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1、【5A文】经典高强高韧铝硅合金研究可行性研究报告【5A文】经典高强高韧铝硅合金研究可行性研究报告一、选题的必要性1.产业政策及项目的意义产业政策：本项目所处技术领域为新材料新工艺。研究开发新材料新工艺，有利于促进我国制造业科技进步，增强企业竞争实力，符合我国产业政策，是国家大力扶持的技术领域。随着国民经济快速发展，部件轻量化和环保要求日益高涨，铸件越来越薄，这要求合金力学性能越来越高。为此，开发高强高韧合金材料是国内外重点发展方向。项目意义：高强高韧铝硅合金具优良的铸造性能和力学性能而广泛用于航空、航天、军事、机械等工业领域。随着制造业对铸件高强韧要求越来越高， 用量越来越大。 国内外通常要求
2、该合金的抗拉强度b 320MPa,延伸率5%，但目前我国绝大多数企业,如我省NB飞机集团，由于合金材料及工艺的落后，生产的铝硅合金抗拉强度仅能达到290MPa,延伸率为3%.远不能满足航空、航天等行业的需求.长期以来，省内NB集团不得不出高价外购优质合金铸件，但仍不能满足企业的产量与质量要求.为此，NB集团等企业急需解决此技术问题。2.国内外发展现状铸造铝硅合金由美国在20世纪50年代末研制而成。目前我国高强高韧铸造铝硅合金ZL114A沿用了该合金的成分标准，合金化学成分为：6.5-7.5%Si、0.45-0.75%Mg、0.08-0.25%Ti、0.07%Be、0.2%Fe、0.1%Cu、余
3、为Al.由于此合金的化学成分范围较宽，根据此成分，国内企业难于生产高性能、且质量稳定的合金铸件。基于这种现状，国内哈尔滨工业大学、北京航空航天材料所等近年致力于合金的成分优化，初步确定了能满足性能要求的主要元素Si、Mg最佳含量分别为6.5-7.0%、0.55-0.6%，但对整个合金的化学成分构造、元素间的相互作用及其它强化元素的添加等缺乏系统的研究，尚不能满足于工业生产。合金的铸态显微组织为初晶-Al+共晶（-Al+Si）.就生产工艺而言，国内普遍采用四元钠盐或锶变质共晶Si相， 钛细化初晶-Al晶粒，以提高合金的性能。但存在钠盐变质持续效果短；锶变质会使合金熔体含气量增大、影响合金的力学性
4、能，尤其是降低合金的延伸率；钛在高硅铝合金中的细化效果不理想等问题。所以，高性能合金的细化变质熔体处理工艺有待于进一步深入研究，稀土对铝硅合金熔体具良好的精炼、细化变质作用，且符合环保要求，是今后工艺的发展方向。合金的固溶、时效热处理，目的使强化相Mg2Si在基体-Al中均匀弥散析出，从而提高合金的性能。由于国内对固溶处理温度、淬火介质及时效温度、保温时间等对强化相Mg2Si析出、分布、颗粒大小的影响研究不深入，致使企业热处理工艺不完善，提高合金性能不显著，国内多数企业生产的合金铸件不能满足性能要求。综上所述，国内外的研究者主要通过优化合金成分；改进生产工艺，提高铸造合金的力学性能，但目前无论
5、在材料，还是工艺方面，尚缺乏系统研究，表现为生产工艺不完善，有待深入研究。3.项目先进性对相关领域技术进步的推动作用本项目属国有大型企业新材料新工艺科技攻关，主要研究内容为开发高性能的合金成分，研究新的熔体处理工艺和热处理工艺，从而使合金的抗拉强度b 320MPa,延伸率5%。项目实施后，可使国内相关企业生产的合金、工艺水平上一台阶，性能达到国内外要求，改变省内NB集团花巨资外购合金铸件的现状。另一方面，我省重稀土资源丰富。本项目采用重稀土钇对合金进行细化变质处理，有利于钇资源的开发利用。具体来讲，可带动铝-钇中间合金产业的产生，促进重稀土钇在铝合金中的推广应用，由此进一步提高铝合金的性能。4
6、.项目目前进展情况本项目承担和协作单位为项目已做了大量的前期工作。项目负责人曾研究了重稀土钇对AlSi7Mg0.3合金的细化变质作用，结果显示：加入0.2-0.3%Y能使合金力学性能大幅提高 （章爱生等，钇基重稀土对AlSi7Mg0.3合金组织和性能的影响，热加工工艺，2005年第2期），这为钇在合金中的应用奠定了理论基础。NB集团为提高该合金的力学性能进行了近半年的材料、工艺探索，积累了一定的经验。针对省内企业合金性能达不到国家标准的现状，近期本项目的承担单位-NC大学与项目协作单位-NB集团联合成立了科研攻关小组，目前已完成项目查阅资料、前期实验数据的整理及原材料的准备工作，下一步将进入实
7、验阶段。二、技术方案1、项目技术关键点或创新点，项目完成时达到的技术水平 项目创新点：高性能的合金成分： 通过实验优化合金的成分配比（如Si、Mg、Be、Ti等的最佳含量），在此基础上，添加锆、重稀土钇等强化元素，研制高性能的合金化学成分。 新的合金熔体处理工艺：拟采用钛（硼）、重稀土钇替代现有的钛、锶（钠盐）细化变质工艺，以提高对合金组织的细化变质效果：技术关键：本研究以钛、硼作为细化剂细化基体晶粒，重稀土钇为变质剂变质硅相，两者间的交互作用关系合金的细化变质效果。固溶处理工艺（固溶温度、保温时间、淬火温度）、时效处理工艺（时效温度、保温时间）与析出强化相Mg2Si的分布、大小间关系是提高合
