究。
首先是金属材料在航空领域的使用。
铝合金是最广泛使用的金属材料之一，因为它们具有优良的力学性能，并且相对较轻。
在航空领域中，铝合金被广泛用于制造飞机的结构部件，例如机翼、机身等。
其他广泛使用的金属材料包括钛合金、镁合金和钢。
这些材料在复杂环境中也可以具有出色的性能，例如高温和高压。
钛合金在航空航天领域中的应用研究一直很重要。
钛的比强度和比刚度与铝和钢相当，但其密度较小。
因此，钛合金在航空航天技术中表现出出色的性能，例如在发动机部分和大型飞机结构中的应用。
此外，钛合金具有抗腐蚀特性，使得它们的应用范围更加广泛。
另外，航空航天技术中还使用了许多其他类型的金属材料。
例如，在卫星制造中，高强度的铝合金被广泛使用。
这些材料具有较高的强度和抗腐蚀性，以及更高的热和化学稳定性。
此外，在航空航天设备的制造中，还使用了一些特殊合金制品，例如铌合金和钽合金。
这些合金有非常高的热稳定性和抗腐蚀性，使得它们非常适合用于制造发动机部件。
除了金属材料自身的性能外，金属材料的制造工艺也对其在航空航天技术中的应用起着至关重要的作用。
特别是，需求越来越高的金属部件精度水平对制造工艺提出了更高的要求。
制造工艺的不完善可能会导致材料内部存在缺陷，从而降低材料的强度和使用寿命。
因此，开展金属材料的制造工艺研究对于提高金属材料的性能和应运而生的技术也是至关重要的。
此外，表面处理也可以提高金属材料的表面质量和性能。
例如，通过对表面进行氧化或涂覆等处理，甚至可以大大提高金属材料的抗腐蚀性能。
因此，在金属材料的应用中，还要关注表面处理技术的研究和开发。
结论，金属材料在航空航天领域中的应用正在不断发展和进化。
从钛合金到高强度铝合金，从钢到镁合金，多样的金属材料已经成为卫星、导弹、飞机和其他航空航天技术中的不可或缺的组成部分，这是由于它们在各个角度上所表现出的良好性能。
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项目名称： 航空航天用高性能轻合金大型复杂结构件制造的基础研究首席科学家： 李晓谦 中南大学起止年限： 2010年1月-2014年8月依托部门： 湖南省科技厅一、研究内容围绕科学问题1---大型复杂构件非均匀塑变成形的热力耦合与晶体缺陷组态演变，结合铝合金整体锻造成形、钛合金局部加载成形的不均匀塑性变形与微观组织、性能演变的特点，展开以下研究：①钛合金、超强铝合金锻造成形温度场－应变场－应变速度场与第二相对回复和晶界结构的协同调控：研究锻造成形温度场－应变场－应变速度场与第二相对晶体缺陷组态（亚结构）分布及其回复过程的影响规律，研究严重不均匀塑性变形条件下晶体缺陷增殖与湮灭、组态重构、发展晶体缺陷密度均匀化方法，扩大成形与组织调控的过程窗口，研究材料宏观变形本构关系与微观组织演化耦合模型，为实现锻件性能最优化奠定基体组织基础。
②复杂构件等温/变温锻造成形与缺陷抑制：研究复杂构件等/变温模锻变形抗力与变形条件和缺陷组态及其回复的关系，确立低变形抗力的等/变温模锻热力条件；研究变形参数、润滑条件、模具结构对锻造过程金属流变特性与流线形态的影响规律，发展抑制锻造过程组织缺陷（流线紊乱、涡流、折叠等）的调控方法。
研究模锻过程材料在复杂型腔中的充填流变特性，研究复杂型腔不同部位及其润滑状态对模锻件流线形态、表面质量、成形精度、残余内应力的影响，发展复杂构件等温/变温模锻工艺的设计方法与准则。
③成形锻件固溶时效中晶界与析出相演变及其作用：研究回复状态锻件固溶过程中第二相对形变回复亚晶组织和小角晶界的稳定化作用，发展逐步升温固溶稳定微取向回复组织抑制再结晶的方法。
研究回复状态锻件时效纳米强化相晶内晶界析出特征及调控方法，研究断裂疲劳腐蚀性能与锻造成形组织晶界结构的关系，揭示组织强韧耐蚀作用机理；研究大型锻件残余内应力对材料断裂韧性、疲劳与腐蚀性能的影响规律及调控方法，突破大型复杂锻件的综合性能。
④局部加载不同变形区及过渡区不均匀协调变形机理与调控机理：研究揭示多模具、多参数、多场作用下大型复杂构件局部加载成形多因素耦合下不同变形区之间及过渡区材料的流动、分流、填充等行为和规律；研究局部加载成形过程中不均匀变形协调的主要因素和影响机制；研究多场耦合作用下预成形毛坯优化设计与多道次变形之间的耦合作用；建立等温局部加载方式等多因素耦合与不均匀变形协调及成形缺陷的关联关系，并揭示局部加载方式等多参数对其的影响规律；获得基于局部加载条件控制的不同加载区及过渡区不均匀变形协调精确成形的机制与调控技术。
