鑄造行業(yè)“十三五”技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要.doc

鑄造行業(yè)“十三五”技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要編者按：2014年6月21日，經(jīng)中國機械工程學(xué)會鑄造分會（以下簡稱“全國鑄造學(xué)會”）第九屆理事會第三次理事長工作會議討論研究，決定編制鑄造行業(yè)“十三五”技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（以下簡稱“綱要”）。全國鑄造學(xué)會秘書處確定了綱要的“編制路線”和編制時間進度，并成立了“專家咨詢委員會”和“編制工作委員會”。綱要編制工作會議于2014年9月27日在西安召開，確定了綱要編制的涵蓋專業(yè)領(lǐng)域分類和工作分工、內(nèi)容及編寫規(guī)范、工作進度安排。綱要審查會于2015年5月17日在沈陽召開，對綱要每個專業(yè)領(lǐng)域進行了認真、嚴格的審查，提出了有針對性的修改和補充意見。綱要審定會于2015年10月25日在長沙召開，審議通過了修改后的綱要。綱要的有關(guān)內(nèi)容作為上報材料的重要組成部分已先后提交至中國工程院和工信部。綱要作為科學(xué)技術(shù)發(fā)展專題規(guī)劃，納入由中國鑄造協(xié)會組織編制的鑄造行業(yè)“十三五”發(fā)展規(guī)劃建議。綱要由18個部分組成：鑄鋼、鑄鐵、鑄造有色合金、鑄造金屬基復(fù)合材料、鑄造耐磨材料、快速鑄造、熔模鑄造、壓鑄、反重力鑄造、擠壓鑄造、消失模鑄造、數(shù)值模擬、網(wǎng)絡(luò)制造、造型材料、鑄造裝備與檢測技術(shù)、環(huán)保與安全、汽車鑄件、鑄造標準。在中國制造2025十大重點領(lǐng)域中，有8個領(lǐng)域與鑄造密切相關(guān)，甚至有些領(lǐng)域鑄造技術(shù)作為發(fā)展瓶頸，大部分領(lǐng)域都對鑄造技術(shù)有強烈的需求，或者需要鑄造技術(shù)和鑄造產(chǎn)品進行支撐。綱要作為鑄造行業(yè)技術(shù)發(fā)展指導(dǎo)性的文件，在政策層面，向政府提出了建設(shè)性的建議；在技術(shù)發(fā)展層面，對各個專業(yè)技術(shù)領(lǐng)域提出了重點發(fā)展的項目及關(guān)鍵技術(shù)。綱要具有全局性、戰(zhàn)略性和前瞻性。為了充分發(fā)揮綱要的指導(dǎo)作用，擴大綱要在鑄造行業(yè)技術(shù)發(fā)展方面的影響，在全國鑄造學(xué)會第九屆理事會第四次理事長工作會議上決定將綱要在鑄造雜志上全文刊登。本刊在本期刊登綱要全文，以饋廣大讀者。44鑄造行業(yè)“十三五”技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（中國機械工程學(xué)會鑄造分會 編制）引言“十二五”期間，我國在鑄造技術(shù)創(chuàng)新、行業(yè)進步等方面取得了顯著成果。2014年我國鑄件總產(chǎn)量達到4620萬噸，較2013年的4450萬噸增長了3.8%，連續(xù)15年位居世界鑄件產(chǎn)量第一大國。但是仍未解決我國鑄造行業(yè)“大而不強”的問題，一方面在大量出口低端鑄件的同時，仍需要進口大量高端鑄件產(chǎn)品；另一方面在國防和國家重點工程建設(shè)急需的重大技術(shù)裝備的研發(fā)過程中，由于國外技術(shù)封鎖，關(guān)鍵鑄件常常成為制約相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展的瓶頸?！笆濉睍r期是深入實施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略，加快建設(shè)創(chuàng)新型國家的關(guān)鍵時期。對于在裝備制造業(yè)中發(fā)揮重要作用的鑄造業(yè)，是科技提升、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型、提升核心競爭力的重要機遇期。為了清晰認識國際鑄造科技發(fā)展大勢，規(guī)劃鑄造技術(shù)發(fā)展方向，根據(jù)國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020年）、國家“十三五”科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃和中國制造2025提出的目標和任務(wù)，結(jié)合我國鑄造行業(yè)科技發(fā)展實際，編制了鑄造行業(yè)“十三五”技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（以下簡稱綱要）。綱要由18個部分組成：鑄鋼、鑄鐵、鑄造有色合金、鑄造金屬基復(fù)合材料、鑄造耐磨材料、快速鑄造、熔模鑄造、壓鑄、反重力鑄造、擠壓鑄造、消失模鑄造、數(shù)值模擬、網(wǎng)絡(luò)制造、造型材料、鑄造裝備與檢測技術(shù)、環(huán)保與安全、汽車鑄件、鑄造標準。其中綱要中的13個領(lǐng)域的規(guī)劃內(nèi)容涉及到中國制造2025全部五個重大工程，覆蓋了高端裝備創(chuàng)新工程10大領(lǐng)域中的8個領(lǐng)域。綱要結(jié)合國內(nèi)外鑄造技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，結(jié)合發(fā)展熱點問題和中國鑄造技術(shù)發(fā)展需求，指出了發(fā)展目標和發(fā)展重點，提出了重點發(fā)展的項目及關(guān)鍵技術(shù)。綱要突出了戰(zhàn)略性和宏觀性，具有針對性和可操作性，可作為中國鑄造行業(yè)20162020年鑄造技術(shù)發(fā)展的指南。第1章 鑄鋼1 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1.1 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢目前我國小型批量鑄件已普遍采用造型線生產(chǎn)，并初步具備以典型產(chǎn)品為核心的質(zhì)量技術(shù)體系。但生產(chǎn)線主要設(shè)備制造水平偏低，生產(chǎn)線先進程度及技術(shù)含量有待提高。我國鑄鋼市場也是產(chǎn)能過剩，由于受到勞動力、廢鋼和造型材料價格上升而鑄件價格反而回落的影響，市場競爭越來越激烈，許多中小企業(yè)步履艱難，面臨重新洗牌局面。1.2 國外發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢（1）完全的爐前快速檢測，成分波動少，檢測儀器性能穩(wěn)定；（2）很多企業(yè)采用精煉手段，并在鑄型上采用過濾網(wǎng)，保證鋼液純凈度；（3）發(fā)達國家大批量生產(chǎn)的中、小型鑄件的鑄型，大多采用高緊實率的高壓、高速、射壓等高效流水線，采用樹脂砂制芯，造型設(shè)備數(shù)控化率較高；（4）發(fā)達國家普遍采用CAD、CAM等軟件的集成技術(shù)，基本全部采用工藝模擬，工藝數(shù)據(jù)庫已經(jīng)很好應(yīng)用；（5）鑄造原、輔材料質(zhì)量和品種以及社會化、專業(yè)化、商品化供應(yīng)方面已經(jīng)日臻成熟；（6）工業(yè)CT設(shè)備等先進檢測設(shè)備逐步應(yīng)用到產(chǎn)品檢測中；（7）大型鑄鋼件的冶金技術(shù)在向高純度鋼液技術(shù)發(fā)展，成分均勻性、內(nèi)部缺陷、尺寸精準度等控制技術(shù)仍優(yōu)于國內(nèi)。