最新高强高韧铝硅合金A357及工艺的研究可行性研究报告.docx
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最新高强高韧铝硅合金A357及工艺的研究可行性研究报告
高强高韧铝硅合金（A357）及工艺研究
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A357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，A357用量越来越大。
国内外通常要求该合金的抗拉强度σb≥320MPa,延伸率δ＞5%，但目前我国绝大多数企业,如我省洪都飞机集团，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，省内洪都集团不得不出高价外购A357优质合金铸件，但仍不能满足企业的产量与质量要求.为此，洪都集团等企业急需解决此技术问题。
2.国内外发展现状
A357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A357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。
A357合金的铸态显微组织为初晶α-Al+共晶（α-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α-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。
A357合金的固溶、时效热处理，目的使强化相Mg2Si在基体α-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A357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①优化合金成分；②改进生产工艺，提高A357铸造合金的力学性能，但目前无论在材料，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A357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σb≥320MPa,延伸率δ＞5%。
项目实施后，可使国内相关企业生产的A357合金、工艺水平上一台阶，性能达到国内外要求，改变省内洪都集团花巨资外购A357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.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A357合金中的应用奠定了理论基础。
洪都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A357合金性能达不到国家标准的现状，近期本项目的承担单位---南昌大学与项目协作单位---洪都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：
①高性能的A357合金成分：
通过实验优化A357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A357合金化学成分。
②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：
①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。
②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：
①开发高性能的A357合金：
通过实验优化A357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A357合金化学成分。
②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。
③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A357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A357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σb、延伸
率δ，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HB5480—91.
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、Fe≤0.2%、余为Al.
力学性能：
抗拉强度σb≥320MPa,延伸率δ＞5%
4、项目执行过程中各阶段目标
2007.1----2007.6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
2007.7---2007.12完成A357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.
2008.1---2008.6在洪都集团完成研制的A357合金及新熔体处理、热处理工艺的生产性试验.
2008.7---2008.12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---南昌大学具一切实验条件。
项目协作及项目应用单位---洪都集团有完善的试验、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）
1
数显模块式温控仪
1200℃
台
2
0.4
0.8
2
金属模具
非标
件
2
0.25
0.5
C.使用DISTINCT子句D.使用HAVING子句
29.在查询设计器的查询去向的设置中，不能实现的输出是________。
A.数据库系统只是比文件系统管理的数据更多
?
str（n）+"的大写汉字为玖"
MUL=______
30.数据库表移出数据库后，仍然有效的是________。
三、名词解释
s=area（r2）-area（r1）
1.连续执行以下命令之后，最后一条命令的输出结果是________。
A.CREATETABLEB.CREATECURSOR
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
0.5
2007年
原材料动力费
2
2007年
检测费
2
2007年
调研费
1
2007年
查新费
0.2
2007年
技术咨询费
0.5
2007年
转让、合作费
2
设备费
申请三项经费资助设备：
1.3
2007年
3
试制费
人员费
0.5
2008.1
原材料动力费
2
2008.1
检测费
1
2008.1
4
鉴定验收费
1
2008.7
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---南昌大学材料学院在铝硅合金方面的多年研究基础，以及项目协作单位---洪都集团的生产实践，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，由洪都集团应用并推广。
2、项目实验、检测条件
项目的主要承担单位---南昌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，X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---洪都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
章爱生
男
43
副教授、学科主任
硕士
铸造
金属材料
南昌大学材料学院
甘奎
男
50
教授级高级工程师、总冶金师
本科
铸造
铸造
洪都集团公司
主
要
参
加
人
员
张萌
女
44
教授
博士
金属材料
金属材料
南昌大学材料学院
万里鹏
男
32
工程师
本科
金属材料
金属材料
洪都集团公司
李浩如
男
29
工程师
本科
铸造
铸造
洪都集团公司
张少英
女
42
工程师
本科
铸造
铸造
洪都集团公司
丁岩
男
37
实验师
本科
冶金
冶金
南昌大学材料学院
周潘兵
男
42
副教授
本科
金属材料
金属材料
南昌大学材料学院
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、项目预期经济效益
1、预期市场需求
本项目属洪都集团急于解决的技术问题，项目完成后，由洪都集团直接在生产中应用。
另一方面，正如前述，国内多数企业由于A357合金材料、工艺方面的落后，性能指标远达不到国内外要求。
随着对铸件力学性能要求的越来越高及A357合金用量的越来越大，企业对A357合金的新材料新工艺的需求迫切，本项目在国内推广应用潜力很大。
2、预期盈利水平
利用本项目研究的新材料新工艺，生产的A357合金铸件性能将达到或超过国内外性能指标，具高附加值。
以省内某大型企业现状为例，该企业每年外购某A357合金部件超过百件，单件耗资近10万元，而其成本不足1万元，可见盈利空间巨大。
本项目实施后，该企业完全可以利用自身的工艺条件生产上述部件，仅这一部件便可盈利数百万元。
所以本项目盈利水平高。
3、预期项目产业化前景及实施风险
目前国内航空、航天、机械行业的企业大都具备生产A357合金优质铸件的条件，且有一定的生产能力和供货要求，仅是受材质、工艺落后的制约。
本项目实施后，通过严格控制合金的化学成分，改进原有生产工艺，可使企业批量生产出符合性能要求的A357合金铸件，预期项目产业化前景良好。
另一方面，企业采用本项目的研究成果，无需设备等设施投入，实施风险小。
五、项目预计社会效益、环境效益
1、社会效益
项目实施后，可使国内相关企业的高强高韧A357合金性能、工艺水平上一台阶，性能达到国内外要求，改变省内企业巨资高价外购A357合金铸件的现状，填补省内空白，有利于国家航空航天、军工、机械制造业的技术进步。
2、资源利用
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。
3、人才培养
项目组中有若干名三十岁左右的工程技术人员，在项目的研制过程中，通过实验、分析仪器检测等锻炼，可使他们增强理论知识，提高操作技能和科研水平，掌握生产工艺，促进其快速成长。
4、环境影响及效益
A357铝硅合金的生产工艺一般采用C2Cl6对合金熔体精炼处理，以除氢、去夹杂物，但C2Cl6能产生一定的有害气体，破坏环境。
本项目利用重稀土钇对熔体进行细化变质，
同时也具一定的精炼作用，可部分替代C2Cl6，减少有害气体的产生，改善环境。
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