⑤基于多尺度、全过程建模仿真的大型整体构件局部加载成形全过程及模具优化设计与精确控制：研究局部加载精确塑性成形过程与构件性能预测的多尺度建模和仿真方法，研究大型复杂整体构件局部加载成形过程、模具和参数优化设计及其反问题，研究通过改变局部加载方式、加载条件及其多因素的耦合控制材料流动、不均匀变形协调及组织演化，揭示不同局部加载条件下工艺—变形—组织—性能的关联关系；以控制与提高成形精度和组织性能为目标，建立大型复杂整体构件局部加载成形过程及模具优化设计与精确控制的理论与方法，为实现轻合金大型复杂构件局部加载精确“成形”和“成性”的一体化制造奠定基础。
围绕科学问题2---构件成形的应力弛豫作用与界面微结构演变与控制展开以下3个方面的研究：（1）复合能场蠕变成形及纳米强化相析出状态调控①蠕变时效成形复杂整体构件形状精度的形成与调控：针对典型铝合金曲面整体壁板构件的成形，以构件材料的蠕变时效本构关系为基础，研究蠕变时效成形的构件几何特征对回弹量的影响机理，研究蠕变时效的弹－塑性转变对构件回弹量的影响机理；揭示构件成形精度与多能场作用参数间的映射规律，建立基于构件成形操作特性（坯料特征，约束条件、工装结构、以及加载方式、成形温度/时间等工艺参数等）的回弹预测模型与计算方法，为确定成形过程操作精度控制的容差范围和制造误差补偿量提供依据。
综合考虑局部增强构件提高整体构件使役性能的基本原理，建立复杂整体壁板构件结构的优化设计准则，提高构件的强度、刚度和耐久性/损伤容限，确保大弧度壁板的弯曲与局部增强构件的适应性成形的协同进行，将蠕变成形构件的回弹量最小化。
②高强铝合金蠕变时效成形相变/形变行为的交互影响：针对高强铝合金构件蠕变时效成形过程的加载能场特点、蠕变成形的变形程度、满足宏观成形条件下的微结构状态，研究蠕变时效成形的热/力条件对壁板构件所用的典型铝合金强化相析出行为的影响机理，研究典型铝合金成形过程中析出相种类、形态对蠕变、应力松弛等形变行为的影响机制；揭示铝合金相变/形变力学行为的交互影响规律，建立基于微结构强化与软化物理基础的时效强化－变载蠕变－应力松弛本构关系；为发展蠕变时效成形新工艺、创制成形性更高的蠕变成形铝合金打下理论基础。
③构件多能场蠕变时效成形的纳米强化相析出的精确调控：在蠕变时效成形的热/力条件基础上，对成形过程施加具有交变特性的单一或复合温度－应力场，研究多能场条件对成形过程中纳米强化相析出的调控作用，研究预时效处理（包括预先热时效和预先形变时效等）对成形过程中纳米强化相析出的调控作用；揭示多能场耦合作用对相变激活能和相变动力学行为的影响规律，探明高强铝合金构件蠕变时效成形/成性协同控制的多能场加载路径，创建高性能复杂整体构件的多能场蠕变时效成形技术原型。
④高性能构件蠕变时效成形的构件/材料一体化：由大规格轧制厚板成形到大规格复杂结构加工成形，成形全过程的变形程度、变形条件、成形边界条件等必须的环境条件的综合作用规律与在此变形条件下构件内部组织结构的形成-演变至可能获得的服役性能，这两者是并行研究和耦合分析的。
从壁板类构件制造的铝合金板材的成分设计及其微结构与织构组态调控出发，研究高强铝合金成分对成形的多能场作用下析出相的应力位向效应对构件各向异性的调控机理，研究成形坯料的织构组态对构件各向异性的调控机理；揭示纳米强化相与基体晶粒织构组态耦合对构件成形/成性的影响机理，创建高性能构件蠕变时效成形的构件/材料一体化制造原理与技术。
（2）大型铝合金薄壁构件塑变与去除成形及其内应力、表面完整性主动控制①大型铝合金薄壁构件板坯制备与切削加工过程中微观结构演化规律：研究大规格铝材制备界面特征对能量传递的影响规律，建立外场环境和界面传热强化调节方法；研究淬火冷却状态、预拉伸变形条件对厚板组织结构演化的影响机制，寻求材料微观组织均匀化的调控方法；研究高速铣削过程外场量对零件表面/亚表面特性（加工表面纹理、表面层残余应力、表面层冷作硬化和表面层微观组织）的影响规律；建立加工表面/亚表面特性演变与服役性能之间映射规律。
