【正文】 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上有著強大的應用潛力，是一項高難度、長遠而帶有方向性的高技術，必須給予足夠的重視。3 發(fā)展重點 技術路線采用鑄造工藝制備復合材料，主要有攪拌鑄造法、擠壓鑄造法、浸滲法、原位（或內生）復合法，以及用于回轉體零件的離心鑄造法。瞄準該技術適用的材料和零件，拓展工藝技術的應用。 共性技術研究復合材料都是由兩種或兩種以上材料復合而成，不同的材料復合方法、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，如何對復合材料的性能進行預測和控制，也是復合材料的研究熱點；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合材料研究的共性技術。（2）界面反應。（4）性能預測。（6）循環(huán)利用。今后鑄造有色金屬基復合材料的發(fā)展，應關注一些重點技術和產品。結合國家發(fā)展戰(zhàn)略和人民群眾日常生活需要，圍繞航空航天、高鐵、城鐵等交通運輸行業(yè)，新能源汽車和汽車輕量化，海洋工程等重點領域開展研究，關注鑄造有色金屬復合材料的性能與功能的多元化、材料制備與成形技術的一體化、結構與功能的一體化，積極研發(fā)可應用于電子封裝、汽車零部件、航空航天、國防領域、精密和光學儀器、海洋工程等方面的鑄造有色金屬復合材料，積極推進鈦基復合材料的研發(fā)，加快鑄造有色金屬復合材料的產業(yè)化。（1）切實推進鑄造有色金屬復合材料成果孵化和產業(yè)化，提高相關產業(yè)的技術水平和產品性能，拓展材料的應用范圍。材料磨損以磨料磨損最為嚴重，本規(guī)劃所述的鑄造耐磨材料及耐磨鋼鐵鑄件主要指用于磨料磨損工況的材料和零部件。控制P、Si、O、H含量是錳鋼件生產的關鍵技術；另外為減少鑄造高錳鋼晶粒易粗大和柱狀晶現(xiàn)象，V、Ti、Nb、B和RE等微量元素常被加入高錳鋼。我國又研發(fā)了中鉻硅耐磨鑄鐵和適于鑄態(tài)應用的低鉻耐磨鑄鐵，并已批量生產和工業(yè)應用。（4）耐磨損球墨鑄鐵。我國雙液雙金屬材料、鑲鑄復合材料實現(xiàn)了工業(yè)化生產和應用。 國外發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 奧氏體錳鋼目前奧氏體錳鋼還是國外用量最大的一類耐磨鋼。其中標準含碳量的ZG120Mn1ZG120Mn17Cr2還被列入了奧氏體錳鋼鑄件國際標準。耐磨損白口鑄鐵的標準化工作起步較早，現(xiàn)有ISO國際標準，在主要工業(yè)發(fā)達國家均有了國家標準（或相當于國標標準）。采用AOD爐等精煉工藝技術以提高合金鋼綜合性能，是國外生產此類鑄鋼的先進技術。此復合鑄造材料磨輥和磨盤生產和應用效果良好，反映出該復合鑄造材料技術是一種先進技術，值得借鑒。 問題分析與解決思路我國鑄造耐磨材料產業(yè)技術與世界先進水平還有5～10年的差距，產業(yè)技術研發(fā)能力不夠與技術投入不足是這種差距的主要原因，為此我國部分耐磨材料企業(yè)只能處于產業(yè)低端從事來料加工業(yè)。 共性和關鍵技術研發(fā)奧氏體錳鋼合金設計、優(yōu)化選材，在不降低韌性的情況下提高耐磨性。含碳化物球墨鑄鐵合金設計與組織控制，提高材料硬韌性能和拓展應用工況。