报告主题：从材料到产品的工程理论

报告嘉宾：李建国（教授，上海交通大学材料学科与工程学院）

时 间：2023年5月16日（周二）下午3:00

地 点：材料学院536会议厅

报告人简介

李建国，上海交通大学特聘教授，973项目首席科学家，国家有突出贡献的中青年专家，获国家杰出青年基金。从事金属凝固过程研究，在国内外刊物发表论文600余篇，培养研究生85人。获国家科技进步二等奖1项，省部级一等奖2项；1994年获政府特殊津贴和光华科技奖励基金一等奖。历任凝固技术国家重点实验室主任、激光制造与材料改性上海市重点实验室主任、中国材料学会凝固分会副理事长、中国航空学会材料工程专业委员会委员、中国动力学会材料专业委员会委员、JMST编委等。

主要科学技术贡献如下：

1.发明了ZMLMC超高梯度定向凝固方法，建立了叶片单晶凝固工程控制理论。

ZMLMC方法使定向凝固的温度梯度达到国际最高的1000K/cm量级(体材料)，在国内外凝固研究和材料制备中获得了广泛的应用；定义了叶片类单晶炉的两个技术参数和标准；解决了叶片铸件晶粒的产生、竞争和单晶生长的理论缺陷与工艺瓶颈，据此研制了新型单晶叶片智能制造装备，已用于XX单晶叶片制造。

2.建立了大型锻件热制造的均质化窗口，发明了离散-增材铸造新方法。

建立了锻件均质化窗口及其热加工各环节协同控制理论，满足了核电等大型锻件安全服役和低消耗热加工的要求；发明了离散-增材铸造新方法解决了铸锭均质化的瓶颈，节能降耗25%，材料利用率提高30%。在上海重型机器厂用于生产AP1000核岛和高温气冷堆36种大型锻件，经机械工业联合会鉴定达国际先进，获上海市唯一大企业产学研优秀项目奖，在新一代压水堆核岛用钢及临氢化工大单重特厚板中应用。

3.研制了首台基于微距焦X射线的桌面光源系统，发展了铁磁形状记忆和磁致伸缩材料的凝固制备新技术。

微距焦X射线桌面光源系统集成了温度场，电磁场，应力场，实现了材料从液态到固体介观行为的实时解析，已通过国家自然科学基金验收，形成产业并出口国外；建立了亚快速凝固枝胞转变的理论模型，揭示了Tb-Dy-Fe、Ni-Mn-X（X= Ga, In, Sn）、Ni-Fe-Ga等合金晶体取向的形成规律；发展并产业化多种受控凝固装备，实现了择优取向、大体积功能棒材的制备。

报告内容简介

智能化是人类高效利用自然资源的必然选择，数字技术的发展为这一选择提供了有力的支撑。然而，面对具有不同复杂性特征的制造过程，人们选择的智能化路径和方法应该有所不同。

作为自然资源消耗和浪费最主要环节之一的材料加工，智能化是过程节能、降耗、提质、增效的必由之路。然而，与机械和电等过程相比，材料加工的智能化水平仍然很低，其原因就在于材料加工过程具有更大的统计决定性。这种更大的统计决定性的根源就在于描述系统传输行为特征的Péclet数处于更宽的频段，而人们对过程认识的局限性和不可避免的环境干扰加剧了过程的随机性，使材料加工过程的“一个改变可以造成多个结果，一个结果可以由多个改变造成”，反馈控制方法失效。

材料加工的工程理论就是从理论模型出发精确控制过程的决定性部分，基于数据和经验提高对随机部分的预测和控制能力，建立以可接受的成本生产合格产品的工程控制边界，为过程控制提供一个大脑、为大脑建立量化的逻辑关系、为逻辑关系指定优先级别，实现材料加工过程的智能化设计，预测和精准控制。

大型装备制造所需的大型铸锭制造和航空发动机叶片单晶生长是两个基于专业基础理论发展、利用工程理论的典型案例。

针对大型铸锭材料利用率低的问题，建立了一个以成分偏析窗口为控制边界的设计，预测和过程调度的智能化系统，大幅度提高了铸锭材料利用率，降低了设备投资。

针对叶片单晶成品率低无法量产的问题，建立了单晶生长过程的自适应控制模型，从单晶的“生”、“择”、“长”三个控制环节进行精准控制，实现了装备工艺一体化。

因此，预测、设计、控制应该是材料加工智能化的主要方法。

欢迎有兴趣的师生前来参加！

材料学院

2023年5月15日