大型钛合金结构件激光直接制造的进展与挑战09年老王写的

太长，我节选部分。
摘要　简要介绍大型钛合金结构件激光直接制造的技术特点及其在航空航天等工业装备中的应用前景，重点报道大型钛合金结构件激光直接成形制造工艺、内部质量控制和应用研究进展。深入评述大型钛合金结构件激光直接成形制造技术发展面临的问题及其热物理、熔池非平衡冶金动力学、内部组织快速凝固和内部缺陷控制的复杂性。指出零件“变形和开裂”预防和“内部质量”控制是目前制约该技术发展和应用的关键“瓶颈难题”，只有加强对零件“内应力演化规律与变形开裂行为”及“凝固组织形成规律及内部缺陷形成机理”等基础问题的研究和认识，才能有效解决上述瓶颈难题。
特点
钛合金结构件激光快速成形技术是以钛合金粉末为原料，通过激光熔化／快速凝固逐层沉积“生长制造”，由零件ＣＡＤ 模型一步完成全致密、高性能钛合金结构件的“近净成形制造”［２～８］。与整体锻造
等传统制造技术相比，具有以下特点：１）无需大型锻造工业装备、大型锻造模具制造及大规格锻坯制备加工；２）高性能钛合金材料的制备与大型钛合金零件的“近净成形”一步完成；３）零件机械加工余量
小、数控加工时间短、材料利用率高、生产周期短、制造成本低；４）零件具有细小、均匀的激光“原位”冶金／快速凝固组织，综合力学性能优异；５）柔性高、响应快等。该技术是一种“变革性”的数字化、先进“近净成形”技术，为大型钛合金结构件的低成本、短周期、近净成形制造提供了一条新的技术途径，在先进战机、大型飞机、高推重比航空发动机、重型燃气轮机等重大工业装备的研制生产中具有重要的应用前景。
国外现状
然而，令人遗憾的是，由于未能有效解决激光快速成形大型钛合金结构件内部质量和力学性能控制等关键技术难题，其激光快速成形Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ 等钛合金结构件，即使再经热等静压（ＨＩＰ）、开模锻造
（ｏｐｅｎｄｉｅｆｏｒｇｉｎｇ）等后续致密化加工，其疲劳等关键力学性能仍然显著低于钛合金锻件（如图１ 所示［２］，优于铸件而低于锻件），难以取代锻件实现其在飞机主承力构件上的应用，ＡｅｒｏＭｅｔ公司最终于２００５年１２月被迫停业关闭。
主要研究进展为：

１）提出原创性的“热应力离散控制”新方法，为有效突破大型钛合金主承力结构件激光快速成形过程零件严重翘曲变形与开裂“瓶颈难题”找到了一条新路，激光快速成形制造出了单件重量逾５０～２００ｋｇ的多种大型整体钛合金飞机关键结构件试验件及迄今国内尺寸最大的大型整体钛合金飞机主承力结构件（图２）并得到装机应用。
２）提出激光快速成形大型钛合金主承力结构件凝固晶粒尺寸、晶粒形态和晶体取向主动控制新方法，实现了对零件凝固组织的主动控
３）发明激光快速成形双相钛合金“特种热处理”新工艺，获得综合力学性能优异的“特种双态显微组织”新形态［图４（ａ）所示］，使激光快速成形钛合金的综合力学性能显著提高，疲劳力纹扩展速率降低一个数量级以上［图４（ｂ）］，为提高飞机等钛合金主承力构件的使用安全性和损伤容限性能找到了一条新路。
４）初步突破激光快速成形ＴＡ１５ 钛合金大型结构件内部缺陷和内部质量控制及其无损检验关键技术，飞机构件综合力学性能达到或超过钛合金模锻件，其中，缺口疲劳极限超过钛合金模锻件近５０％（图５）、高温持久寿命较模锻件提高４ 倍（在５００ ℃／４８０ ＭＰａ试验条件下的高温持久寿命，锻造ＴＡ１５钛合金为４８．６ｈ，激光直接成形钛合金长达２３５ｈ）、疲劳裂纹扩展抗力提高一个数量级