8、金性能的关键。项目完成时达到的技术水平: 预期达到国内先进水平，填补省内空白，通过省级鉴定反映成果水平。表达形式为新材料、新工艺，发表2-3篇论文。2、项目技术方案项目研究开发内容：开发高性能的合金：通过实验优化合金的成分配比（如Si、Mg、Be、Ti等的最佳含量），在此基础上，添加锆、重稀土钇等强化元素，探讨元素间的相互作用，研制高性能的合金化学成分。研究新的合金熔体处理工艺，提高对合金组织的细化变质效果：拟采用钛（硼）、重稀土钇替代现有的钛、锶（钠盐）细化变质工艺。研究高性能的合金固溶处理工艺参数（固溶温度、保温时间、淬火介质）、时效处理工艺（时效温度、保温时间）。生产技术、工艺流程：以纯
9、铝、纯镁、Al-Be中间合金等为原材料。采用电阻炉、石墨坩埚熔炼合金，熔体720时C2Cl6精炼除气，730用Al-Ti-B、Al-10%Y细化变质处理，静置10分钟后，浇入标准抗拉试棒模中。在箱式电阻炉中对试棒进行固溶、时效处理。技术路线为：原材料-熔化-熔体处理（精炼、细化变质）-铸造成型-固溶、时效。实验方案：在上述工艺条件下，利用正交分析方法，配制不同成分的合金，采用钛（硼）、重稀土钇细化变质处理，通过组织分析与性能检测，确定合金中Si、Mg、Be等的最佳量及Ti（B）、Y细化变质效果、相互间的作用。其二，在其它工艺相同下，逐个改变固溶、时效处理工艺参数（温度、保温时间、淬火温度），同
10、样通过组织分析与性能检测，获取合理的热处理工艺。主要技术参数：本项目的主要技术参数为：合金化学成分，抗拉强度b、延伸率，细化变质剂加入量，固溶温度与保温时间、淬火温度，时效温度与保温时间。3、项目技术质量指标项目执行中华人民共和国航空航天部航空工业标准HB548091.合金成分：6.5-7.5%Si、0.45-0.75%Mg、0.1%Mn、0.08-0.25%Ti、0.1%Zn、0.1%Cu、Fe0.2%、余为Al.力学性能：抗拉强度b 320MPa,延伸率5%4、项目执行过程中各阶段目标20PP.PP-20PP.PP 完成项目调研、收集资料、拉伸试棒模具的制作及原材料准备工作等20PP.PP
11、-20PP.PP 完成合金成分优化、钛钇联合细化变质处理及热处理工艺实验及样品加工、检测.20PP.PP-20PP.PP 在NB集团完成研制的合金及新熔体处理、热处理工艺的生产性试验.20PP.PP-20PP.PP 样品送检，准备鉴定材料并鉴定.5、项目经费预算情况本项目属国有大型企业新材料新工艺科技攻关，以解决生产中的技术难题，除需购置测温系统、制作工装模具外，项目承担单位-NC大学具一切实验条件。项目协作及项目应用单位-NB集团有完善的试验、生产设施。所以，项目无需大投资，只需部分研制费用，便可取得良好的效果。表一.项目拟购设备清单序号设备名称规格型号单 位数量单价 (万元)金额 (万元)
12、1数显模块式温控仪 1200 台 2 0.40.82 金属模具 非标 件 2 0.25 0.5表二.申请科技三项经费使用预算表序号名 称单位数量金额(万元)使用时间1开发费项目开发人员费 0.520PP年原材料动力费 220PP年检测费 220PP年调研费 120PP年查新费 0.220PP年技术咨询费 0.520PP年转让、合作费2设备费申请三项经费资助设备： 1.320PP年3试制费 人员费 0.520PP.PP原材料动力费 220PP.PP检测费 120PP.PP4鉴定验收费 120PP.PP三、项目实施支撑条件1、项目技术来源本项目属产学研联合，技术来源于项目承担单位-NC大学材料学院
13、在铝硅合金方面的多年研究基础，以及项目协作单位-NB集团的生产实践，不存在第三方技术来源。项目来源于企业，并将服务于企业。项目完成后，由NB集团应用并推广。2、项目实验、检测条件项目的主要承担单位-NC大学材料学院有较完备的水电设施及项目研制过程中所需的所有材料制备和检测设备，如熔炼电阻电炉、热处理炉，P射线衍射仪、大型金相显微镜、万能电子拉伸试验机、各种硬度仪、辉光直读光谱仪等。项目协作单位-NB集团承担项目的生产应用试验，具备良好的生产条件，可确保本项目的执行。3、项目申请单位人才资源情况项目组由8人组成，高级技术人员4人，占总数的50%；中级技术人员4人，比例为50%.具体情况见下表：项
14、目主要成员：姓名性别年龄职务职称学历所学专业现从事 专业所在单位负责 人WEC男43副教授、学科主任硕士铸造金属材料 NC大学材料学院DQW男50教授级高级工程师、总冶金师本科铸造铸造NB集团公司主要参加人员FE女44教授博士金属材料金属材料NC大学材料学院GR男32工程师本科金属材料金属材料NB集团公司VE男29工程师本科铸造铸造NB集团公司ER女42工程师本科铸造铸造NB集团公司REW男37实验师本科冶金冶金NC大学材料学院FER男42副教授本科金属材料金属材料NC大学材料学院4、项目组人员专业结构、职称结构本项目组由两位教授（教授级高级工程师）、两位副教授、四位中级工程技术人员组成。组成人员长期在铸造、金属材料专业从事科研、生产工作，熟悉项目的生产工艺和发展趋势，是一支高素质、精干的科研队伍。四、项目预
