“輕金屬加工”教學科研團隊

文/李淼泉·西北工業大學材料學院

李淼泉教授主要從事輕金屬加工的教學與科研工作，主要研究方向包括：⑴輕金屬(鈦合金、鈦鋁金屬間化合物、鈦基復合材料)；⑵有色合金精密塑性加工；⑶輕金屬增材制造；⑷金屬構件抗疲勞加工。主講了《沖壓工藝學》《冷溫擠壓》《模具CAD》《輕質金屬材料加工》《精密塑性加工理論基礎》《塑性變形技術新進展》等本科生、碩士研究生和博士生課程。任主編或者副主編出版教材4 本，《沖壓成形理論及技術》獲陜西省高等學校優秀教材獎一等獎。指導研究生和博士后116 人，培養的博士生5人分別獲陜西省優秀博士學位論文獎5項。主持國家自然科學基金、重大攻關等國家級重要科研項目40 余項。獲國家技術發明獎二等獎1 項、國家科技進步獎三等獎1 項、部省級科技成果獎一等獎2項和二等獎6 項，發表學術論文近500 篇，獲授權發明專利40 余項。出版學術專著《鈦合金精密鍛造》《置氫鈦合金高溫變形》2 本，創辦并在西安、澳大利亞、美國、中國香港成功舉辦了International Conference on Metallic Materials and Processing國際學術會議。

研究成果一：難變形金屬精密鍛造技術

本項目研究成果得到了國家重點基礎研究發展計劃、國家重大科技專項、國家重點工程攻關計劃和國家自然科學基金項目支持。針對難變形金屬鍛件鍛造成形難度大、微觀組織性能控制難、機械加工時間長的國際性難題，本項目研究成果提出了難變形金屬精密鍛造新方法，發明了難變形金屬精密鍛件的鍛造新技術；建立了耦合金屬微觀組織參數的多尺度材料模型，發明了難變形金屬鍛件精密鍛造CAD 和鍛造全過程的多場與多尺度耦合數值模擬技術，開發了相關技術系統；發明和集成了難變形金屬精密鍛造工藝系統；研制了鈦合金、高溫合金、鋼、鋁合金精密鍛件，鍛件的微觀組織性能優、尺寸精度高和表面質量好。本項目研究歷經10 余年，不僅突破了國外在精密鍛造技術領域的技術封鎖，而且研制和生產的鍛件性能明顯優于國際同類鍛件性能的水平，實現了難變形金屬精密鍛造技術的工程應用；獲授權國家發明專利11 項，計算機軟件著作權登記6 項，發表學術論文106 篇，出版學術專著2 本；與傳統鍛造工藝相比，材料利用率由15%提高到30%以上，節約機械加工費用50%左右；應用到包括大飛機在內的航空、航天、航海等9 個重點工程，為國家重大工程建設做出了重要貢獻，并推動了我國先進成形制造技術的科技進步。

研究成果二：金屬變形構件形性調控理論

多尺度塑性流動及形性調控研究是突破傳統塑性變形理論、創新精密塑性變形方法、航空航天海洋高端裝備制造的重要基礎，具有重要的科學與工程應用價值。針對塑性變形構件形性控制難、材料利用率低、加工周期長等難題，采用物理模擬試驗和宏觀—微觀—納觀耦合分析方法，深入研究鈦合金、高溫合金、高性能鋼和鋁合金在力場、溫度場與激光下變形行為、微觀—納觀結構演變與機制，多尺度模型，變形全過程形性形成軌跡與宏觀—微觀耦合調控方法，取得了重要突破和進展。主要貢獻包括：(1)建立了耦合高溫彈性流動與塑性流動的金屬材料變形本構關系，提出以晶粒尺寸為內變量的能量耗散率模型和塑性流動失穩參數模型，構建了熱加工圖。(2)提出了高溫塑性變形時宏觀—微觀—納觀三尺度內變量模型、激光加工時熱負荷向量模型和溫度場數值分析模型，揭示了力場、溫度場與激光對塑性流動行為的多尺度作用機制與增強增塑機制。(3)揭示了塑性變形全過程中宏觀變形-傳熱與微觀組織演變的相互作用規律與形性形成軌跡，優化了塑性變形全過程參數。

本項目研究成果是發表學術論文130 篇。8 篇代表性論文專著他引總次數688,其中5 篇代表性論文他引總次數370，3 篇代表性專著他引總次數318。代表性論文的引文刊登于SCI CHINA(中國科學)、Acta Mater、Int J Plasticity、Int J Mach Tool Manuf等91 種學術期刊。8 篇代表作的1100 多名引文作者分別來自中國、美國、德國、俄羅斯、英國、日本、澳大利亞、加拿大、法國等38 個國家和地區、280余個研究機構，引文作者所在研究機構主要有清華大學，美國麻省理工學院，英國劍橋大學、牛津大學、帝國理工學院，日本東京大學，新加坡南洋理工大學，德國亞琛工業大學，法國國家科學研究中心等。8 篇代表作引文作者有英國兩院院士H.K.D.H.Bhadeshia爵士，德國Frank Vollertsen 院士，澳大利亞功勛院士Peter D.Hodgson 院士等20 位院士。成果應用于塑性工程實踐，研發時間縮短了30%，加工成本降低了20%；為解決我國重大工程中關鍵塑性變形構件的制造難題提供了理論基礎。