表1 優(yōu)先開展的各領域頂級研發(fā)項目領域項目名稱耐磨材料開發(fā)與應用領域高硬高韌耐磨材料高性價比耐磨材料耐磨材料成分設計理論和方法耐磨材料應用數(shù)據(jù)庫建設耐磨材料成分、組織、結構、力學性能和使用性能的研究高耐磨蝕性的合金材料陶瓷/鋼鐵基耐磨復合材料熔煉與鑄造領域耐磨材料熔體凈化技術耐磨材料晶粒細化技術耐磨材料變質處理技術耐磨材料鑄造用孕育劑耐磨材料鑄造用變質劑耐磨材料鑄造用復合孕育變質劑大型厚壁耐磨件鑄造技術精準控制的耐磨件鑄造澆注技術適于耐磨材料鑄件的保溫發(fā)熱冒口技術耐磨件金屬型、鐵型覆砂、離心鑄造等鑄造成形技術耐磨鋼連鑄連軋技術熱處理領域高硬韌耐磨材料熱處理技術少合金低成本耐磨材料熱處理技術熱處理工藝與耐磨材料成分、組織和性能關系系統(tǒng)研究高硬度耐磨鑄鐵件淬火熱處理技術大型厚壁耐磨件淬火回火熱處理技術雙金屬復合鑄件熱處理工藝技術機械加工領域高硬度耐磨件機加工技術高加工硬化錳鋼耐磨件機加工技術高硬度耐磨件機加工用刀具高加工硬化錳鋼耐磨件機加工用刀具裝備制造領域耐磨材料熔體精煉系統(tǒng)機械化自動化鑄球生產線機械化自動化鑄段生產線耐磨件金屬型、鐵型覆砂、離心鑄造、外場輔助等專用鑄造設備適于耐磨件的自動化連續(xù)熱處理爐和生產線高系統(tǒng)剛性機床設計與制造產業(yè)共性技術創(chuàng)新體系建設構建和完善產學研合作的產業(yè)技術創(chuàng)新聯(lián)盟建立和完善行業(yè)協(xié)會對技術創(chuàng)新工作支持和協(xié)調機制建設支撐產業(yè)發(fā)展的共性技術研發(fā)機構引導和支持建設企業(yè)工程技術研究中心建設支撐產業(yè)發(fā)展的質量檢測平臺建設和完善耐磨材料標準體系依托企業(yè)建設一批產學研合作產業(yè)化示范基地和科技成果轉化基地建設產業(yè)發(fā)展需要的行業(yè)技術信息交流平臺5 政策建議增加財政經費投入與支持，鼓勵和實踐政產學研用合作機制，加強產業(yè)技術聯(lián)盟與協(xié)同創(chuàng)新中心建設，加強共性技術創(chuàng)新平臺建設，建設和完善鑄造耐磨材料標準化體系。北京航空航天大學和大連理工大學研究了覆膜砂的SLS成形技術。機械科學研究總院將數(shù)控加工技術應用于鑄型成形，開發(fā)出可用于多種砂型制造的快速砂型銑削技術及裝備，可加工鑄型最大尺寸達5 000 mm 3 000 mm1 000 mm，在中國一汽、廣西玉柴等企業(yè)得到推廣應用。早在20世紀90年代，美國、日本以及西歐等國家就開始研究并利用快速原型技術進行快速精密鑄造。美國Sandia國家重點實驗室于1996年前后成功將SLS技術應用于熔模鑄造；德國EOS公司和美國DTM公司分別于1998和1999年就將聚苯乙烯(Polystyrene，PS)的SLS成形技術與熔模鑄造工藝加以結合。 國內外的差距我國快速鑄造技術研究水平總體處于國際第一陣營，但在如下幾個方面還存在差距：（1）在裝備技術與成形工藝方面，鑄型的成形效率、強度、精度和表面質量，成形設備的可靠性、穩(wěn)定性和易用性等方面還存在差距；（2）模樣及鑄型材料對鑄件的性能指標有重要影響，然而目前國內在適用于快速鑄造的鑄型材料方面缺乏關注和研究；（3）在應用層面，快速鑄造的普及程度遠不及美歐日，與快速鑄造匹配的鑄造工藝與裝備的研究相對缺乏；（4）對快速鑄造成形的效用評估以及相適應的鑄件結構優(yōu)化缺乏重視。2 發(fā)展目標“十三五”期間，快速鑄造技術的發(fā)展目標是系統(tǒng)研發(fā)適用于不同類型快速鑄造工藝的鑄型材料，提高快速鑄型的強度和精度，發(fā)展適用于多材料和高效率的鑄型快速制造裝備，降低快速鑄造成本，提高快速鑄造技術效率及工藝可靠性，形成涵蓋材料、工藝與裝備的成套技術，將其應用于多個領域典型鑄件的高質量快速生產，提升我國鑄造行業(yè)水平和技術實力。4 重點項目 重點技術（1）面向快速鑄造的鑄件結構優(yōu)化設計技術；（2）快速原型高精度模樣的高效3D打印技術；（3）面向快速陶瓷型制造的陶瓷漿料擠出成形技術和激光直接燒結成形技術；（3）面向快速砂型制造的微滴樹脂噴射靈活控制技術。加強基礎理論研究、關鍵技術研發(fā)與轉化應用之間的銜接，提倡和鼓勵自主創(chuàng)新，統(tǒng)籌全國快速制造技術研究與面向行業(yè)、地方產業(yè)應用的協(xié)調發(fā)展，促進系統(tǒng)性、原創(chuàng)性、重大產出和高效轉化。