1.3 國內(nèi)外的差距與工業(yè)發(fā)達國家相比，目前我國大型鑄鋼件生產(chǎn)在產(chǎn)品品種、工藝水平、質(zhì)量等級以及制造裝備等整體水平方面均存在著較大差距。在大型核電設(shè)備中，主泵、核電汽輪機缸體等大型鑄鋼件多采用不銹鋼材料，其質(zhì)量要求極高，我國尚未掌握自主生產(chǎn)技術(shù)，基本依賴進口。1.4 問題分析與解決思路針對國內(nèi)外差距情況，問題主要在我國工程化數(shù)據(jù)薄弱，例如：數(shù)值模擬雖然在鑄造行業(yè)應(yīng)用多年，但是一些核心算法以及工程參數(shù)還不夠精細，造成分析結(jié)果不能準確指導(dǎo)生產(chǎn)。在某些高端鑄件熔煉過程中針對有害元素及成分標準內(nèi)優(yōu)化問題工程數(shù)據(jù)缺乏。未建立起以服役條件為指導(dǎo)的質(zhì)量及制造體系。針對核電、燃機等領(lǐng)域用高端鑄件，建立以高端質(zhì)量為核心的研發(fā)及生產(chǎn)體系并形成數(shù)據(jù)積累機制以指導(dǎo)未來部件設(shè)計及制造，強化基礎(chǔ)工程數(shù)據(jù)積累及相關(guān)技術(shù)固化并在行業(yè)內(nèi)推廣。調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，增加高端鑄件在整個鑄鋼行業(yè)的比重，轉(zhuǎn)型升級或淘汰落后、污染嚴重、技術(shù)含量低的企業(yè)。2 發(fā)展目標提高我國高端鑄件生產(chǎn)水平、增加基礎(chǔ)數(shù)據(jù)積累、優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。（1）小件生產(chǎn)技術(shù)集成化，生產(chǎn)規(guī)?；?；（2）造型技術(shù)多樣化；（3）鑄造用砂高溫化；（4）粘結(jié)材料化學(xué)化、自硬化、無毒化；（5）鑄件本體材料合金化；（6）冶煉技術(shù)精煉化；（7）工藝設(shè)計模擬化；（8）熱處理技術(shù)智能化；（9）鑄鋼檢測技術(shù)可視化；（10）大型鑄鋼件生產(chǎn)技術(shù)高端化。3 發(fā)展重點3.1 技術(shù)路線分別從鑄鋼件開發(fā)與應(yīng)用領(lǐng)域、熔煉與鑄造領(lǐng)域、熱處理領(lǐng)域、裝備制造領(lǐng)域、產(chǎn)業(yè)共性技術(shù)創(chuàng)新體系建設(shè)領(lǐng)域開展工作，構(gòu)成合理技術(shù)路線。3.2 技術(shù)研究（1）海洋工程用耐海水腐蝕雙向鑄造不銹鋼材料；（2）開展更多鑄造雙相不銹鋼牌號在艦船上的應(yīng)用研究；（3）特大型合金鋼鑄錠的純凈、致密、均質(zhì)鑄造技術(shù)；（4）超臨界、超超臨界蒸汽輪機高合金耐熱鋼鑄件，百萬千瓦水輪機轉(zhuǎn)輪不銹鋼鑄件，第三代核電技術(shù)常規(guī)島汽輪機組高合金鋼鑄件，海洋石油鉆井平臺、橋梁等重大工程配套鑄鋼件的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化；（5）ZG1Cr10MoNiWVNbN等高合金耐熱鋼材料和C460等低溫用鑄鋼材料工藝研究；（6）大型鑄鋼件砂型（芯）的快速、低成本成形技術(shù)研究；（7）節(jié)能降耗、再生和綜合利用技術(shù)研究；（8）大型鑄鋼件智能鑄造工廠；（9）大型曲面等異形件電渣熔鑄成形技術(shù)；（10）非均質(zhì)砂型3D打印設(shè)備及工藝研究。3.2.1 共性技術(shù)研究主要包括：金屬材料冶煉技術(shù)，鑄造工藝，熱處理技術(shù)，計算機模擬技術(shù)，微合金化技術(shù)。特大型合金鋼錠的純凈、致密、均質(zhì)制造技術(shù)，曲面異形件電渣熔鑄成形技術(shù)、大型冶金軋輥復(fù)合成形技術(shù)、非均質(zhì)砂型3D打印工藝技術(shù)。3.2.2 關(guān)鍵技術(shù)研究高效率、高適應(yīng)性、高純凈度鋼液精煉技術(shù)和智能化AOD精煉系統(tǒng)；高效、節(jié)能、環(huán)保的鑄件熱處理及后處理技術(shù)和自動化系列裝備；大型鑄鋼件3D無模造型技術(shù)及裝備；高溫合金燃氣輪機葉片精鑄芯殼制造技術(shù)與凝固梯度控制技術(shù)；大型二維電渣板坯制造技術(shù)；高品質(zhì)大型冶金軋輥制造技術(shù)。4 重點項目4.1 工程目標水電、核電、冶金軋機、超超臨界燃煤、大型船舶（含軍用艦船）、大型冶金設(shè)備、高速機車等。4.2 工程內(nèi)容第二代半到第三代核電項目配套常規(guī)島汽缸、閥體、隔板等大型鑄鋼件，AP1000、CAP1400、CAP1700裝備國產(chǎn)化；單機容量在70100萬千瓦大型水輪機組烏冬德、白鶴灘等發(fā)電設(shè)備配套葉片、上冠、下環(huán)等不銹鋼鑄件；超臨界、超超臨界電廠建設(shè)項目配套低合金鋼外缸和高合金耐熱鋼閥門及內(nèi)缸鑄件；大型橋梁、石油鉆井平臺、礦場建設(shè)等工程項目配套機架、殼體、端蓋等大型碳鋼鑄件；大功率船用發(fā)動機設(shè)備配套鑄鋼件；高鐵用高速大功率機車鑄鋼件。5 政策建議建議在鋼液冶金質(zhì)量提升、新型造型材料應(yīng)用、計算機輔助設(shè)計、綠色制造等幾大領(lǐng)域給予支持，對某些高端領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)以高端鑄造方法代替鍛造及其他制造方法的工程化評價給予支持。第2章 鑄鐵1 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1.1 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢鑄鐵量大面廣，企業(yè)近2萬家，2014年我國鑄鐵件產(chǎn)量為3380萬噸（其中，灰鑄鐵2080萬噸，球墨鑄鐵1240萬噸，可鍛鑄鐵60萬噸），占當年鑄件總產(chǎn)量4620萬噸的73.2%；球墨鑄鐵在鑄件中所占的比重由2004年的25%增至2014年的26.8%，球墨鑄鐵與灰鑄鐵的比例由0.497上升到0.596。我國鑄鐵行業(yè)在原輔材料、工藝裝備、生產(chǎn)技術(shù)、檢測控制等方面均已具備生產(chǎn)高端鑄鐵件的能力。