②大型铝合金薄壁构件制造全过程内应力遗传演化与多尺度预测模型：研究大型铝合金薄壁构件从厚板热处理、预拉伸到切削加工各工艺阶段的材料内部残余应力空间分布规律，建立通过表面无损残余应力测量评估内部残余应力水平的方法；定量描述机械应力、热应力和组织应力在不同外场参量作用下的平衡消长，基于力-热耦合作用机理建立大型铝合金薄壁构件切削加工表面及内部残余应力的多尺度预测模型，实现大型铝合金薄壁构件内部残余应力的控制；研究材料内部残余应力分布对大型铝合金薄壁构件服役性能的影响规律，建立各工艺阶段许可残余应力的确定方法。
③大型铝合金薄壁构件高速切削变形与表面完整性主动控制：分析大型整体薄壁构件铣削变形规律，研究材料去除顺序与自位支撑刚度强化、刀具路径规划与空间切削力分布、数控加工误差补偿等高速铣削变形主动控制技术；研究材料去除尺寸效应、结构敏感性、主传力纤维方向、表面层位错强化与热动性等对表面残余应力影响规律，基于力－热耦合作用机理，建立加工表面残余应力模型，获得零件表面完整性的主动控制技术。
④壁板结构-加工表面完整性-损伤容限的关联机制：以提高壁板结构损伤容限为目的，研究构建材质织构方向-主传力纤维方向的顺应设计、止裂为目的的选择性结构增强设计，研究关键部位表面完整性与结构损伤容限的关联机制，提出壁板结构增强设计-止裂选择性增强-加工表面完整性一体化的制造策略。
⑤大型铝合金薄壁构件形状精度协调与补偿：针对大型薄壁构件的整体配合协调问题，研究外形协调与交点协调时铝合金薄壁构件的形变位移，查明协调形变位移与残余应力再分布的映射关系，分析协调内应力场对构件服役性能的影响。
研究协调过程中铝合金薄壁构件形变位移对气动外形精度的影响，研究最小协调形变位移的构件形状设计原则，反演切削路径的可行性参数，提出大规格铝合金厚板构件加工的形状精度工艺补偿策略。
（3)复合能场作用下构件焊接成形及连接区组织与服役性能控制针对高性能轻质合金大型复杂结构焊接成形，存在材料可焊性较差、焊接质量稳定性和可控性较低，不能满足航天航空极端使役环境要求的关键问题，开展焊接新方法及接头质量控制研究，研究工作从以下三方面展开：①超声作用下的搅拌摩擦焊接方法及接头质量控制：研究超声波对焊接区温度－应力－流速三场强耦合关系解耦机理及其降阻、降温和通流效应；研究超声搅拌焊焊缝组织与性能特征；建立超声作用下的搅拌摩擦焊的热－力－流仿真模型；研究超声波对组织不均匀性、弱结合、焊底微虚焊等缺陷的控制作用；形成接头的微观组织与性能的精细控制理论与技术。
②强冷外场下的搅拌摩擦焊接行为及其强化效应：研究高速旋转搅拌头周围强冷介质的动态行为；建立搅拌摩擦焊接产热模型，分析强冷外场下的焊接热循环与温度场特征；研究接头各区内的晶粒形态、尺寸、取向以及沉淀相的溶解、析出、长大和分布规律；研究焊接工艺参数对接头性能的影响规律，优化搅拌摩擦焊接工艺，实现接头微观组织和性能的控制。
③电子束焊接的图像传感及接头质量控制：研究熔池的传热、传质及流动行为；建立图象传感系统和熔深控制模型；分析气孔的形成机理、提出气孔的控制方法；研究接头的微观组织、力学性能及其与工艺参数的相关性。
围绕科学问题3-过饱和凝固成形的多能场作用与偏析调控展开以下2个方面的研究：（1）大型复杂梯度材料高性能钛合金构件激光近净成形基础①大型复杂梯度材料高性能钛合金构件激光直接近净成形熔池非均质熔体超常冶金动力学及非平衡快速凝固行为、构件梯度成分和梯度组织演化规律；②大型钛合金结构件激光快速成形超常热传输行为及温度场，激光直接近净成形大型复杂梯度材料高性能钛合金构件材料和轻质结构优化设计理论、热处理固态相变行为、特种梯度显微组织形成机理；③大型复杂梯度材料高性能钛合金构件激光直接近净成形工艺、内部特殊冶金缺陷形成机理及内应力形成规律，内部缺陷外场响应与无损检测特性。
（2）高合金化大规格构件锭坯过饱和凝固成形与性能的外场调控①超声外场净化铝合金熔体作用与机理，外场活化铝合金熔体微细质点的形核作用与机理，外场作用下非均匀形核及相变界面形态形成规律，熔体宏观传热流动与微观相变动力学；②电磁场大扰动及超声波微冲击的协同作用下大规格铸锭铸造时的流场与温度场分布规律，研究结晶器、冷却介质与熔体、液固界面的传热、传质行为和熔体的过冷行为，界面的隔离与润滑及其传热强化机理；③凝固组织与熔体结构的相关性、外场作用下大规格铸锭铸造时的组织调控方法，揭示在复合能场作用下凝固组织在凝固成形、压力加工、热处理过程的演变规律与组织遗传规律；④多外场协同作用的参数匹配规律，开发多外场精确调控过饱和凝固组织的核心技术与装备，突破大型铸锭和构件的规格极限和组织均匀性极限，形成多外场协同作用下高成形性凝固组织精确调控的技术原型。