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大型构件的智能化液体增材铸造大型铸锻件是核电等领域高端装备所必需的重要部件，而其非均质性问题也已成为制约重大装备关键部件制造、服役性能及寿命的瓶颈。

技术介绍

随着我国装备制造业的迅猛发展，对铸锻件的大型化和均质化提出了更高要求，而大型化和均质化是一对难以解决的矛盾，是重大装备制造中的世界难题。 传统方法采用整体一次浇注的方式制备百吨级铸锭，凝固过程中会产生成分偏析、晶粒尺寸不均、缩孔等不可避免的缺陷，随着铸锭尺寸增大、合金组元增多这些缺陷会趋于严重。这些缺陷严重影响后续热加工工艺、造成产品的不合格，并且针对这些缺陷的“掐头去尾”也严重降低了材料的利用率。我国铸锭的材料利用率仅为30%-40%，提高铸锭品质、减少材料和能源消耗是铸锭制造技术研究的重点问题之一，也是节能降耗、实现“双碳”目标亟需解决的挑战。 本技术突破传统的等成分一次性浇注的铸造流程模式，采用变革性的液体离散增材铸造的方法并结合计算机数值模拟智能铸造制备合金钢、铝合金大型铸锭，技术实现方案如下图所示。主要技术优点如下。

先进性

1) 降低铸锭凝固过程中中长时间无规则、混乱不可控金属液流动而造成的成分不均匀等问题，突破了现有技术针对铸锭尺寸进一步增大的需求无法解决“大型化”与“均质化”这一矛盾； 2) 浇注过程实现实时补给，杜绝凝固收缩补给不足产生的缩孔、疏松缺陷，明显提高材料利用率； 3) 大型铸锭浇注过程中“按需、定位”补给成分，实现对铸件不同位置成分的可控、可设计； 4) 场地、能耗等方面限制了熔炼炉的大小，进而限制了传统铸造技术所制备铸锭的“极限”尺寸，该技术基于智能设计方法采用一组小型熔炼炉代替大型熔炼炉等大型设备完成浇注，铸锭“极限”尺寸将不再受限，同时节约大型设备的投入，降低碳的排放。

技术要点

1) 液体增材铸造增量浇注中增量单元界面之间的枝晶生长-熔化-再生长机理、枝晶间溶质混合交互作用原理； 2) 液体增材铸造过程中增量铸层界面区复杂流场、多相共存、界面熔合、溶质传输等多因素耦合下的凝固行为和组织演变规律，以及铸层及界面混溶区成分均质化原理及调控理论； 3) 该技术核心为目标牵引、逐层浇注、逐层凝固，需对浇注温度、间隔时间、熔炼设备调度等进行系统调控，需建立基于目标构件尺寸、均质化及性能参数要求的智能铸造控制平台。

主要技术参数、性能指标 本技术采用液体增材铸造的方法制造大型铸锭，采用增材制造的理念杜绝了大型铸型中长时间无规则、混乱不可控金属液流动而造成的成分不均匀，实现材料的实时补给杜绝凝固收缩补给不足产生的缩孔疏松缺陷，明显提高材料利用率，“按需、定位”补给成分，实现对铸件不同位置成分的可设计，同时避免了大型熔炼炉的投入，节约了大型设备投入降低碳排放。此外该技术的应用需结合机器学习方法建立智能铸造平台实现对浇注方式、温度、间隔时间等以及熔炼设备、行车调度等进行系统调控，不仅促进大型铸锭的均质化水平，同时也将引领铸造领域的智能化水平。

主要指标如下

1) 该技术解决了大型铸锭均质性差、材料利用率低的问题，将大型铸锭的宏观偏析率降低了50%~70%，材料利用率从30%~40%提高到50%~80%； 2) 减少了大熔炼炉等大型设备投入，不仅降低了投入也降低了能源消耗，可节约大型铸锭制备成本20%左右，降低能源损耗20%~30%。