【正文】 術(shù)、高質(zhì)量、高效率、智能化。 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(dāng)量，灰鑄鐵強度低1級；鑄件尺寸精度低12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(biāo)，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；。 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。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)?；?。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。各材質(zhì)鑄鐵件產(chǎn)量目標(biāo)，見表1。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。到2025年，球墨鑄鐵件占鑄鐵比例達到47%以上，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）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)。（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(biāo)準(zhǔn)，提升我們的行業(yè)地位。 技術(shù)研究 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。解決百噸級球墨鑄鐵核廢料罐(要求斷裂韌性KIC≥50 N/mm25 ℃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。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。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。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(biāo)納入驗收范圍；完善對高端鑄件產(chǎn)品的質(zhì)量控制指標(biāo)。4 重點項目 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)。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。（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。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。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。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。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。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MgGdYZr系鎂合金材料在性能方面已經(jīng)達到國際先進水平。開展了超輕鎂鋰合金的研究。我國研制出近α型船用耐蝕鈦合金Ti7Ti3TiB1Ti9Ti70 和Ti80。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。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(dāng)，并開始探索第四代單晶高溫合金。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。 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。變質(zhì)方面，國外用PRE復(fù)合變質(zhì)處理活塞用AlSi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。另外，, 載客300人，還將使用高強度鈦合金Ti62222S。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。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。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。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。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。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。高溫和高強合金及其他牌號和用途的合金相對較少。鈦的應(yīng)用技術(shù)遠落后于國外先進國家。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(dāng)，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。 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。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)。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)。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。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。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。2 發(fā)展目標(biāo)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。在大型、復(fù)雜和精密鑄件方面，實現(xiàn)新的突破。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。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。制定鎂合金技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。開發(fā)短流程鈦合金鑄造新工藝。繼續(xù)發(fā)展第三代、第四代單晶高溫合金，促進應(yīng)用。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。基于高性能銅合金的“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。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。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。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。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。高性能鎂合金用轉(zhuǎn)移涂料及涂層轉(zhuǎn)移制芯技術(shù)。開展大型復(fù)雜精密鑄件制造技術(shù)。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)。短流程低成本鈦合金制備和鑄造技術(shù)。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。 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)。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。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。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5106以下。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(biāo)。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。（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。（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)。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。（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。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。 國內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢我國在20世紀(jì)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)。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%。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。 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)合材料的應(yīng)用明顯落后于工業(yè)發(fā)達國家。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。2 發(fā)展目標(biāo) 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。耐熱耐磨鑄造鋁基復(fù)合材料應(yīng)達到以下主要指標(biāo)：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%。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%?！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(biāo)有：拉伸強度≥600 MPa，導(dǎo)電性≥80％純銅。制備高性能復(fù)合材料，是鈦基復(fù)合材料的發(fā)展目標(biāo)，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(yán)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。鑄造鈦基復(fù)合材料未來產(chǎn)業(yè)化的主要性能指標(biāo)：彈性模量115~125 GPa，屈服強度700~1 000 MPa，抗拉強度900~1 200 MPa，伸長率3%~5%。 技術(shù)研究 關(guān)鍵技術(shù)研究 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。 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?jǐn)?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。 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(jì)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