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华科团队再立功打印出中国时速600公里以上磁浮列车关键“零件”

发布时间:2021-03-07 10:36 作者:金宝搏

  极目新闻2月9日讯(记者李碗容 通讯员徐小丹)今日,极目新闻记者从华中科技大学了解到,该校机械学院张海鸥团队基于其研发的“铸锻铣一体化金属3D打印”技术,成功打印出面向时速600公里及以上磁浮列车悬浮架关键支撑部件,目前正与西南交通大学吴圣川教授再制造修复更高速度级的高速列车铝合金齿轮箱体,同时合作开展损伤车轴和铝合金结构的表面修复及结构完整性评价。

  吴圣川教授所在牵引动力国家重点实验室被称为“中国高铁第一实验室”,吴圣川是张海鸥团队博士毕业生,多年来致力于推动“铸锻铣一体化金属3D打印”技术在高铁中的应用。吴圣川介绍,材料内部损伤演化及定量表征是重大装备服役中的瓶颈技术。长期以来,一直依赖于破坏性试验和表面观察方法推证出材料疲劳力学行为,设计结果偏于保守、制造工艺关联性差、服役评估难以定量。

  吴圣川所在的国家杰青康国政教授团队研究发现,微铸锻复合增材材料的内部缺陷(也称为裂纹)数量较其他热源增材降低了近4倍,缺陷表面更加光滑,尺寸显著减小,成形金属零件的微观组织也得到了明显细化(平均晶粒和最大晶粒分别细化近2.6倍和1.8倍)。研究认为,内部缺陷数量、尺寸和形貌的变化是微铸锻材料抗疲劳开裂性能显著提高的主要原因之一,那么在同等条件下零件更不易萌生裂纹和发生失效破坏;而晶粒细化不仅大幅改善了材料的塑形指标,而且对于微铸锻5087铝合金,其在拐点寿命107循环周次和存活率95%下的疲劳极限达到84 MPa。

  “这一结果也表明,‘铸锻铣一体化金属3D打印’应用于以高铁为代表的大型高端装备中的巨大潜力。”中车青岛四方机车车辆股份有限公司丁叁叁副总工程师介绍,从时速200公里到今天的350公里,到正在研发中的时速400公里高速列车项目,我国在高铁领域已经形成了国际领先的成套技术装备和丰富运用经验。作为一种国际尖端技术,时速600公里及以上的高速磁浮更是世界各国轨道交通技术竞争的一个制高点。尤其是当列车在高速行驶状态下,空气动力学作用急剧恶化,对材料及结构可靠性要求与既有技术显著不同,“铸锻铣一体化金属3D打印”技术所特有的组织通体细晶和基体高强韧等优势,可为这类超高速、长寿命地面交通装备制造提供全新方案,助力中国高铁走向磁浮超高速时代。

  “铸锻铣一体化金属3D打印”技术由张海鸥团队历经二十年研发完成。张海鸥介绍,该技术颠覆了高端金属件长期以来依赖铸锻焊铣分离的传统制造模式,解决了传统锻件均匀性与增材制造疲劳性能难题。2020年8月28日,商务部、科技部调整发布《中国禁止出口限制出口技术目录》。“铸锻铣一体化金属3D打印”技术被列入限制出口目录。此前,该技术还获得2020年湖北省技术发明奖一等奖、提名2020年度国家技术发明奖一等奖。

  近日,以张海鸥团队技术为研究核心的国家科技04专项顺利验收,课题评价专家组组长、北京北一机床股份有限公司原总工程师刘宇凌认为,作为融合冶金材料制备成形与机械加工于一体的新兴技术,“铸锻铣一体化金属3D打印”是典型的跨行业、多学科交叉技术,代表了未来以产业链短流程化制造为特色的高端装备制造发展方向。

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