（1）質(zhì)量控制和檢測（特別是在線檢測）水平穩(wěn)步提升；（2）原輔材料供應(yīng)品種和質(zhì)量有了很大改善；（3）計算機CAD、CAM、CAE和爐前熱分析等技術(shù)手段日益受到重視，應(yīng)用逐步增加；（4）部分骨干企業(yè)的規(guī)模、裝備和技術(shù)水平已達到世界一流水平，并在國際競爭中取得明顯優(yōu)勢；（5）部分產(chǎn)品的性能達到了國際先進水平；（6）高鐵機車轉(zhuǎn)向架軸箱、變速箱、電機殼等零件，風(fēng)電輪轂、底座和數(shù)控機床橫梁等關(guān)鍵零部件已批量生產(chǎn)和應(yīng)用；（7）年產(chǎn)鑄鐵件萬噸以上、生產(chǎn)設(shè)備較先進、質(zhì)量較穩(wěn)定的廠已達上百家，多采用電爐或沖天爐-電爐雙聯(lián)熔煉，配有爐前氮氫氧測定儀、真空直讀光譜儀和掃描電鏡等先進的設(shè)備和檢測手段；（8）一大批企業(yè)使用了國際水平的熔化、造型和檢測設(shè)備。1.2 國外發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢工業(yè)發(fā)達國家的鑄件產(chǎn)量已從金融危機中恢復(fù)過來，鑄造廠的任務(wù)飽滿，生產(chǎn)規(guī)模和專業(yè)化程度高，鑄件綜合質(zhì)量和技術(shù)經(jīng)濟效益好。主要表現(xiàn)在：（1）普遍采用CAD/CAE/CAM，重視通過產(chǎn)品數(shù)值模擬和建立生產(chǎn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫等進行產(chǎn)品和工藝的前期優(yōu)化設(shè)計，實現(xiàn)產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計數(shù)字化，鑄造自動化水平普遍較高；（2）在造型、制芯方面，采用機械手，用視覺系統(tǒng)監(jiān)控組芯過程，鑄件尺寸精度高，加工余量??；（3）在鐵液熔煉方面，除了采用光譜分析之外，重視采用熱分析技術(shù)，對爐前鐵液質(zhì)量進行精確控制，包括化學(xué)成分如碳含量、硫含量等，同時測量鐵液的N、H、O含量，鐵液質(zhì)量穩(wěn)定，化學(xué)成分波動??；（4）采用電爐熔煉、喂絲法球化和孕育處理工藝，整個熔化、球化和孕育處理過程連貫，數(shù)字化程度高，沒有鎂光煙塵；（5）通過微量合金化和特殊的鐵液處理技術(shù)，能夠穩(wěn)定控制鑄件的組織和性能，內(nèi)在質(zhì)量好、精度保持性好；（6）排放低，環(huán)保達到國際先進標準?！爸袊圃?025”已經(jīng)公布，它的終極目標是把互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)引入制造業(yè)，使產(chǎn)品的生產(chǎn)達到高技術(shù)、高質(zhì)量、高效率、智能化。未來鑄造行業(yè)的發(fā)展趨勢是向大型化、輕量化、精確化、智能化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化及清潔化的方向發(fā)展，而技術(shù)含量高的高端鑄鐵件將成為發(fā)展方向。1.3 國內(nèi)外的差距國內(nèi)鑄鐵廠除了多而分散、產(chǎn)能過剩、兩極分化外，與工業(yè)發(fā)達國家相比，差距主要表現(xiàn)在：（1）質(zhì)量的穩(wěn)定性、一致性差是我國鑄鐵件生產(chǎn)的突出問題：相同碳當量，灰鑄鐵強度低1級；鑄件尺寸精度低1-2級，表面粗糙度差1級；廢品率高，鑄件的縮孔、縮松和變形問題日益突出；鑄鐵件的彈性模量和殘余應(yīng)力等指標，長期未列入驗收范圍；（2）鑄鐵行業(yè)專業(yè)化生產(chǎn)程度不高，數(shù)字化、智能化水平低；（3）大型、厚大斷面、高端鑄鐵件的質(zhì)量控制技術(shù)有待提高；。（4）蠕墨鑄鐵應(yīng)用存在差距；（5）10t/h以上大型熱風(fēng)水冷連續(xù)式?jīng)_天爐的國產(chǎn)化及應(yīng)用；（6）環(huán)保意識差，污染大、操作人員勞動強度大。1.4 問題分析與解決思路加強新材料、新工藝和新技術(shù)的研發(fā)和推廣應(yīng)用。提升企業(yè)的數(shù)字化、智能化水平，采用先進的管理軟件和方法。加強產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，實現(xiàn)產(chǎn)品專業(yè)化和經(jīng)濟規(guī)?；?。注重人才培養(yǎng)、加強自主創(chuàng)新。輕量化、清潔化生產(chǎn)，走可持續(xù)發(fā)展的綠色鑄鐵行業(yè)發(fā)展之路。2 發(fā)展目標2.1 鑄鐵行業(yè)規(guī)模鑄鐵產(chǎn)量持平或略有增長（其中，普通灰鑄鐵產(chǎn)量減少，球墨鑄鐵、蠕墨鑄鐵產(chǎn)量增加），鑄鐵材質(zhì)結(jié)構(gòu)持續(xù)改善。各材質(zhì)鑄鐵件產(chǎn)量目標，見表1。表1 各材質(zhì)鑄鐵件產(chǎn)量目標年份鑄鐵件產(chǎn)量/萬噸灰鑄鐵球墨鑄鐵可鍛鑄鐵蠕墨鑄鐵產(chǎn)量/萬噸占比/%產(chǎn)量/萬噸占比/%產(chǎn)量/萬噸占比/%產(chǎn)量/萬噸占比/%20143380208061.5124036.7601.820203500192055145041602702202536001700471700476021404鑄鐵企業(yè)數(shù)量：從目前1.7萬家到2020年減少到1萬家左右，到2025年達到6000家左右。企業(yè)平均產(chǎn)量規(guī)模：到2020年，從1926噸/家增加到3500噸/家；2025年，平均規(guī)模為6000噸/家。2.2 鑄鐵種類到2020年，球墨鑄鐵件年產(chǎn)量占鑄鐵件總產(chǎn)量的比例達41%以上，球墨鑄鐵與灰鑄鐵之比達到0.75，ADI鑄件年產(chǎn)量占球墨鑄鐵件產(chǎn)量5%以上，蠕墨鑄鐵產(chǎn)量達到70萬噸，高端鑄鐵件占鑄鐵件產(chǎn)量的20%以上。到2025年，球墨鑄鐵件占鑄鐵比例達到47%以上，球墨鑄鐵與灰鑄鐵之比達到1.0，ADI件年產(chǎn)量占球墨鑄鐵件產(chǎn)量10%以上，蠕墨鑄鐵產(chǎn)量達到140萬噸，高端鑄鐵件占鑄鐵件產(chǎn)量的25%以上。2.3 技術(shù)進步、自主創(chuàng)新（1）掌握大型及關(guān)鍵設(shè)備零部件的鑄造技術(shù)，實現(xiàn)國產(chǎn)化率98%以上。（2）實現(xiàn)核電、軌道交通和汽車等關(guān)鍵、復(fù)雜、高精度鑄鐵件的批量生產(chǎn)。3 發(fā)展重點3.1 技術(shù)路線（1）通過對大型及關(guān)鍵鑄件生產(chǎn)中關(guān)鍵技術(shù)的研究，掌握生產(chǎn)的核心技術(shù)，并將技術(shù)加以推廣應(yīng)用，從而提升我國鑄鐵行業(yè)的整體制造水平。（2）開展新材料的研發(fā)和機理研究，進而掌握高性能新材料的制備技術(shù)和相關(guān)理論知識，并針對新材料制定相應(yīng)標準，提升我們的行業(yè)地位。（3）針對提高鐵液質(zhì)量開展研究，掌握鐵液精煉和凈化技術(shù)，以及高效穩(wěn)定的球化、孕育工藝及檢測手段。3.2 技術(shù)研究3.2.1 關(guān)鍵技術(shù)研究我國高檔數(shù)控機床、核電、高鐵、機器人等戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展對鑄件的質(zhì)量、可靠性、精度保持性和可追溯性等提出了新的、更高要求，需要加強關(guān)鍵技術(shù)研究。