高强高伸长率高耐热铸造铝合金研发
为满足国际社会对燃油效率提升和严控温室气体排放的迫切要求，航空领域和汽车领域都在大力推进“用材轻量化”。作为节能减排的有效措施之一，研发轻质高强高耐热的结构材料已成为全球材料制造业的重要目标。其中，铸造Al-Si合金具有密度低、流动性好、热膨胀系数低、强度高、耐磨、耐腐蚀等优点，已在汽车零部件中大规模使用，有效地降低了汽车自身重量，提高了燃油经济性并减少了有害气体排放。然而，目前市场上的铸造Al-Si合金使用温度较低，在对耐热性要求较高的航空领域应用较少。
铸造Al-Si合金承温能力差主要表现在高温条件下强度不足。大多数的铸造Al-Si合金（A356、A319等）在250℃时抗拉强度不足100MPa。尽管一些传统的铸造耐热铝合金（Al-Si-Cu-Mg-Ni系）在300℃仍可保留较高的强度，但中低温区间的低伸长率和较差的流动性限制了它们在复杂结构件方面的应用，目前仅用于生产汽车发动机缸盖或活塞等部件。由此可见，研制具有高强高伸长率高耐热的铸造铝合金对于提升现有铸造耐热铝合金承温能力，拓宽铸造Al-Si合金应用范围至关重要。
本项目研发的高强高伸长率高耐热的铸造铝合金是基于国家要求全部实行国6B级标准以及“双碳”目标，而现有耐热铝合金产品无法满足客户需求的背景下亟需开发的材料。特别是在300-350℃工作条件下，急需突破耐热铝合金力学性能进一步提升的技术瓶颈。该产品将解决部分汽车发动机零部件企业被迫用钢铁材料作为临时替代材料的困境。在航空领域，该产品也有望在280-400℃区间替代钛合金制造航空发动机低压压气机叶片。使用密度约为2.68 kg/m3的铝合金叶片替代现役的密度约为4.6kg/m3钛合金叶片（TC/Ti6Al4V）可以实现航空发动机减重，提高飞机的燃油效率。
综上所述，该产品的研发可以为制造业带来巨大的经济价值，给国家带来巨大的社会效益，对于产业和经济社会发展具有重大意义。
高强高伸长率高耐热铸造铝合金的力学性能主要依赖于合金中组成相的种类及分布形态。铝合金中常见的强化相（Al2Cu、Mg2Si、Al5Mg8Si6CuMg等）在温度达到250℃及以上时会出现粗化，强化效果显著下降；在合金承受外加载荷时，粗大的金属间化合物相往往是裂纹的主要来源，导致合金脆断。揭榜方需协助我单位明确合金中组成相的种类及其高温变形机理，微量合金元素对组成相种类及形貌的影响机制，实现微观组织调控和力学性能提升。此外，由于铝合金对温度的敏感性，针对不同的服役温度，初始组织的特征及其在合金高温变形过程中的作用也需明确。
目前，本单位主要采用重力铸造的方法制备Al-Si系合金，并对合金系统地开展了显微组织、室温高温性能及高温疲劳性能研究。试制车间熔炼的Al-Si-(Cu、Mg、Mn、Ti等)合金实际化学成分由OBLF直读光谱仪测量并严格控制。在熔炼的过程中添加了适量的Al-Sr和Al-Ti-B，对Al-Si合金起到变质和细化作用。合金成分调节完成之后，对熔融态的铝合金熔液进行精炼、除气和静置处理再进行浇注。
浇注完成的合金棒经过机加工之后进行T6 热处理工艺，即固溶+人工时效的热处理方式。根据客户提供的参考，采用了双级固溶处理+双级时效。对热处理后的力学试棒及试片在万能试验机上进行不同温度下的拉伸试验（室温、150℃、250℃、300℃、350℃）；室温及高温疲劳试验是在H7型旋转弯曲疲劳试验机上进行。以上熔炼及性能检测设备均为本单位拥有的试验设备。目前室温、150℃、250℃时材料性能已经能满足指标，但是通过现有研究手段并未使材料性能在300℃以上达到预计指标，并且该指标也是行业难题，希望同高水平的研究机构合作攻克难关。目前本单位可以达到的性能指标如下：
产品一
温度 性能
抗拉强度
伸长率
疲劳强度
室温
≥300MPa
≥1%
≥100MPa
150℃
≥250MPa
≥85MPa
250℃
≥180MPa
≥2%
≥50MPa
350℃
≥3%
≥40MPa
425℃
≥4%
≥20MPa
产品二
≥350MPa
≥5%
本项目需要完成两款高耐热铝合金产品，均需采用Al-Si（Si含量>6%）合金，产品在热处理后不同工作温度下需要达到的力学性能指标如下：
产品一性能指标：
≥110MPa
≥260MPa
≥1.5%
≥90MPa
≥200MPa
≥55MPa
≥120MPa
≥4.5%
≥45MPa
≥70MPa
产品二性能指标：
屈服强度
≥420MPa
≥320MPa
≥220MPa
≥6%
300℃
≥8%
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