研究部概况

材料加工模拟研究部隶属于中国科学院金属研究所沈阳材料科学国家(联合)实验室,致力于采用计算机模拟与实验研究相结合的方法,面向国家电力装备、高速铁路、船舶工程、冶金机械等领域的重点工程和重大装备,发展高性能金属结构材料,预测材料加工过程的各种成形缺陷、组织及性能,解决一批国家急需的关键材料和关键产品的制造技术,优化材料加工工艺。研究成果在国内50多家骨干企业应用,“可视化热加工技术”获辽宁省技术发明一等奖,“可视化铸锻集体”获中科院杰出科技成就奖。

研究方向

凝固过程数值模拟:采用实时观察、计算模拟、解剖实验方法,开展模铸、连铸钢锭,电站铸件等产品制备技术和相关基础理论研究。形变过程数值模拟:热变形过程缺陷愈合机理研究,锻造、轧制等复杂热变形条件下材料成形和组织、缺陷控制技术研究。焊接过程数值模拟:焊接电弧与焊接熔池交互作用基础研究、新型高性能焊接材料研制、焊接工艺模拟与实验。相变过程数值模拟:发展多尺度计算模拟技术。研究金属结构材料成形过程中的微观组织演化过程。 第一原理计算:开展基于原子层面的计算模拟,对材料物理、化学和力学属性优选设计,以及对极端条件下材料性能模拟和预测。工程结构材料研究:开展面向应用的钢材材料设计与制备研究,探索结构材料成分、组织、工艺、性能间的相互关系。

大尺寸构件制备课题组(待完善)

特殊钢材料课题组瞄准电力、高铁、船舶、钢铁、冶金、机械等领域的特殊钢,开展材料设计、制备、评价与相关成果转化等系列工作。目前研究工作涵盖四代核电用新材料、火电材料、核废料处置材料、耐磨钢、耐热钢、不锈钢等。通过研究特殊钢新材料制备与服役过程的组织与缺陷形成机制及其控制技术,实现特殊钢的纯净化、均质化、致密化制备。未来三到五年内,借助纯净冶炼、稀土处理等共性关键技术,实现优特钢质量跨越,赶超国际先进水平。

  • 稀土钢
  • 核电新材料
  • 火电新材料
  • 耐磨、耐热、耐蚀钢
  • 纯净化、均质化、致密化控制

高性能焊接课题组以电弧与溶池交互作用下的焊接冶金学研究为基础,开发焊接新材料和新工艺。瞄准工程需求,开展大型焊接结构的应力变形模拟与控制研究。

  • 焊接冶金与焊材研制
  • 焊接结构变形控制
  • 焊接新工艺开发

计算材料课题组围绕材料设计和计算的科学前沿,计算材料课题组主要从事金属材料多尺度模拟,其中包括第一原理性计算、介观尺度模拟与工艺过程模拟,模拟与实验相结合,应用于高性能新材料设计和关键制备技术开发。在第一原理计算方面,主要集中在材料物性预测和表征、新材料设计、材料(在极端条件下)性能模拟和预言和探索多尺度材料计算模型等。在介观尺度模拟方面,发展了相场、元胞自动机和Monte Carlo等模型,用于模拟金属材料中晶粒生长、再结晶及固态相变等微观组织演变过程,探索工艺-微观组织-性能的内在机制,为新材料与新工艺的开发提供指导。在工艺过程模拟方面,开展铸锻件加工全流程模拟仿真计算、缺陷形成机理及预测判据研究。

  • 第一原理计算方面
  • 介观尺度模拟方面
  • 工艺过程模拟方面

超高温成形课题组面向能源电力、海洋工程、交通运输、大科学装置、国防军工领域对高品质大锻件的需求,聚焦材料、均质化制备与近净成形问题,开展成分与组织优化、成形工艺仿真等工作,重点发展金属构筑成形、超高温软芯锻造两项独创的大锻件先进制备技术,研究变形连接过程界面愈合机制与固液两相区大变形过程组织演化规律,构建大锻件增材制造新学科方向,实现技术成果在核电压力容器、重型燃气轮机、低温大科学装置、舰船核心部件、高品质特殊钢上应用。

  • 金属构筑成形
  • 超高温软芯锻造
  • 热加工工艺仿真

技术支撑课题组(待完善)

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