（1）超大斷面球墨鑄鐵件技術(shù)與裝備研究，超大斷面球墨鑄件指重量超過100 t, 壁厚在300 mm以上，要求組織：球化級別23級，鐵素體含量90%，碳化物+磷共晶0.5%；如QT400-18材質(zhì)鑄件的性能指標要求在-40 的沖擊功12 J。解決百噸級球墨鑄鐵核廢料罐(要求斷裂韌性KIC50 N/mm2m1/2)生產(chǎn)所需的技術(shù)與裝備問題；（2）高精度及精度保持性高的機床床身鑄件批量生產(chǎn)技術(shù)研究；（3）開發(fā)數(shù)字化鑄鐵車間制造執(zhí)行系統(tǒng)，建設(shè)數(shù)字化示范車間；（4）蠕墨鑄鐵在線檢測與控制技術(shù)研究；（5）等溫淬火球墨鐵件（要求等溫淬火時鹽浴槽溫度波動范圍在5 之內(nèi)）穩(wěn)定生產(chǎn)技術(shù)與裝備研究；（6）鑄鐵材料、鑄造工藝數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的研究與推廣應(yīng)用；（7）10t/h以上大型熱風(fēng)水冷連續(xù)式?jīng)_天爐研制與生產(chǎn)應(yīng)用；（8）大型、復(fù)雜、精密、低成本鑄鐵件制造技術(shù)的集成創(chuàng)新。3.2.2 共性技術(shù)研究（1）材質(zhì)方面。研發(fā)高性能的新材料，除開發(fā)新產(chǎn)品外，還應(yīng)加強對鑄鐵技術(shù)基礎(chǔ)理論的研究，形成完整的理論、技術(shù)以及生產(chǎn)資料，主要有：硅強化鐵素體球墨鑄鐵；等溫淬火球墨鑄鐵（ADI）；蠕墨鑄鐵；高強度高韌性珠光體球墨鑄鐵；高強度低溫高韌性鐵素體球鐵；高強度高彈性模量低應(yīng)力灰鑄鐵；特種性能要求鑄鐵，如耐磨、耐熱、耐蝕、-190 超低溫鑄鐵及功能材料等；建立完善的鑄鐵材料數(shù)據(jù)庫，為機械設(shè)計師等提供全面可靠的數(shù)據(jù)，選擇最佳材料。（2）工藝方面。研究近凈成形工藝，提高鑄件的精度和表面質(zhì)量；確保鑄件輕量化的造型與制芯工藝；采用不同工藝措施提高鐵液質(zhì)量，獲得高溫、純凈鐵液；完善“短流程”熔煉工藝，使高爐鐵液直接應(yīng)用于鑄管等鑄件的大批量生產(chǎn)；提高生產(chǎn)過程數(shù)字化和智能化水平來提高鑄件產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性和一致性；建立行業(yè)通用或針對企業(yè)生產(chǎn)實際的鑄造工藝管理數(shù)據(jù)庫。（3）質(zhì)量方面。加強企業(yè)對工序技術(shù)規(guī)范的制定以及以后智能化生產(chǎn)可用的生產(chǎn)數(shù)據(jù)的記錄、管理、分析等，建立生產(chǎn)過程數(shù)據(jù)管理與分析系統(tǒng)；加強鑄鐵件應(yīng)力與變形的研究，逐步把彈性模量和殘余應(yīng)力等指標納入驗收范圍；完善對高端鑄件產(chǎn)品的質(zhì)量控制指標;重視鑄件表面缺陷修復(fù)技術(shù)的研究。4 重點項目4.1 重點項目重點項目見表2，主要應(yīng)用在高檔數(shù)控機床、核電、高鐵、機器人等戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)所需要的高性能鑄件及其關(guān)鍵制造技術(shù)。表2 重點項目序號項目分類內(nèi)容1高性能鑄鐵材料與工藝高強度高塑性球墨鑄鐵材料研究硅強化鐵素體球墨鑄鐵研究高強度低溫高韌性鐵素體球墨鑄鐵材料研究等溫淬火球墨鑄鐵（ADI/CADI）材料研究合金蠕墨鑄鐵的研究高強度高彈性模量低應(yīng)力灰鑄鐵材料研究鑄鐵材料數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的研究與推廣2高質(zhì)量純凈鐵液熔煉技術(shù)爐前鐵液質(zhì)量檢測與控制技術(shù)鐵液精煉、過濾、凈化技術(shù)清潔、高效穩(wěn)定的球化、孕育工藝及精確加入技術(shù)3鑄件質(zhì)量管理與控制技術(shù)殘余應(yīng)力的檢測裝置改進與推廣彈性模量等關(guān)鍵性能指標的精確檢測方法研究時效處理工藝和設(shè)備的優(yōu)化改進等溫淬火熱處理裝備的開發(fā)蠕墨鑄鐵在線測控裝備的研發(fā)4缺陷防止與表面修復(fù)技術(shù)鑄件產(chǎn)品的缺陷管理與分析系統(tǒng)的推廣鑄件表面修復(fù)技術(shù)與設(shè)備自動化的研究4.2 重點產(chǎn)品百噸級球墨鑄鐵核廢料罐；核電、軌道交通、高鐵用高檔球墨鑄鐵件；高檔數(shù)控機床用高精度及高精度保持性機床鑄鐵件；高氣密性液壓鑄件；-50 及以下低溫球墨鑄鐵件；ADI齒輪和曲軸；8MW風(fēng)電鑄件；長20 m左右大型機床鑄件；蠕墨鑄鐵發(fā)動機缸體、缸蓋、制動盤、制動鼓；大型船用發(fā)動機機體；大型燃氣輪機鑄鐵件。5 政策建議（1）繼續(xù)實施智能裝備制造發(fā)展專項等科研政策，支持鑄造行業(yè)數(shù)字化車間、數(shù)字化工廠建設(shè)，推進鑄鐵行業(yè)的重點領(lǐng)域和重點企業(yè)的發(fā)展。（2）推廣標桿企業(yè)的先進技術(shù)和經(jīng)驗，提升鑄鐵企業(yè)的整體水平。（3）重視鑄鐵行業(yè)的作用和地位，對生產(chǎn)中亟需解決的共性問題應(yīng)給予支持、立項。第3章 鑄造有色合金鑄造有色合金，是用以澆注鑄件的有色合金，是鑄造合金中的一類。在航空、航天、船舶、汽車、軌道交通、化工、能源、電子電器和運動休閑等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。目前應(yīng)用最為廣泛的是鋁合金、鎂合金、銅合金、鈦合金和高溫合金。因為這五種合金的成分、密度、熔點差別巨大，熔煉和鑄造過程完全不同，所需設(shè)備和造型材料也不一樣，因此以下內(nèi)容按照合金種類分別敘述。1 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1.1 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢鋁合金：精煉處理方面，開發(fā)出“氬氣旋轉(zhuǎn)噴吹精煉技術(shù)”，除氣效果更好，更環(huán)保、更安全，有效提升冶金質(zhì)量；開發(fā)出稀土-惰性氣體(氬)聯(lián)合去氣新方法。變質(zhì)處理方面，研制成功的Na鹽和Ba鹽復(fù)合長效變質(zhì)劑，P酸鹽-Sr鹽復(fù)合變質(zhì)處理，具有變質(zhì)見效快，效果好，抗衰退能力強的優(yōu)點。新材料方面，研發(fā)成功了顆粒增強SiCp鋁基復(fù)合材料。新技術(shù)方面，半固態(tài)鑄造技術(shù)中的漿料制備和成形方面有所突破，噴射成形仍處于前期研究階段，電磁鑄造能細化晶粒和提高表面質(zhì)量，提高鋁合金的固溶度。銅合金：國內(nèi)許多單位研究Cu-Cr-Zr系新型高強高導(dǎo)銅合金接觸線，突破合金成分設(shè)計、非真空下合金的熔煉、非真空下大盤重鑄坯的鑄造、鑄坯的變形和相關(guān)熱處理等難題。已經(jīng)取得較大的突破，部分產(chǎn)品已經(jīng)應(yīng)用于京-滬高鐵。