航空航天装备制造是最具前沿引领性与产业带动性的产业，是国家综合实力的重要体现。为满足空间站建设和月球探测等重大工程的需求，我国预研中的重型火箭要将我国现有的航天有效发射载荷由20吨级提升到100吨级，起飞重量由1000吨级增加到3000吨级，火箭直径由5米级增大到10米级。

贮箱是运载火箭的核心部件，约占运载火箭全长的2/3。贮箱及其构件尺度的进一步增大，整体性能和尺寸精度要求的进一步提升，对其复杂制造流程中所涉及的坯料初始组织状态、制造能场均匀性及组织和应力的演变控制更加严苛，挑战现有制造技术的极限。

在国家重点基础研究项目、航天先进制造技术研究联合基金（重大）集成项目、重型运载火箭关深项目等支持下，实验室以大型贮箱结构中二类关键构件（环形锻件、薄壁构件）为主要对象，探索大型航天结构件成形成性制造中高服役性能精准形成的科学机理和演变途径，创新与实践相应的技术原理，破解重型火箭制造的瓶颈难题，支撑新一代重型火箭制造目标的实现。具体研究进展如下：

1、提出了大型高强铝合金高纯均质细晶铸锭超声辅助铸造原理与技术

（1）提出了合金成分优化设计和多级高温均匀化热处理调控大规格高品质铸锭粗大凝固结晶相的理论与技术，显著减少了大型铸锭组织中粗大网络状Al2Cu结晶相和纤维状含Fe相，为制造高品质铸锭和高综合性能大规格构件奠定基础。

（2）揭示了超声能场调控铸锭微结构的作用机理，发现了超声外场对结晶体的谐振效应及异质形核作用机制，自主研发了成套超声波辅助铸造系统，突破了大型铸锭的规格极限和组织均匀性极限。

（3）查明了大规格铸锭凝固特性与规律，建立不同工艺条件与铸锭质量的对应关系，提出了大规格铸锭多源超声辅助铸造技术，制定大规格铸锭组织与性能精准调控的技术规范。

2、提出了大规格铝合金环件组织及性能均匀性控制原理与成套关键技术

（1）提出了高温大应变量开坯锻造与中间高温固溶热处理复合锻造成形理论与技术，显著减少了粗大残余结晶相，抑制了变形损伤等缺陷的产生。

（2）提出了大规格环件中低温环轧晶粒细化成形理论与技术，解决了大规格铝合金环件晶粒粗大、纤维组织显著导致延伸率低、各向异性显著的难题。

（3）提出了近固溶线固溶-冷变形-时效热处理协同调控技术，揭示了其晶內晶界析出相分布的规律与机理，实现了大规格环件综合性能的整体提升。

3、提出了超大弧面薄壁构件蠕变时效形性协同制造原理与技术

（1）揭示了复杂热力条件高强铝合金蠕变时效形/性交互作用机理，提出了耦合机理的内变量模型，实现了形性演变宏微观耦合统一本构表征。

（2）提出了时效成形全过程热压罐－模具－构件多场多尺度联合仿真技术，建立了基于加权补偿算法的回弹补偿方法，实现了大型构件时效成形过程形性演变的精确预测与控制。

（3）提出了预变形、电脉冲调控蠕变时效形/性协同制造新方法，发现预变形和脉冲电流可有效减小位错运动阻力，降低形性演变势垒差，确保了大型构件精确成形与成性协同制造。

4、应用与实施效果

（1）研制了运载火箭及导弹用系列大直径高品质超高强铝合金铸锭

突破合金成分设计、纯净化、超声外场辅助半连续铸造等关键技术。研制出世界最大、重达17T、Φ1380 mm的2xxx系铝合金铸锭。同时，相关技术用于制造高品质大规格2A14铝合金铸锭，用于新一代战略战术武器多种型号研制和批量生产。

2219铝合金铸锭（Φ1380 × 3600 mm，重达17T）

（2）研制了运载火箭用系列大直径高品质超高强铝合金环形锻件

◆研制的Φ3350mm 环件各向性能显著提升，达到并远超设计指标，用于DXX型号；

◆成功实现了Φ5000mm贮箱过渡环的高性能制造，综合性能全面提升，已提交合格环件进行整体焊接实验；

高温多向锻造开坯 高温马架扩孔

高温初轧＋中低温终轧 Φ5m环件

采用新工艺的5m直径过渡环工业试制

◆成功实现了Φ9500mm 环件的高性能制造，各向性能接近设计指标。

Φ9500mm的2219铝合金大锻环

（3）研制了运载火箭用系列大直径贮箱壁板及箱底瓜瓣薄壁构件

◆成功实现了Φ3350mm运载火箭贮箱壁板样件的蠕变时效精确形性协同制造。

直径3.35m贮箱壁板及其相关测试数

◆成功实现了直径5m火箭贮箱瓜瓣样件的蠕变时效精确形性协同制造，成形瓜瓣型面精度和力学性能均全面提升，满足设计技术指标要求。

直径5m瓜瓣及其相关测试数据

◆完成了超大直径***重型运载火箭贮箱瓜瓣试制，各项指标达到设计要求。

超大直径***瓜瓣及其相关测试数据

研究成果：在Materials Characterization、Metallurgical and Materials Transactions A、Journal of Alloys and Compounds等国内外知名期刊上发表论文150余篇，授权国家发明专利30余项，出版专著2本。相关研究成果有力支撑了我国重型运载火箭贮箱结构件的研制，部分成果已应用于新一代运载火箭、战略战术武器多种型号研制和批量生产。