中國(guó)網(wǎng)武漢2月9日訊  今日從華中科技大學(xué)了解到，運(yùn)用第三代同步輻射光源高分辨三維成像技術(shù)，對(duì)該校機(jī)械學(xué)院張海鷗團(tuán)隊(duì)研發(fā)的“鑄鍛銑一體化金屬3D打印”技術(shù)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)微鑄鍛鋁合金中缺陷尺寸和數(shù)量顯著低于傳統(tǒng)電弧增材，組織得到細(xì)化，韌性指標(biāo)有明顯提升，對(duì)于其他材料如鈦合金和高強(qiáng)鋼等先進(jìn)材料的研究也有類(lèi)似結(jié)論。最近，這一研究發(fā)現(xiàn)由張海鷗團(tuán)隊(duì)博士、現(xiàn)西南交通大學(xué)教授吳圣川發(fā)表在金屬加工領(lǐng)域頂刊J Mater Process Tech（《材料加工技術(shù)》）上。基于該技術(shù)，張海鷗團(tuán)隊(duì)成功打印出面向時(shí)速600公里及以上磁浮列車(chē)懸浮架關(guān)鍵支撐部件，目前正與吳圣川教授再制造修復(fù)更高速度級(jí)的高速列車(chē)鋁合金齒輪箱體（基金委資助號(hào)：U2032121），以及合作開(kāi)展損傷車(chē)軸和鋁合金結(jié)構(gòu)的表面修復(fù)及結(jié)構(gòu)完整性評(píng)價(jià)。

團(tuán)隊(duì)研發(fā)的基于大科學(xué)裝置的先進(jìn)材料多維多尺度原位成像試驗(yàn)系統(tǒng)

吳圣川教授所在牽引動(dòng)力國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室被稱(chēng)為“中國(guó)高鐵第一實(shí)驗(yàn)室”。作為張海鷗團(tuán)隊(duì)博士畢業(yè)生，吳圣川為推動(dòng)“鑄鍛銑一體化金屬3D打印”技術(shù)在高鐵中的應(yīng)用，近年來(lái)基于大科學(xué)裝置做了許多研究工作。研究發(fā)現(xiàn)，微鑄鍛復(fù)合增材材料的內(nèi)部缺陷（也稱(chēng)為裂紋）數(shù)量較其他熱源增材降低了近4倍，缺陷表面更加光滑，尺寸顯著減小，成形金屬零件的微觀組織也得到了明顯細(xì)化（平均晶粒和最大晶粒分別細(xì)化近2.6倍和1.8倍）。研究認(rèn)為，內(nèi)部缺陷數(shù)量、尺寸和形貌的變化是微鑄鍛材料抗疲勞開(kāi)裂性能顯著提高的主要原因之一，那么在同等條件下零件更不易萌生裂紋和發(fā)生失效破壞；而晶粒細(xì)化不僅大幅改善了材料的塑形指標(biāo)，而且對(duì)于微鑄鍛5087鋁合金，其在拐點(diǎn)壽命107循環(huán)周次和存活率95%下的疲勞極限達(dá)到84 MPa。

“這一結(jié)果也表明，‘鑄鍛銑一體化金屬3D打印’應(yīng)用于以高鐵為代表的大型高端裝備中的巨大潛力。”中車(chē)青島四方機(jī)車(chē)車(chē)輛股份有限公司丁叁叁副總工程師介紹，當(dāng)列車(chē)在高速行駛狀態(tài)下，空氣動(dòng)力學(xué)作用急劇惡化，對(duì)材料及結(jié)構(gòu)可靠性要求與既有技術(shù)顯著不同，“鑄鍛銑一體化金屬3D打印”技術(shù)所特有的組織通體細(xì)晶和基體高強(qiáng)韌等優(yōu)勢(shì)，可為這類(lèi)超高速、長(zhǎng)壽命地面交通裝備制造提供全新方案，助力中國(guó)高鐵走向磁浮超高速時(shí)代。

中車(chē)青島四方平臺(tái)研制的時(shí)速600公里高速磁浮試驗(yàn)樣車(chē)

“鑄鍛銑一體化金屬3D打印”技術(shù)由張海鷗團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)二十年研發(fā)完成，獲得了2020年湖北省技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)、提名2020年度國(guó)家技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。

近日，以張海鷗團(tuán)隊(duì)技術(shù)為研究核心的國(guó)家科技04專(zhuān)項(xiàng)順利驗(yàn)收，課題評(píng)價(jià)專(zhuān)家組組長(zhǎng)、北京北一機(jī)床股份有限公司原總工程師劉宇凌認(rèn)為，作為融合冶金材料制備成形與機(jī)械加工于一體的新興技術(shù)，“鑄鍛銑一體化金屬3D打印”是典型的跨行業(yè)、多學(xué)科交叉技術(shù)，代表了未來(lái)以產(chǎn)業(yè)鏈短流程化制造為特色的高端裝備制造發(fā)展方向。

（通訊員：徐小丹）