CuNi10Fe銅鎳合金，以其良好的耐海水腐蝕性能和抗海生物污損性能應(yīng)用于海水管路系統(tǒng)。鎂合金：開發(fā)了多種高性能稀土鎂合金材料，航空航天用高強耐熱Mg-Gd-Y-Zr系鎂合金材料在性能方面已經(jīng)達到國際先進水平。在鎂合金熔體凈化方面，開發(fā)了新型非熔劑保護熔煉技術(shù)和稀土元素添加工藝，開發(fā)新型鎂合金陶瓷過濾技術(shù)及相關(guān)裝置，開發(fā)了鎂合金吹氣凈化技術(shù)和相關(guān)裝置。開展了超輕鎂鋰合金的研究。鈦合金：開發(fā)了TC21高強韌鈦合金，為今后噸級工業(yè)規(guī)模鑄錠棒材的研制奠定了堅實基礎(chǔ)。我國研制出近型船用耐蝕鈦合金Ti75、Ti31、Ti-B19、Ti91、Ti70 和Ti80。我國自行開發(fā)的高Nb鈦鋁合金也開始應(yīng)用。高溫合金：研制了燃氣渦輪發(fā)動機用抗腐蝕定向凝固柱晶合金。目前，正在研制第二、三代定向凝固柱晶合金。北京航空材料研究院研制了第三代單晶高溫合金DD9，該合金的力學(xué)性能與國外第三代單晶高溫合金力學(xué)性能相當，并開始探索第四代單晶高溫合金。整體來看，我國在上述五種材料方面開展了大量的研究，整體向著高強、高韌性、高性能和高附加值方面發(fā)展。鋁合金和鎂合金還向著更輕、質(zhì)量更高的方向發(fā)展，銅合金向著更耐磨、更耐腐蝕的方向發(fā)展，鈦合金和高溫合金向著使用溫度更高、成本更低的方向發(fā)展。開發(fā)了系列合金和相應(yīng)的鑄造工藝，某些點上達到國際先進水平，整體面上還是以跟蹤為主。1.2 國外發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢鋁合金：精煉處理，國外出現(xiàn)了一種旋轉(zhuǎn)噴射熔劑法，集精煉處理、鈉變質(zhì)處理、磷晶粒細化處理等于一體，且對環(huán)境無不利影響，成本費用適中。美國Almex公司采取了惰性氣體就地預(yù)熱、惰性氣體對鋁液進行摩擦攪拌、防止氣泡聚集等措施，達到凈化效果，已用于航空航天合金領(lǐng)域。變質(zhì)方面，國外用P-RE復(fù)合變質(zhì)處理活塞用Al-Si合金。新材料方面，7085鋁合金是Alcoa公司成功研制的一種新型超高強鋁合金。銅合金：德國、西班牙等歐洲國家用的是銅鎂合金接觸線，采用水平連鑄加軋制的工藝制造；法國等普遍使用銅錫合金接觸線，采用連鑄連軋加工工藝；日本在高速電氣化鐵路建設(shè)，銅合金接觸線研究方面處于先進水平。鎂合金：高強耐熱鎂合金是國外的重點研究方向，IBM公司加工的鎂鋰合金應(yīng)用在Saturn V火箭計算機室和雙子座宇宙飛船上，在軍事上DOW公司開發(fā)Mg-14Li-1.5Al-0.08Mn用于加工M113軍用運輸車的殼體。鎂鋰合金還被德國、日本等國的科學(xué)家開發(fā)用于醫(yī)療器械、電子產(chǎn)品等用途。鈦合金：波音777上惠普4084發(fā)動機和空中客車A-330的惠普4168發(fā)動機的塞子及噴嘴使用的也是-21S, 高強度鑄造鈦合金-21S的應(yīng)用使每架波音777飛機減重大約74 kg。另外，超音速民航機設(shè)計巡航速度為2.14馬赫, 載客300人，還將使用高強度鈦合金Ti6-22-22S。在低溫鈦合金的開發(fā)方面美國后來居上，開展了鈦合金低溫力學(xué)性能方面的系統(tǒng)研究，現(xiàn)處于世界領(lǐng)先水平。高溫合金：國外定向凝固柱晶合金已由第一代發(fā)展到第三代，其性能水平不斷提高，其所適用的發(fā)動機性能水平(推重比)也在不斷提升。又出現(xiàn)了第四代單晶高溫合金MC-NG和EPM-102。整體來看，國外在五種材料的研究方面處于領(lǐng)先地位，開發(fā)了多種合金體系，相應(yīng)的合金熔煉和鑄造方法，并且將五種新材料大規(guī)模應(yīng)用于民用和軍事領(lǐng)域。1.3 國內(nèi)外的差距鋁合金：在精煉技術(shù)創(chuàng)新方面與國外仍有差距；新材料方面，最大的差距體現(xiàn)在新的合金系研究，如高強韌鋁合金的整體研發(fā)，另外，鋁基復(fù)合材料研發(fā)的成果已經(jīng)相當多，但在應(yīng)用方面與發(fā)達國家仍有較大差距。在鋁合金鑄造新技術(shù)方面，這部分的差距更大，缺少系統(tǒng)的、全面的研發(fā)，包括設(shè)備、控制、軟硬件開發(fā)等。銅合金：在銅產(chǎn)品使用性能上和國外產(chǎn)品還有一定差距。鑄造銅合金在海洋工程中的應(yīng)用還與國外存在不少差距，很多關(guān)鍵應(yīng)用技術(shù)亟需提高。我國銅合金生產(chǎn)廠對產(chǎn)品成分精確化控制的能力有待提高。鎂合金：在大型復(fù)雜鑄件的制造技術(shù)、凝固理論及成形工藝的方面，遠落后于發(fā)達國家。國內(nèi)在針對鎂鋰合金的研究基礎(chǔ)薄弱。在合金的強化、腐蝕理論，組織與性能的關(guān)系等方面的基礎(chǔ)理論研究較少；新合金開發(fā)基本上還處于跟蹤仿制階段，獨立研究且具有自主知識產(chǎn)權(quán)的合金品種較少。鈦合金：鈦合金品種相對少。高溫和高強合金及其他牌號和用途的合金相對較少。熔煉鑄造設(shè)備大多為真空自耗電極電弧凝殼爐，鑄造性能不好。鈦的應(yīng)用技術(shù)遠落后于國外先進國家。目前國內(nèi)從事鈦鑄造有一定規(guī)模的廠家不多，各廠家之間工藝交流不多，管理水平也各有差異。高溫合金：鑄造高溫合金在我國航空發(fā)動機上獲得廣泛應(yīng)用，盡管我國研制的鑄造高溫合金與國外同代單晶高溫合金的性能水平相當，但研制成功的時間明顯晚于國外航空制造技術(shù)先進國家，從而導(dǎo)致我國鑄造高溫合金的整體成熟度低于國外航空制造技術(shù)先進國家。整體來看，我們國家與發(fā)達國家相比還有差距，從合金設(shè)計、合金熔煉，到鑄造工藝及所用設(shè)備方面，都需要開展大量的研究。1.4 問題分析與解決思路以中國制造2025為契機，開展有色合金的高性能（更輕、更耐磨、更耐腐蝕、更耐高溫、更持久等）和低成本的材料研究，相關(guān)技術(shù)研究，及配套的熔化和鑄造設(shè)備，形成具有自主知識產(chǎn)權(quán)的新材料、新工藝和新裝備。鋁合金：國家重點發(fā)展領(lǐng)域及發(fā)展戰(zhàn)略中對鑄鋁的需求是最大的機遇，一些新興產(chǎn)業(yè)如高鐵、大飛機、新能源汽車等對優(yōu)質(zhì)高性能需求量巨大，但高端鑄鋁件的制備仍需鑄造界的共同努力，特殊性能、特殊結(jié)構(gòu)的高端鑄鋁件制備與國外差距很大，未來需要國內(nèi)自主研發(fā)并替代進口。銅合金：需要精確控制合金元素之間的結(jié)合與分布狀態(tài)。建立多元高強高導(dǎo)銅合金的設(shè)計準則，研究高強高導(dǎo)銅合金成分與組織均勻性調(diào)控機理。對超大型艦船用螺旋槳，鑄造時加強對合金元素的精確控制，解決鑄造缺陷問題，加強熔煉方式的轉(zhuǎn)變，減少能耗，實現(xiàn)綠色生產(chǎn)。鎂合金：建議改變以型號為主導(dǎo)的投入模式，加強對共性科學(xué)問題和技術(shù)研究的支持力度，完善高性能鑄造鎂合金性能數(shù)據(jù)庫。鎂合金工程化技術(shù)能力薄弱，必須發(fā)展針對先進鎂合金材料應(yīng)用特性的精確控形控性制造工藝技術(shù)。