５）研制出了具有“原创”关键技术、迄今世界最大的飞机钛合金大型结构件激光快速成形工程化成套装备（零件激光熔化沉积真空腔尺寸达４０００ｍｍ×３０００ｍｍ×２０００ｍｍ），初步建立起全套飞机钛合金大型整体主承力构件激光快速成形工艺规范和配套应用技术标准，研究成果已在飞机上得到应用。
面临的挑战及需解决的基础问题
在解决激光成形过程中零件严重“变形开裂”和“内部缺陷和内部组织”控制等长期制约该技术发展的重大“瓶颈难题”上，除北京航空航天大学取得了可喜突破外，国内外迄今一直未能取得实质性进展，致使目前大型金属构件激光快速成形技术研究在国际上落入“低潮”，国际上大部分从事激光快速成形技术研究的单位大多转向零件“激光修复”领域，这种趋势在今年三月美国激光学会（ＬＩＡ）举行的激光快速成形研讨会上（ＬＡＭ’２００９）得到充分体现，激光修复成为与会全部２４个报告的主要议题。迄今国内外一直未能有效解决零件“变形和开裂”预防和“内部质量”控制等重大“瓶颈难题”，是致使其目前陷入低潮的主要原因，一方面是由于该技术发展和研究的历史还很短，对该技术的研究尚处于工艺尝试探索阶段，更重要的原因是对其共性关键基础问题还缺乏认识和深入研究。笔者认为，大型金属构件激光快速成形技术研究能否从目前的“低谷”中走出来并得到持续发展，在很大程度上将取决于人们对大型金属构件激光快速成形过程内应力演化行为规律、内部缺陷形成机理和内部组织形成规律等关键基础问题的研究深度和认识程度。
http://www.opticsjournal.net/Abs ... J091218000089cIfLiO太长，我节选部分。
摘要　简要介绍大型钛合金结构件激光直接制造的技术特点及其在航空航天等工业装备中的应用前景，重点报道大型钛合金结构件激光直接成形制造工艺、内部质量控制和应用研究进展。深入评述大型钛合金结构件激光直接成形制造技术发展面临的问题及其热物理、熔池非平衡冶金动力学、内部组织快速凝固和内部缺陷控制的复杂性。指出零件“变形和开裂”预防和“内部质量”控制是目前制约该技术发展和应用的关键“瓶颈难题”，只有加强对零件“内应力演化规律与变形开裂行为”及“凝固组织形成规律及内部缺陷形成机理”等基础问题的研究和认识，才能有效解决上述瓶颈难题。
特点
钛合金结构件激光快速成形技术是以钛合金粉末为原料，通过激光熔化／快速凝固逐层沉积“生长制造”，由零件ＣＡＤ 模型一步完成全致密、高性能钛合金结构件的“近净成形制造”［２～８］。与整体锻造
等传统制造技术相比，具有以下特点：１）无需大型锻造工业装备、大型锻造模具制造及大规格锻坯制备加工；２）高性能钛合金材料的制备与大型钛合金零件的“近净成形”一步完成；３）零件机械加工余量
小、数控加工时间短、材料利用率高、生产周期短、制造成本低；４）零件具有细小、均匀的激光“原位”冶金／快速凝固组织，综合力学性能优异；５）柔性高、响应快等。该技术是一种“变革性”的数字化、先进“近净成形”技术，为大型钛合金结构件的低成本、短周期、近净成形制造提供了一条新的技术途径，在先进战机、大型飞机、高推重比航空发动机、重型燃气轮机等重大工业装备的研制生产中具有重要的应用前景。
国外现状
