[01356006]大尺寸金属回转体构件连续局部塑性成形技术与应用

塑性成形是实现高性能大尺寸金属回转体构件整体制造的关键核心技术。但是,常规整体塑性变形过程金属流动剧烈,不均匀变形明显,成形力大且成形极限低。连续局部塑性成形技术通过连续控制成形工具的运动轨迹,使待成形坯料的局部区域在指定方向上产生塑性变形并形成应变累积,是实现大尺寸构件整体塑性成形的一种先进技术。 项目团队针对航空航天、核能及石化等工程所需高性能大尺寸金属回转体构件对连续局部精确塑性成形制造的重大需求,通过十余年的深入合作和技术攻关,重点开展了大尺寸金属回转体构件连续局部塑性成形路径精确加载及组织性能协同调控、连续局部塑性成形的非均匀变形控制与缺陷抑制以及连续局部加载装置与成形装备的设计开发等工作,攻克了大尺寸金属回转体构件的组织调控、变形量分配和异质材料协同变形等关键技术难题,在工艺方法和装备研发等方面实现了重要突破。 该成果主要科技创新包括： 1、发明了大尺寸金属回转体构件连续局部塑性成形路径加载方法,精确控制轴向、径向变形量及应变速率,显著降低成形载荷的同时使材料流动均衡性提高了20%,在多场耦合机制下实现了变形量及变形组织的多域、多向控制及最优化;突破了变形抗力、成形温区、成形路径、变形量与道次分配的瓶颈,实现了变形区域轴向组织细小（晶粒度6-7级）且均匀分布,解决了大尺寸金属回转体构件组织多向不均、晶粒度局部粗大等难题。 2、发明了双金属复合构件的小变形量连续加载制备技术及界面缺陷抑制方法,解决了异质材料协同变形、超薄覆层材料破/皱抑制等关键技术难题,显著提高了界面结合强度;发明了大尺寸曲母线形状构件磁旋成形方法,显著改善了大尺寸曲母线形状构件拉压不均匀变形及破/皱缺陷协同控制等难题;提出了基于分区加热控温的非均匀温度场主动控制方法,解决了大尺寸金属多通类构件成形区材料的起皱与局部支撑能力差的技术难题。 3、发明了用于大尺寸金属回转体构件连续局部加载的渐进减径异形轧辊及精确定径浮动芯棒,在轴向及环向均可实现渐进轧制;研发了大型双滑台强力磁旋成形装备,通过多轴独立控制和联动,并耦合磁致加热系统,成功实现了3.35米2195铝锂合金火箭贮箱箱底的高性能整体成形;发明了适用于层状结构件的小变形量连续加载高效复合加工滚柱内旋模具系统,通过滚柱内旋的方式实现了薄壁覆层材料的连续小变形量流动,突破了整体长度≥12.5 m、界面结合强度≥200 MPa的多材料体系双金属管的高效复合制备。 该成果共获自主知识产权58项,其中授权发明专利21项,软件著作权2项;发表重要学术论文50余篇,其中中国科技期刊15篇;出版学术著作2部;制定国家标准10项,其中牵头3项,另外牵头制定冶金行业标准4项。成果实施以来,已实现生产总值122.62亿元,销售收入106.53亿元,上缴税金总额8.77亿元,净利润16.28亿元,新增就业人数659人。利用本成果制造的系列高性能金属构件已经成功应用于航空航天、核电石化以及民生供水工程,获得了显著的经济效益以及社会效益。