缺乏技術(shù)標準，建議對已開發(fā)成熟的合金系或成形技術(shù)積極申請制定國家或行業(yè)標準。鈦合金：目前耐熱合金已經(jīng)無法滿足下一代航天器的需求，海洋平臺所用的鈦合金，既要求高抗拉強度，也需要耐腐蝕。鈦鋁Ti3Al金屬間化合物，超過600 的運行環(huán)境有用武之地。攻關(guān)高溫鈦合金生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備，逐漸擺脫對國外設(shè)備的依賴。利用這些關(guān)鍵設(shè)備開發(fā)新型能夠有明確應(yīng)用方向的鈦合金新品種。高溫合金：長期以來，我國存在重型號研制，輕合金研究的思想，導(dǎo)致很多合金的應(yīng)用基礎(chǔ)研究缺乏，在缺少實驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上就開始研制構(gòu)件使用，從而在這方面出現(xiàn)問題。著力推進自主研制主干鑄造高溫合金材料，重視鑄造高溫合金的應(yīng)用基礎(chǔ)研究，為先進航空發(fā)動機的研制提供支持。2 發(fā)展目標創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展，學(xué)習(xí)國外先進的材料設(shè)計方法和理論，以及相應(yīng)的鑄造工藝和設(shè)備，通過消化吸收和再創(chuàng)新，逐步縮小我國與世界先進水平的差距，爭取在“十三五”期間在某些領(lǐng)域和方向超過國際水平。在高性能和低成本的有色合金的研究、鑄造新工藝開發(fā)、相關(guān)熔煉和鑄造設(shè)備的研制方面能夠整體接近發(fā)達國家水平。在大型、復(fù)雜和精密鑄件方面，實現(xiàn)新的突破。鋁合金：開發(fā)強韌鋁合金新材料，將鋁基復(fù)合材料研發(fā)的成果作為工程化應(yīng)用。開發(fā)鋁合金鑄造新技術(shù)方面，包括設(shè)備、控制、軟硬件開發(fā)等。銅合金：加強高強高導(dǎo)銅合金多元復(fù)合微合金化理論及相變機制研究，建立多元高強高導(dǎo)銅合金的設(shè)計準則，針對超大型艦船用螺旋槳，鑄造時加強對合金元素的精確控制，解決鑄造缺陷問題，加強熔煉方式的轉(zhuǎn)變，減少能耗，實現(xiàn)綠色生產(chǎn)。鎂合金：進行全新產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計和生產(chǎn)工藝方案設(shè)計優(yōu)化。加強鎂加工技術(shù)的研究，提高鎂合金工程化技術(shù)能力，發(fā)展針對先進鎂合金材料應(yīng)用特性的精確控形控性制造工藝技術(shù)，滿足國防和民用需求。制定鎂合金技術(shù)標準。鈦合金：以滿足對高溫高強為重點應(yīng)用目標的高溫、高強鈦合金的開發(fā)和應(yīng)用，以深空探測、海洋和船舶低溫、耐腐蝕鈦合金為應(yīng)用目標的鈦合金品種的開發(fā)，以醫(yī)療為目標的生物鈦合金的開發(fā)，鈦合金熔煉所需的關(guān)鍵設(shè)備的自主創(chuàng)新，從而促進鈦合金的全面應(yīng)用。開發(fā)短流程鈦合金鑄造新工藝。高溫合金：著力推進自主研制主干鑄造高溫合金材料，重視鑄造高溫合金的應(yīng)用基礎(chǔ)研究，為先進航空發(fā)動機的研制提供支持。繼續(xù)發(fā)展第三代、第四代單晶高溫合金，促進應(yīng)用。3 發(fā)展重點3.1 技術(shù)路線整體來看，技術(shù)路線還是以滿足目前國內(nèi)急需的高性能或者高附加值產(chǎn)品為目標，開展從合金設(shè)計到相關(guān)的合金熔煉和鑄造工藝為技術(shù)路線，并且兼顧未來發(fā)展趨勢。鋁合金：研究不同用途的鋁合金新材料的開發(fā)，對鋁合金的精煉處理、變質(zhì)劑及工藝，新型鋁基復(fù)合材料，鋁合金制備新技術(shù)等開展研究；針對環(huán)保和節(jié)能減排的要求，加大投入力度；針對高速鐵路、列車等具有國際競爭力的拳頭產(chǎn)品，新一代大飛機項目，對鋁合金的應(yīng)用開展研究。銅合金：以典型的軌道交通網(wǎng)線以及海洋工程用高性能銅合金為主要研究對象，建立一套完整的軌道交通及海洋工程用鑄造銅合金鑄造成形的體系，達到各自的行業(yè)標準的性能要求?；诟咝阅茔~合金的“設(shè)計-制備-加工-性能評價和壽命管理”的全流程技術(shù)路線，開展基礎(chǔ)研究工作，解決關(guān)鍵科學(xué)問題。鎂合金：以航空航天、國防軍工和汽車產(chǎn)品研制為牽引，以開展鎂-稀土（尤其是重稀土）系和鎂鋰系新型合金的強化、耐熱機制研究與成分設(shè)計為核心，研制出高強耐熱鑄造鎂合金和超輕鑄造鎂鋰合金。開發(fā)高強耐熱鑄造鎂合金和超輕鑄造鎂鋰合金，鎂-稀土合金及制品的工程化。鈦合金：滿足對高溫高強為重點應(yīng)用目標的高溫、高強鈦合金的開發(fā)和應(yīng)用，以深空探測、海洋和船舶低溫、耐腐蝕鈦合金為應(yīng)用目標的鈦合金品種的開發(fā)，以醫(yī)療為目標的生物鈦合金的開發(fā)。鈦合金熔煉所需的關(guān)鍵設(shè)備，對鈦合金熔煉和生產(chǎn)所需設(shè)備是主線，然后對鈦合金鑄造用造型材料的研究也應(yīng)該跟上，從而促進鈦合金合金的全面應(yīng)用。高溫合金：對定向凝固柱晶高溫合金來說，系列化發(fā)展合金以適應(yīng)不同需求。對于單晶高溫合金，在第一代、第二代單晶高溫合金服役應(yīng)用的基礎(chǔ)上，做好工程應(yīng)用研究，繼續(xù)發(fā)展第三代、第四代單晶高溫合金，促進應(yīng)用。3.2 技術(shù)研究3.2.1 關(guān)鍵技術(shù)研究鋁合金：針對目前我國鑄造鋁合金發(fā)展中存在的主要問題，結(jié)合國家重點產(chǎn)業(yè)的未來發(fā)展需求，鑄造鋁合金應(yīng)開展的研究內(nèi)容包括如下方面：半固態(tài)鋁合金、鋁合金復(fù)合材料、高強韌鋁合金新材料開發(fā)與設(shè)計的研究，重點掌握鑄造鋁合金新材料的體系，得到合金成分對其組織與演變的影響特征，掌握合金成分與性能的對應(yīng)關(guān)系；大型、薄壁、特厚、高復(fù)雜結(jié)構(gòu)鋁合金鑄件制備工藝及關(guān)鍵技術(shù)研究；鋁合金鑄件凝固及固態(tài)相變過程的組織演變計算機數(shù)值模擬技術(shù)開發(fā)。銅合金：以高強高導(dǎo)的性能需求為導(dǎo)向，結(jié)合第一性原理、分子動力學(xué)理論，綜合考慮成分、組織與性能的對應(yīng)關(guān)系，對銅合金進行成分設(shè)計和組織結(jié)構(gòu)設(shè)計。以高強耐蝕的性能需求為導(dǎo)向，對銅合金進行成分設(shè)計和組織結(jié)構(gòu)設(shè)計，重點研究不同微量元素對腐蝕性能的影響，開發(fā)易鑄造的高強高耐蝕銅合金。改進熔煉及加工裝置，以提高生產(chǎn)效率，降低勞動強度，增加經(jīng)濟效益的同時減少能耗，減少污染，實現(xiàn)綠色制造。鎂合金：開發(fā)高強耐熱鑄造鎂合金和超輕鑄造鎂鋰合金；突破鎂-稀土合金大容量熔煉與凈化技術(shù)，突破大規(guī)格鑄錠鑄造關(guān)鍵技術(shù)，突破直徑500 mm鑄錠冷卻技術(shù)。