然而，令人遗憾的是，由于未能有效解决激光快速成形大型钛合金结构件内部质量和力学性能控制等关键技术难题，其激光快速成形Ｔｉ６Ａｌ４Ｖ 等钛合金结构件，即使再经热等静压（ＨＩＰ）、开模锻造
（ｏｐｅｎｄｉｅｆｏｒｇｉｎｇ）等后续致密化加工，其疲劳等关键力学性能仍然显著低于钛合金锻件（如图１ 所示［２］，优于铸件而低于锻件），难以取代锻件实现其在飞机主承力构件上的应用，ＡｅｒｏＭｅｔ公司最终于２００５年１２月被迫停业关闭。
主要研究进展为：

１）提出原创性的“热应力离散控制”新方法，为有效突破大型钛合金主承力结构件激光快速成形过程零件严重翘曲变形与开裂“瓶颈难题”找到了一条新路，激光快速成形制造出了单件重量逾５０～２００ｋｇ的多种大型整体钛合金飞机关键结构件试验件及迄今国内尺寸最大的大型整体钛合金飞机主承力结构件（图２）并得到装机应用。
２）提出激光快速成形大型钛合金主承力结构件凝固晶粒尺寸、晶粒形态和晶体取向主动控制新方法，实现了对零件凝固组织的主动控
３）发明激光快速成形双相钛合金“特种热处理”新工艺，获得综合力学性能优异的“特种双态显微组织”新形态［图４（ａ）所示］，使激光快速成形钛合金的综合力学性能显著提高，疲劳力纹扩展速率降低一个数量级以上［图４（ｂ）］，为提高飞机等钛合金主承力构件的使用安全性和损伤容限性能找到了一条新路。
４）初步突破激光快速成形ＴＡ１５ 钛合金大型结构件内部缺陷和内部质量控制及其无损检验关键技术，飞机构件综合力学性能达到或超过钛合金模锻件，其中，缺口疲劳极限超过钛合金模锻件近５０％（图５）、高温持久寿命较模锻件提高４ 倍（在５００ ℃／４８０ ＭＰａ试验条件下的高温持久寿命，锻造ＴＡ１５钛合金为４８．６ｈ，激光直接成形钛合金长达２３５ｈ）、疲劳裂纹扩展抗力提高一个数量级
５）研制出了具有“原创”关键技术、迄今世界最大的飞机钛合金大型结构件激光快速成形工程化成套装备（零件激光熔化沉积真空腔尺寸达４０００ｍｍ×３０００ｍｍ×２０００ｍｍ），初步建立起全套飞机钛合金大型整体主承力构件激光快速成形工艺规范和配套应用技术标准，研究成果已在飞机上得到应用。
面临的挑战及需解决的基础问题
在解决激光成形过程中零件严重“变形开裂”和“内部缺陷和内部组织”控制等长期制约该技术发展的重大“瓶颈难题”上，除北京航空航天大学取得了可喜突破外，国内外迄今一直未能取得实质性进展，致使目前大型金属构件激光快速成形技术研究在国际上落入“低潮”，国际上大部分从事激光快速成形技术研究的单位大多转向零件“激光修复”领域，这种趋势在今年三月美国激光学会（ＬＩＡ）举行的激光快速成形研讨会上（ＬＡＭ’２００９）得到充分体现，激光修复成为与会全部２４个报告的主要议题。迄今国内外一直未能有效解决零件“变形和开裂”预防和“内部质量”控制等重大“瓶颈难题”，是致使其目前陷入低潮的主要原因，一方面是由于该技术发展和研究的历史还很短，对该技术的研究尚处于工艺尝试探索阶段，更重要的原因是对其共性关键基础问题还缺乏认识和深入研究。笔者认为，大型金属构件激光快速成形技术研究能否从目前的“低谷”中走出来并得到持续发展，在很大程度上将取决于人们对大型金属构件激光快速成形过程内应力演化行为规律、内部缺陷形成机理和内部组织形成规律等关键基础问题的研究深度和认识程度。
http://www.opticsjournal.net/Abs ... J091218000089cIfLiO