激光熔覆成形技术是一种新的快速原型制造技术，它具有成形零件性能优良、组织结构致密和成本低的优点，是快速原型制造技术中一个重要的发展方向。激光熔覆成形技术在我国还处于起步阶段，需要研究的问题很多，如激光熔覆成形零件的变形问题、成形零件的尺寸精度问题、成形零件的表面质量问题和成形粉末的设计及调整问题等。但激光熔覆成形零件中的微裂纹问题是其中最重要的，因为激光熔覆成形的零件如果产生了微裂纹，则这个零件等于报废，零件的其它性能根本都谈不上。本项目在深入分析激光熔覆成形工艺规律的基础上，提出了控制微裂纹的五种方法，即优化熔覆成形基体材料、优选和匹配熔覆成形粉末、优化熔覆成形环境、监控激光熔覆成形熔池温度和在激光熔覆成形过程中引入超声振动。通过对这五种方法的深入研究，找到合适的工艺参数和规律，达到控制激光熔覆成形零件微裂纹的目的，促进激光熔覆成形技术在我国的发展和应用，也为其它激光加工技术提供参考。 2100433B

《铝及铝合金铸轧成形与裂纹扩展》一书系统地研究分析了铝及铝合金铸轧成形与裂纹扩展规律及其影响因素。本书主要内容包括绪论、基于元胞自动机的铝铸轧微观数值模拟、基于有限元的铝铸轧成形过程数值模拟、基于损伤力学的铸轧辊辊套疲劳寿命研究、基于有限差分的铸轧过程铸嘴型腔流动数值模拟、铝铸轧过程试验研究、基于分子动力学的铝及铝合金裂纹扩展数值模拟、基于有限元的铝合金细观结构响应及裂纹扩展数值模拟、铝合金高温塑性变形条件下的变形机制。本书内容对研究铝及铝合金的铸轧成形与裂纹扩展，从而获得高质量的铝及铝合金产品具有较强的指导作用。

裂纹的形成是连铸过程中力学因素和冶金特性综合作用的结果，从裂纹的形成到出现，必须有作用应力，且材料本身不能承受此应力。因此，要理解连铸中各类裂纹的形成过程，就需要了解应力源和材料的高温特性，特别是延展性。而且需要指出的是，裂纹形成不见得均匀进行，可能有明显的裂纹开始和扩张阶段。下面就几种典型的表面裂纹和内部裂纹的形成机理进行分析。

连铸坯裂纹表面横向裂纹的形成机理

有证据表明，表面横向裂纹的早期形成阶段，出现在结晶器内的高温区，并且与振痕附近的偏析有关。这些区域熔点低，且由于向结晶器的热传输降低，而使温度较高，从而导致热扯裂。当碳含量达到出现包晶的程度时，表面横向裂纹增加，尽管表面横向裂纹的早期形成阶段，可能位于结晶器内，但这些缺陷变大、变多则是在结晶器之后的低温区，当其受到来自各种渠道的应力作用，特别是象铸坯矫直时那样的应力作用时，当这些应力出现在延展性差的温度范围内，表面横向裂纹很严重。由于热延展性受微合金影响强烈，所以有报道认为，这就是微合金元素影响表面横向裂纹的机理，除微合金元素析出物在表面横向裂纹的形核方面起一定作用外，振痕也有利于裂纹的扩张。这是由于振痕下的晶粒尺寸较粗大，且凹口形的几何形状也会使应力集中。

连铸坯裂纹表面纵向裂纹的形成机理

连铸坯表面纵向裂纹的产生往往与表面纵向凹陷相伴随。据认为，连铸坯表面纵向凹陷、裂纹是在结晶器弯月面附近产生，在二冷区得到扩展，因此，其根源在于钢水在结晶器内的凝固行为及其影响因素。各种原因导致的不均匀传热和不均匀凝固会造成铸坯凹陷，凹陷部位冷却和凝固速度比其他部位慢，结晶组织粗化，对裂纹敏感性强。坯壳出结晶器后受到喷水冷却和钢水静压力引起的膨胀作用，在凹陷的薄弱处造成应力集中而产生裂纹。坯壳表面凹陷越深，坯壳厚度不均匀性就越严重，纵裂出现的几率越大。

成分、结晶器状况、过热度、拉速、保护渣甚至是操作等导致的不均匀传热，都增加了铸坯产生表面纵向凹陷和裂纹的几率。

连铸坯裂纹内部裂纹的形成机理

最初在结晶器中形成的2-5mm厚的凝固壳为细小的等轴晶，之后凝固组织变为柱状晶。柱状晶的方向基本上与坯壳表面垂直，且平行于热流方向。随着凝固的进行，S,P等元素发生偏析，在固液界面前沿及枝晶之间富集。含S,P较高的晶界在大体积材料的固相线温度Tsol下仍处于液态，对于与柱状晶方向垂直的拉应力或拉应变而言，处于液相的晶界几乎没有塑性。开始出现零塑性的温度ZDT比固相线温度低30 ~ 70℃,当结晶器摩擦力引起的应力、坯壳鼓肚应力、热应力、矫直应力、以及由于导辊变形、不对中引起的附加机械应力作用于凝固前沿时，凝固界面率先沿柱状晶晶界开裂形成裂纹，并向固相扩展，同时凝固前沿富含溶质元素的钢水有可能被“抽吸”进入裂纹。这就是内裂纹有时伴随着偏折线一起出现的原因。

初始形成的裂纹沿柱状晶晶界向固相扩展，由于温度逐渐降低，塑性和强度逐渐上升，或遇到表层等轴晶区，裂纹扩展被抑制。在随后的凝固过程中，如果凝固前沿继续受到应力或应变的作用，则已形成的内裂纹将随着凝固界面的推进而连续“生长” 。

无氧铜连铸坯凝固是包含流动、传热、传质的动力学过程，也是具有高温、多相及相互影响特征的复杂体系，如何控制连铸坯凝固过程，减少铸坯微裂纹的产生对铸坯质量至关重要。本项目从连铸坯凝固行为、高温力学性能、作用在连铸坯上的各种应力应变、化学成分以及微观偏析行为等角度出发，探索铸坯微裂纹产生的机理和控制因素，对铜液凝固过程提出揭示枝晶生长的微观结构参数及其变化规律的数学模型，研究稳定性常数等微观参数和拉速等浇注参数对连铸凝固过程的影响规律；通过建立实时完全热-力耦合的凝固传热模型，预测铸坯在结晶器内温度分布和凝固状态，分析影响连铸坯铸造质量的因素；对连铸坯在结晶器内传热、流动、应力应变进行完全耦合计算，提出一种铸坯微裂纹产生的预测判据。本项目的研究成果将为我国无氧铜连铸工艺理论体系的完善提供有益补充，具有十分明显的科学意义和工程应用价值。