針對高溫合金定向凝固及單晶制造技術，我國也開展了長期研究，不僅開發(fā)出系列合金，還在成形工藝、凝固控制及模擬仿真方面取得實用性成果。熔模鑄造是航空發(fā)動機和工業(yè)燃氣輪機高溫渦輪葉片及機匣類復雜整體鑄件的關鍵制造技術。20世紀90年代初，臺灣的一般商業(yè)鑄件硅溶膠熔模鑄造生產技術引入大陸，帶動了出口熔模鑄件生產的繁榮。 國外發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢二戰(zhàn)時期，熔模鑄造作為一種航空發(fā)動機葉片的成形工藝，受到重視，并逐漸發(fā)展起來。發(fā)達國家的熔模鑄造工藝具有以下特點和優(yōu)勢：（1）工業(yè)及產學研體系完善，專業(yè)化分工明確；（2）持續(xù)的工藝機理研究，促進了工藝實踐的精細化控制；（3）重要合金及關鍵原材料保持高水平研發(fā)。例如，航空發(fā)動機定向、單晶渦輪葉片、大型鈦合金機匣等。由于體制原因，我國針對高附加值鑄件研究的工藝向一般商用鑄件生產輻射不足，而更大數(shù)量的一般商用鑄件生產企業(yè)研發(fā)力量不足。并以此為基礎，掌握高端熔模鑄件生產的核心技術，帶動國內熔模鑄造產業(yè)升級。不斷提升滿足鑄件要求持續(xù)提高的工藝革新能力。 重點項目（1）大尺寸、復雜形狀條件下定向、單晶組織的制備、控制及鑄件近凈成形相關技術研發(fā)；（2）超極限尺寸鈦合金、高溫合金、鋁合金熔模鑄件成形及內部質量控制；（3）與3D打印技術相結合的熔模鑄造工藝提升與創(chuàng)新。支持核心制造企業(yè)的技術研發(fā)實力提升，強化現(xiàn)場工藝檢測和控制能力。壓鑄作為一種先進的有色合金精密零部件成形技術，適應了現(xiàn)代制造業(yè)中產品復雜化、精密化、輕量化、節(jié)能化、綠色化的要求，其產品已遍及汽車、機械、家電、通訊、五金等許多領域。 壓鑄件合金材料壓鑄件合金材料主要以有色金屬及其合金為主，壓鑄鋁合金用量最為突出。此外，國際上對材料基礎性的研究要較國內更廣泛和深入，成果顯著，國內對此方面投入較小。 壓鑄設備汽車工業(yè)的高速發(fā)展，大型和高端壓鑄件需求增加，推動了國產壓鑄機技術的提高，高壓射速度、較短的建壓時間、實時控制壓射系統(tǒng)、4000 t大型壓鑄機、自動化周邊配套設備和壓鑄單元等陸續(xù)推出市場，拉近了與國外先進設備的差。銅合金壓鑄件的產量很少，中小零件較多。壓鑄鎂合金材質和性能的研究進一步深入，對汽車鎂合金壓鑄件的應用開發(fā)進一步加大。1990年至今，年均增長15%以上，2012年產量達318萬噸。專項政策支持關鍵原輔材料及裝備的專業(yè)化研發(fā)與供應。5 政策建議改變以型號為主導的投入模式，加強對共性技術研究的支持力度，形成以高端熔模鑄件需求為導向，核心企業(yè)為支撐，產學研合理分工的熔模鑄造工藝研發(fā)體系。 共性技術研究（1）熔模鑄造模料優(yōu)化及產品技術標準；（2）耐受高溫及高活性金屬作用的型殼、型芯體系及相關制備技術；（3）基于熔模鑄造工藝條件的傳熱介質熱物性參數(shù)測量技術；（4）復雜熔模鑄件及特殊澆注條件下澆冒口系統(tǒng)的設計準則；（5）熔模鑄件全工藝過程的熱力分析與檢測技術；（6）復雜熔模鑄件缺陷檢測及矯形、修復技術；（7）高可靠性要求鑄件的缺陷敏感性分析與損傷容限設計技術；（8）高柔性、自動化工藝裝備與技術；（9）復雜型芯系統(tǒng)的高效、高精度清理技術；（10）熔模鑄造工藝的節(jié)能、環(huán)保技術應用；（11）3D打印技術在熔模鑄造中的應用。在此過程中，系統(tǒng)開展工藝機理研究，針對模料、型殼、型芯、澆注系統(tǒng)、凝固控制、后處理、鑄件檢查等技術進行提升，實現(xiàn)精細化控制。