高强高韧铝硅合金(A357)及工艺的研究可行性研究报告

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
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
1.3 2007 年
助设备：
3 试制费 人员费 原材料动力费 检测费
4 鉴定验收费
0.5 2008.1 2 2008.1 1 2008.1 1 2008.7
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
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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
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。
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。
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、
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
本科
铸造
金师
铸造 洪都集团公司
主 张萌 女 44 教授
博士 金属材 金属材料 南昌大学材料学
料
院
要 万里鹏 男 32 工程师
本科
金属材 料
金属材料
洪都集团公司
参 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
加
丁岩 男 37 实验师
人
员 周潘兵 男 42 副教授
本科 铸造 本科 冶金
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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。
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。
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。
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。
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
铸造 冶金
洪都集团公司
南昌大学材料学 院
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。
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
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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。
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：
性年 姓名
别龄
职务 职称
学 所学 现从事 历 专业 专业
所在单位
负
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
责
甘奎
人Hale Waihona Puke Baidu
教授级高
男
50
级工程 师、总冶
表一.
序 号
设备名称
项目拟购设备清单
规格型号
单位
数 单价 量 (万元)
金额 (万 元)
1 数 显模 块式 温 1200℃
台
2 0.4 0.8
控仪
2 金属模具
非标
件
2 0.25 0.5
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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
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
4
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