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大型構件的智能化液體增材鑄造大型鑄鍛件是核電等領域高端裝備所必需的重要部件，而其非均質性問題也已成為制約重大裝備關鍵部件製造、服役性能及壽命的瓶頸。

技術介紹

隨着我國裝備製造業的迅猛發展，對鑄鍛件的大型化和均質化提出了更高要求，而大型化和均質化是一對難以解決的矛盾，是重大裝備製造中的世界難題。 傳統方法採用整體一次澆注的方式製備百噸級鑄錠，凝固過程中會產生成分偏析、晶粒尺寸不均、縮孔等不可避免的缺陷，隨着鑄錠尺寸增大、合金組元增多這些缺陷會趨於嚴重。這些缺陷嚴重影響後續熱加工工藝、造成產品的不合格，並且針對這些缺陷的「掐頭去尾」也嚴重降低了材料的利用率。我國鑄錠的材料利用率僅為30%-40%，提高鑄錠品質、減少材料和能源消耗是鑄錠製造技術研究的重點問題之一，也是節能降耗、實現「雙碳」目標亟需解決的挑戰。 本技術突破傳統的等成分一次性澆注的鑄造流程模式，採用變革性的液體離散增材鑄造的方法並結合計算機數值模擬智能鑄造製備合金鋼、鋁合金大型鑄錠，技術實現方案如下圖所示。主要技術優點如下。

先進性

1) 降低鑄錠凝固過程中中長時間無規則、混亂不可控金屬液流動而造成的成分不均勻等問題，突破了現有技術針對鑄錠尺寸進一步增大的需求無法解決「大型化」與「均質化」這一矛盾； 2) 澆注過程實現實時補給，杜絕凝固收縮補給不足產生的縮孔、疏鬆缺陷，明顯提高材料利用率； 3) 大型鑄錠澆注過程中「按需、定位」補給成分，實現對鑄件不同位置成分的可控、可設計； 4) 場地、能耗等方面限制了熔煉爐的大小，進而限制了傳統鑄造技術所製備鑄錠的「極限」尺寸，該技術基於智能設計方法採用一組小型熔煉爐代替大型熔煉爐等大型設備完成澆注，鑄錠「極限」尺寸將不再受限，同時節約大型設備的投入，降低碳的排放。

技術要點

1) 液體增材鑄造增量澆注中增量單元界面之間的枝晶生長-熔化-再生長機理、枝晶間溶質混合交互作用原理； 2) 液體增材鑄造過程中增量鑄層界面區複雜流場、多相共存、界面熔合、溶質傳輸等多因素耦合下的凝固行為和組織演變規律，以及鑄層及界面混溶區成分均質化原理及調控理論； 3) 該技術核心為目標牽引、逐層澆注、逐層凝固，需對澆注溫度、間隔時間、熔煉設備調度等進行系統調控，需建立基於目標構件尺寸、均質化及性能參數要求的智能鑄造控制平台。

主要技術參數、性能指標 本技術採用液體增材鑄造的方法製造大型鑄錠，採用增材製造的理念杜絕了大型鑄型中長時間無規則、混亂不可控金屬液流動而造成的成分不均勻，實現材料的實時補給杜絕凝固收縮補給不足產生的縮孔疏鬆缺陷，明顯提高材料利用率，「按需、定位」補給成分，實現對鑄件不同位置成分的可設計，同時避免了大型熔煉爐的投入，節約了大型設備投入降低碳排放。此外該技術的應用需結合機器學習方法建立智能鑄造平台實現對澆注方式、溫度、間隔時間等以及熔煉設備、行車調度等進行系統調控，不僅促進大型鑄錠的均質化水平，同時也將引領鑄造領域的智能化水平。

主要指標如下

1) 該技術解決了大型鑄錠均質性差、材料利用率低的問題，將大型鑄錠的宏觀偏析率降低了50%~70%，材料利用率從30%~40%提高到50%~80%； 2) 減少了大熔煉爐等大型設備投入，不僅降低了投入也降低了能源消耗，可節約大型鑄錠製備成本20%左右，降低能源損耗20%~30%。