高性能鎂合金用轉(zhuǎn)移涂料及涂層轉(zhuǎn)移制芯技術(shù)。研發(fā)鎂-稀土合金專用熔化、精煉、輸送一體化裝備，建立大型鑄錠連鑄裝備。開展大型復(fù)雜精密鑄件制造技術(shù)。鈦合金：研究新的鑄造鈦合金品種，特別是高強高溫合金，研究更高使用溫度的TiAl金屬間化合物的新材料，以及耐腐蝕鈦合金等。鈦合金精密鑄造技術(shù)，陶瓷型及精密鑄件大型化的研發(fā)。能夠適合鑄造TiAl金屬間化合物的新的造型材料的開發(fā)。短流程低成本鈦合金制備和鑄造技術(shù)。高溫合金：研制新型等軸晶鑄造高溫合金，開發(fā)高溫合金大型復(fù)雜薄壁鑄件的熱控凝固技術(shù)和細化工藝。發(fā)展更高性能水平的定向凝固柱晶高溫合金，發(fā)展抗腐蝕定向凝固柱晶高溫合金。發(fā)展綜合性能優(yōu)異的單晶高溫合金，研究出超過現(xiàn)有合金強度和承溫能力的新型單晶高溫合金。3.2.2 共性技術(shù)研究鋁合金：以鋁合金代替銅合金、鋼鐵材料的合金鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計及制備工藝技術(shù)。鋁合金鑄件澆注成形過程實時監(jiān)測及可視化技術(shù)的研究，實現(xiàn)澆注成形過程中對含氣量、溫度、體積分數(shù)及凝固狀態(tài)的實時監(jiān)測，并通過可視化技術(shù)完全實現(xiàn)凝固成形過程的實時再現(xiàn)，進而掌握和控制鑄件制備。銅合金：掌握熔體凈化、除氣造渣的關(guān)鍵工藝參數(shù)，重點研發(fā)新型高效保護渣配以惰性保護氣氛取代真空條件，通過施加電磁場調(diào)控銅合金的鑄造過程以獲得均勻的成分與組織，降低鑄造缺陷。鎂合金：高性能鑄造鎂合金成分優(yōu)化設(shè)計、計算；鑄造過程計算機仿真技術(shù)。鈦合金：鈦合金熔煉關(guān)鍵設(shè)備研究，研發(fā)新的真空熔煉鑄造設(shè)備，發(fā)展其他新的熔鑄方法，特別是真空感應(yīng)水冷銅坩堝凝殼爐的普及應(yīng)用推廣，根據(jù)鑄件形狀、尺寸及壁厚等因素摸索實踐合適的離心轉(zhuǎn)速確保金屬鈦及鈦合金鑄造性能。開發(fā)出鈦及鈦合金廢料回收重熔的新技術(shù)，確保在降低成本的同時提高產(chǎn)品的質(zhì)量。高溫合金：高冶金質(zhì)量的熔煉工藝和設(shè)備，將合金中O、N、S等雜質(zhì)元素的含量控制在510-6以下。高溫度梯度定向凝固技術(shù)，可以使同一材料最大限度發(fā)揮材質(zhì)的潛力，也可以提高單晶葉片的合格率與生產(chǎn)率，使葉片可靠安全使用。4 重點項目擬開展的重點項目，主要以解決目前國內(nèi)急需的新產(chǎn)品和新技術(shù)，能夠產(chǎn)生巨大經(jīng)濟效益和社會效益的產(chǎn)品或者技術(shù)為目標。鋁合金：汽車及新能源汽車輕量化鋁合金鑄件制備技術(shù)；鋁基碳纖維復(fù)合材料成分設(shè)計、加工設(shè)備、制備工藝優(yōu)化；銅合金：軌道交通特別是高速列車用接觸網(wǎng)高強高導(dǎo)銅合金成分設(shè)計及制備技術(shù)的研發(fā)；大型艦船用螺旋槳成分設(shè)計及關(guān)鍵制備工藝的研發(fā)；鎂合金：高強耐熱耐蝕鎂合金機匣及航空發(fā)動機進氣渦輪盤研制；鑄造鎂鋰合金及其液態(tài)成形技術(shù)研究與應(yīng)用開發(fā)；鈦合金：開發(fā)新型低成本鈦合金熔煉復(fù)合設(shè)備；開發(fā)鈦鋁合金新品種，短流程鑄造和成形技術(shù)；高溫合金：面向需求的各類先進鑄造高溫合金母合金；先進航空發(fā)動機和重型燃氣輪機單晶渦輪葉片、定向柱晶葉片。5 政策建議（1）加強以鋁基碳纖維復(fù)合材料等為主要新材料研發(fā)的投入和支持力度，形成我國在鋁基新材料制備的國際領(lǐng)先優(yōu)勢，掌握核心制備技術(shù)，推出一批基于鋁合金新材料鑄件產(chǎn)品。針對特殊性能、特殊結(jié)構(gòu)鋁合金鑄件，應(yīng)予專項重點支持。（2）建議政府、企業(yè)、學(xué)術(shù)單位開展“產(chǎn)學(xué)研”協(xié)作，三者進行直接有效的合作，有明確目的地針對具體的鑄造銅合金件開展研究，政府以市場及發(fā)展需求為導(dǎo)向，核心企業(yè)為支撐，高校進行科學(xué)研究。（3）根據(jù)鎂材料科技發(fā)展的基礎(chǔ)與現(xiàn)實情況，建議組建由高校、科研院所、企業(yè)、國防總體所及國防用戶單位等參與的協(xié)同創(chuàng)新團隊，建立統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)、規(guī)劃合理、協(xié)調(diào)高效、優(yōu)化配置、目標集成的鎂材料科技發(fā)展專項組織管理體系。（4）加大投入，開發(fā)大型優(yōu)質(zhì)鈦合金坯料制備技術(shù)，建立高效、短流程鈦合金加工技術(shù)。繼續(xù)加強鈦的推廣應(yīng)用，包括生物醫(yī)用鈦、汽車用鈦、建筑用鈦，船舶用鈦等。鈦工業(yè)逐漸趨于國際化，企業(yè)競爭與兼并激烈，要制訂適時的戰(zhàn)略與對策。發(fā)展競爭力更強的鈦合金，發(fā)展方向是高性能化、多功能化和低成本化。（5）重視鑄造高溫合金研究，提高技術(shù)成熟度，為先進航空發(fā)動機的研制提供支持。重視發(fā)展具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的鑄造高溫合金，完善鑄造高溫合金體系。第4章 鑄造金屬基復(fù)合材料1 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢有色金屬基復(fù)合材料具有高的比強度和剛度，良好的耐磨性和阻尼性，在工程和交通運輸?shù)阮I(lǐng)域有著非常廣泛的應(yīng)用。金屬基復(fù)合材料還具有很好的可設(shè)計性，通過改變增強體的類型、表面狀態(tài)、體積分數(shù)以及基體材料，就能夠滿足不同應(yīng)用領(lǐng)域服役的需要。1.1 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢我國在20世紀80年中期就開展了鑄造復(fù)合材料方面的研究，并取得了一定的成果，但所制備材料的物理性能與發(fā)達國家相比存在較大的差距，此外，還難以進行大規(guī)模的應(yīng)用和生產(chǎn)。東南大學(xué)試制了陶瓷纖維增強鋁基復(fù)合材料活塞，并將其應(yīng)用于汽車發(fā)動機、大馬力柴油機上，使活塞壽命提高了35倍，發(fā)動機功率也明顯提高，汽車油耗和尾氣排放大大減少。與普通鋁合金材料相比，這種陶瓷纖維增強鋁基復(fù)合材料的高溫抗拉強度提高了20%40%，線膨脹系數(shù)降低了20%。1.2 國外發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢Alcan公司于1995年生產(chǎn)SiCp/Al復(fù)合材料汽車剎車片并在豐田汽車中得到應(yīng)用，Cercast公司生產(chǎn)的SiCp/A357復(fù)合材料已經(jīng)應(yīng)用于飛機攝像鏡方向架上，美國開發(fā)了SiCp/Al復(fù)合材料制造的汽車齒輪箱。