“轻金属加工”教学科研团队

文/李淼泉·西北工业大学材料学院

李淼泉教授主要从事轻金属加工的教学与科研工作，主要研究方向包括：⑴轻金属(钛合金、钛铝金属间化合物、钛基复合材料)；⑵有色合金精密塑性加工；⑶轻金属增材制造；⑷金属构件抗疲劳加工。主讲了《冲压工艺学》《冷温挤压》《模具CAD》《轻质金属材料加工》《精密塑性加工理论基础》《塑性变形技术新进展》等本科生、硕士研究生和博士生课程。任主编或者副主编出版教材4 本，《冲压成形理论及技术》获陕西省高等学校优秀教材奖一等奖。指导研究生和博士后116 人，培养的博士生5人分别获陕西省优秀博士学位论文奖5项。主持国家自然科学基金、重大攻关等国家级重要科研项目40 余项。获国家技术发明奖二等奖1 项、国家科技进步奖三等奖1 项、部省级科技成果奖一等奖2项和二等奖6 项，发表学术论文近500 篇，获授权发明专利40 余项。出版学术专著《钛合金精密锻造》《置氢钛合金高温变形》2 本，创办并在西安、澳大利亚、美国、中国香港成功举办了International Conference on Metallic Materials and Processing国际学术会议。

研究成果一：难变形金属精密锻造技术

本项目研究成果得到了国家重点基础研究发展计划、国家重大科技专项、国家重点工程攻关计划和国家自然科学基金项目支持。针对难变形金属锻件锻造成形难度大、微观组织性能控制难、机械加工时间长的国际性难题，本项目研究成果提出了难变形金属精密锻造新方法，发明了难变形金属精密锻件的锻造新技术；建立了耦合金属微观组织参数的多尺度材料模型，发明了难变形金属锻件精密锻造CAD 和锻造全过程的多场与多尺度耦合数值模拟技术，开发了相关技术系统；发明和集成了难变形金属精密锻造工艺系统；研制了钛合金、高温合金、钢、铝合金精密锻件，锻件的微观组织性能优、尺寸精度高和表面质量好。本项目研究历经10 余年，不仅突破了国外在精密锻造技术领域的技术封锁，而且研制和生产的锻件性能明显优于国际同类锻件性能的水平，实现了难变形金属精密锻造技术的工程应用；获授权国家发明专利11 项，计算机软件著作权登记6 项，发表学术论文106 篇，出版学术专著2 本；与传统锻造工艺相比，材料利用率由15%提高到30%以上，节约机械加工费用50%左右；应用到包括大飞机在内的航空、航天、航海等9 个重点工程，为国家重大工程建设做出了重要贡献，并推动了我国先进成形制造技术的科技进步。

研究成果二：金属变形构件形性调控理论

多尺度塑性流动及形性调控研究是突破传统塑性变形理论、创新精密塑性变形方法、航空航天海洋高端装备制造的重要基础，具有重要的科学与工程应用价值。针对塑性变形构件形性控制难、材料利用率低、加工周期长等难题，采用物理模拟试验和宏观—微观—纳观耦合分析方法，深入研究钛合金、高温合金、高性能钢和铝合金在力场、温度场与激光下变形行为、微观—纳观结构演变与机制，多尺度模型，变形全过程形性形成轨迹与宏观—微观耦合调控方法，取得了重要突破和进展。主要贡献包括：(1)建立了耦合高温弹性流动与塑性流动的金属材料变形本构关系，提出以晶粒尺寸为内变量的能量耗散率模型和塑性流动失稳参数模型，构建了热加工图。(2)提出了高温塑性变形时宏观—微观—纳观三尺度内变量模型、激光加工时热负荷向量模型和温度场数值分析模型，揭示了力场、温度场与激光对塑性流动行为的多尺度作用机制与增强增塑机制。(3)揭示了塑性变形全过程中宏观变形-传热与微观组织演变的相互作用规律与形性形成轨迹，优化了塑性变形全过程参数。

本项目研究成果是发表学术论文130 篇。8 篇代表性论文专著他引总次数688,其中5 篇代表性论文他引总次数370，3 篇代表性专著他引总次数318。代表性论文的引文刊登于SCI CHINA(中国科学)、Acta Mater、Int J Plasticity、Int J Mach Tool Manuf等91 种学术期刊。8 篇代表作的1100 多名引文作者分别来自中国、美国、德国、俄罗斯、英国、日本、澳大利亚、加拿大、法国等38 个国家和地区、280余个研究机构，引文作者所在研究机构主要有清华大学，美国麻省理工学院，英国剑桥大学、牛津大学、帝国理工学院，日本东京大学，新加坡南洋理工大学，德国亚琛工业大学，法国国家科学研究中心等。8 篇代表作引文作者有英国两院院士H.K.D.H.Bhadeshia爵士，德国Frank Vollertsen 院士，澳大利亚功勋院士Peter D.Hodgson 院士等20 位院士。成果应用于塑性工程实践，研发时间缩短了30%，加工成本降低了20%；为解决我国重大工程中关键塑性变形构件的制造难题提供了理论基础。