高品质大型铸锻、挤压件是新一代大型机械加工装备、核电、火电等能源装备以及大型导弹、鱼雷、高铁车体等新型装备的核心构件。随着社会的发展，对大型铸锻件、挤压件的需求剧增。基于“提高效率、降低消耗、保护环境、安全可靠”的设计思想， 和“高性能化”等苛刻要求，要求生产最终锻件或挤压件的铸件最重超过600吨，性能需数十年稳定。由于尺寸巨大，铸锭浇注时存在多域流动和复杂的质、能传递，凝固时间长、冷速差异大，导致晶粒和成分不均、夹杂等缺陷严重；后续热加工时需要反复、长时加热和多道次变形，温度和变形量的均匀化难度大，缺陷和组织演变复杂；热处理要解决前期遗留的不均质，因此大型零部件的均质化制造是一个热加工系统工程。其问题是由“大”而生的，相关理论研究缺乏，目前生产仍处于低效求均质”的“摸索制造”阶段，资源浪费巨大，许多关键锻件尚不能自主制造，成为新型装备制造的突出瓶颈。
       本研究方向针对上述问题，对大型铸锻件、挤压件的热制造全流程进行多尺度建模和仿真、物理模拟和实体实验研究。围绕“大型铸锭多包调控浇注原理与多尺度组织形成规律”、“大型铸锭热锻成形的组织与缺陷演化理论”和“热加工全流程组织、 最终状态控制机理”三个关键科学问题，开展五个方向的研究： 

1. 大型铸锭中的多域流动及其质、能传递规律； 
2. 大型铸锭的均质化凝固控制； 
3. 大型锻件、挤压件热塑性成形过程宏微观物理演化规律及其相互作用； 
4. 大型锻件、挤压件固态相变的均质化协同调控； 
5. 大型锻件、挤压件热制造全流程组织缺陷的遗传、演化和调控。

图5. 数值模拟2.45吨钢锭的宏观偏析分布图
Fig. 5 The predicted macro-segregation of a 2.45 ton steel ingot

图6 基于逐层凝固的大型铸锭的微包浇注方法
Fig.6 Schematic of multi-mini-pot pouring process based on step solidification