俄羅斯在此方面的研究也走在前列，其航空航天總部已成功地將SiCP/Al復(fù)合材料應(yīng)用在飛機起落架和翼前緣加強筋上。日本主要開發(fā)了鋁基復(fù)合材料在汽車零部件中的應(yīng)用。1.3 國內(nèi)外的差距國外在鑄造復(fù)合材料方面的研究較早，獲得了較多的應(yīng)用。國內(nèi)鑄造復(fù)合材料開展的工作主要都側(cè)重于基礎(chǔ)研究，對中試到工業(yè)生產(chǎn)的環(huán)節(jié)，缺少相應(yīng)的支持和生產(chǎn)企業(yè)的參與，制約了鑄造金屬基復(fù)合材料的生產(chǎn)和應(yīng)用。國內(nèi)鑄造復(fù)合材料的應(yīng)用明顯落后于工業(yè)發(fā)達國家。1.4 問題分析與解決思路目前，復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)競爭非常激烈，隨著大量聚合物復(fù)合材料的發(fā)展，傳統(tǒng)金屬材料不僅需要自身的發(fā)展與完善，還面臨大量高性能非金屬材料的競爭。鑄造界要與工程界加強聯(lián)系和溝通，充分了解對鑄造復(fù)合材料的需求，強化產(chǎn)學(xué)研合作，圍繞重點產(chǎn)品開展中試和生產(chǎn)工作，加快現(xiàn)有成熟鑄造復(fù)合材料技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)移，緊跟國際先進水平，進一步提高工藝的穩(wěn)定性和復(fù)合的材料性能。同時，開拓創(chuàng)新，研發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的鑄造復(fù)合材料制備技術(shù)和生產(chǎn)工藝。2 發(fā)展目標2.1 鋁基復(fù)合材料“十三五”期間，需要進一步提高鑄造鋁基復(fù)合材料的比強度、比剛度等性能，同時降低生產(chǎn)成本，有效控制鑄造過程中基體與增強顆粒之間的界面反應(yīng)，同時還需要突破鋁基復(fù)合材料的機加工和回收利用等技術(shù)問題。高強韌鑄造鋁基復(fù)合材料（以A356合金為基體）應(yīng)達到以下主要指標：室溫拉伸強度330 MPa，屈服強度275 MPa，伸長率12%；鑄件合格率98%。耐熱耐磨鑄造鋁基復(fù)合材料應(yīng)達到以下主要指標：室溫拉伸強度290 MPa，高溫（350 ）拉伸強度110 MPa；產(chǎn)品成品率不低于90%。2.2 鎂基復(fù)合材料鑄造鎂基復(fù)合材料在高于鎂熔點條件下制備，鎂基體與增強體之間通常浸潤性差，甚至不浸潤，必須設(shè)法對納米顆粒進行適當?shù)谋砻嫣幚硪愿纳婆c基體的浸潤性，但須重視外加增強體在高溫下發(fā)生的界面反應(yīng)，同時避免添加過程中鎂的氧化。對于鑄造鎂基復(fù)合材料，今后數(shù)年間要重點解決界面反應(yīng)、高溫氧化以及界面浸潤性等關(guān)鍵技術(shù)問題，高性能鑄造鎂基復(fù)合材料（以ZM5合金為基體）的室溫拉伸強度300 MPa，伸長率3%。2.3 銅基復(fù)合材料目前，雖然能用于制備銅基復(fù)合材料的增強體種類較多，但這些增強體與銅基體潤濕性不好，且生產(chǎn)成本偏高，因此，迫切需要尋找新的高性能、廉價的增強體材料，解決其與銅基體間的界面結(jié)合問題，開發(fā)新型的工藝簡單、成本低廉的銅基復(fù)合材料制造技術(shù)，提高材料的性能和生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本?！笆濉逼陂g，鑄造銅基復(fù)合材料應(yīng)達到的主要性能指標有：拉伸強度600 MPa，導(dǎo)電性80純銅。2.4 鈦基復(fù)合材料鈦基復(fù)合材料以其高的比強度、比剛度和抗高溫特性，在未來的航空航天技術(shù)上有著強大的應(yīng)用潛力，是一項高難度、長遠而帶有方向性的高技術(shù)，必須給予足夠的重視。制備高性能復(fù)合材料，是鈦基復(fù)合材料的發(fā)展目標，但鈦及其合金性質(zhì)活潑，它幾乎可以與所有的陶瓷增強相發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)嚴重時會破壞增強相與基體間的界面結(jié)合狀態(tài)，影響復(fù)合材料的力學(xué)性能。因此，降低和抑制基體和增強相的相互作用是鑄造鈦基復(fù)合材料的組成和制備過程中需重點關(guān)注的問題。鑄造鈦基復(fù)合材料未來產(chǎn)業(yè)化的主要性能指標：彈性模量115125 GPa，屈服強度7001 000 MPa，抗拉強度9001 200 MPa，伸長率3%5%。3 發(fā)展重點3.1 技術(shù)路線采用鑄造工藝制備復(fù)合材料，主要有攪拌鑄造法、擠壓鑄造法、浸滲法、原位（或內(nèi)生）復(fù)合法，以及用于回轉(zhuǎn)體零件的離心鑄造法。3.2 技術(shù)研究3.2.1 關(guān)鍵技術(shù)研究3.2.1.1 攪拌法制備工藝的完善和優(yōu)化顆粒增強金屬基復(fù)合材料因其具有增強體成本低、材料性能各向同性、制造成本低，可應(yīng)用傳統(tǒng)的鑄造技術(shù)大規(guī)模生產(chǎn)，還具有高的比強度和比模量，以及耐磨、耐熱和耐腐蝕等優(yōu)良性能，近年來其機械加工工藝也得到長足的進步，進一步確立了其優(yōu)勢地位。進一步完善攪拌法制備工藝，加快該技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化開發(fā)。3.2.1.2 浸滲制備工藝熔體浸滲法制得的材料密度比較均勻，熔融金屬冷卻決，制備過程周期短，減輕了顆粒界面反應(yīng)，材料性能較高，可以制備出高體積分數(shù)增強體的金屬基復(fù)合材料，同時可以減輕或彌補疏松、氣孔等鑄造缺陷。瞄準該技術(shù)適用的材料和零件，拓展工藝技術(shù)的應(yīng)用。3.2.1.3 原位反應(yīng)法原位反應(yīng)法避免了傳統(tǒng)工藝中將增強相直接加入基體時，由于基體與增強相的潤濕性差，易出現(xiàn)縮孔縮松等缺陷等問題，簡化了制備工藝，從20世紀80年代中后期以來，引起材料研究人員的廣泛興趣，得到大量研究，就繼續(xù)強化反應(yīng)過程的調(diào)控，最終實現(xiàn)對材料性能的可控制備。3.2.1.4 局部復(fù)合材料零件的失效常常是由于表面或局部部位的損傷引起，因此，只需要提高零件表面或局部區(qū)域的性能，就能有效延長零件的服役時間。結(jié)合鑄造有色金屬的特點，研發(fā)適用的反應(yīng)體系和制備工藝技術(shù)。3.2.2 共性技術(shù)研究復(fù)合材料都是由兩種或兩種以上材料復(fù)合而成，不同的材料復(fù)合方法、材料之間的界面、材料相互的分散方式等都影響材料的性能，如何對復(fù)合材料的性能進行預(yù)測和控制，也是復(fù)合材料的研究熱點；另一方面，還要考慮材料的循環(huán)利用，以下為未來鑄造有色金屬基復(fù)合材料研究的共性技術(shù)。（1）界面結(jié)合。鑄造金屬基復(fù)合材料通常是以顆粒、晶須、纖維為增強體，進一步探索控制增強體和基體界面行為的有效手段，優(yōu)化界面結(jié)構(gòu)，提高“界面”對材料