2 發(fā)展目標在熔模鑄造工藝中，兩類產品具有典型意義：一是工作溫度不斷提高的航空發(fā)動機和重型燃氣輪機高溫渦輪葉片；二是尺寸不斷加大的航空發(fā)動機機匣。我國熔模鑄造技術大多數(shù)情況下在走引進消化吸收和仿制的道路，但隨著熔模鑄件的應用領域越來越敏感，技術引進受到制約。 國內外的差距我國熔模鑄造技術與發(fā)達國家相比，主要差距體現(xiàn)在以下方面：（1）工藝機理研究不夠深入，特別是隨著產品要求的不斷提高，工藝精細化控制成為制造成敗的關鍵；工藝過程的基本物理、化學變化不了解，就經常出現(xiàn)控制不到位，產品質量波動大的問題；（2）重要合金和關鍵原輔材料與先進國家相比，還存在性能指標和穩(wěn)定性方面的差距；（3）復雜型芯制造技術落后于發(fā)達國家；（4）關鍵裝備的制造水平，特別是重點控制參數(shù)不到位，影響制造工藝的穩(wěn)定性，國產裝備自動化和可靠性程度低；（5）數(shù)字化技術應用不夠深入，關鍵熱物性參數(shù)積累不足；（6）產學研體系存在一定問題。國際上熔模鑄造技術先進的國家，均是航空制造發(fā)達的國家，歐美的熔模鑄造產值中超過70%為航空鑄件為代表的高附加值鑄件。在對外交流的過程中，通過引進技術和合資方式，我國汽車渦輪增壓器渦輪鑄造形成了一定規(guī)模。航天、兵器系統(tǒng)也相繼加大投入，一些民營資本也參與其中。與國際上熔模鑄造技術發(fā)展類似，航空工業(yè)發(fā)展是我國熔模鑄造高附加值產品生產技術發(fā)展的主要源動力，相關研究單位在航空葉片及其他關鍵鑄件生產工藝方面開展了大量工作，也積極跟蹤國際上的最新發(fā)展。研究單位和骨干企業(yè)針對航空發(fā)動機渦輪葉片的熔模鑄造成形工藝開展研究，在模料、陶瓷型殼、陶瓷型芯等方面取得了大量成果。 重點產品（1）快速鑄造專用模料及造型材料體系；（2）面向快速鑄造的鑄件結構優(yōu)化設計及3D打印路徑設計軟件系統(tǒng)；（3）快速原型高精度模樣的高效3D打印工程化生產裝備；（4）快速砂型的高質量3D打印快速制造工程化生產裝備。 技術研究 關鍵技術研究（1）適用于快速鑄造技術的制模及造型材料體系開發(fā)；（2）快速原型高精度模樣的高效3D打印技術；（3）快速砂型的高效數(shù)控銑削成形技術；（4）快速砂型的高質量3D打印快速制造技術；（5）高可靠性快速鑄造工程化生產裝備的開發(fā)和研制。而高等院校、科研單位雖然掌握了先進的技術原理，但缺乏鑄件生產的現(xiàn)場經驗。隨著快速鑄造技術的不斷開發(fā)，與快速鑄造工藝相適應的鑄型材料不斷出現(xiàn)，鑄型表面質量和精度也得到迅速提高。全歐400多家精鑄廠家中，有93 %以上使用增材制造技術實現(xiàn)快速鑄造。美國政府于1994年底在《21世紀制造企業(yè)戰(zhàn)略》報告中指出，應通過敏捷制造強化國家制造行業(yè)實力，實現(xiàn)最低資源消耗下的高效產品制造。北京隆源自動成型系統(tǒng)有限公司以快速鑄造為應用對象，開展了選擇性激光燒結工藝的研究，成功應用于復雜航空航天鑄件的生產和發(fā)動機、液壓件、泵閥、醫(yī)療器械等鑄造零件的試制及小批量制造。在能源危機和環(huán)境污染日趨嚴重的大背景下，如何通過鑄造生產流程的創(chuàng)新設計，實現(xiàn)鑄件的高效、敏捷制造，已成為人們共同面臨的研究課題。耐磨鋼鐵液精煉和過濾技術研發(fā)與應用。通過合金化、精煉、鑄造工藝和熱處理工藝提高非錳系耐磨損合金鋼硬韌性能和拓展應用工況。2 發(fā)展目標“十三五”期間，我國鑄造耐磨材料產業(yè)技術部分落后領域縮小與工業(yè)發(fā)達國家的差距，爭取整體技術水平達到國際先進水平，部分領域技術水平達到國際領先水平。 國內外的差距在耐磨材料技術方面，我國材料研發(fā)水平較高，工藝技術