中國報告大廳網(wǎng)訊，在航空航天領(lǐng)域快速發(fā)展的當(dāng)下，精密化、整體化、輕質(zhì)化、高性能、低成本及短周期已成為行業(yè)產(chǎn)品的核心發(fā)展方向，鋁合金憑借輕量化、耐高溫、耐腐蝕等優(yōu)異性能，成為該領(lǐng)域首選材料體系之一。鑄造工藝作為液態(tài)成形法，在大型、復(fù)雜、薄壁鋁合金構(gòu)件的成形方面具備不可替代的優(yōu)勢，不僅能通過整體鑄造成形提升產(chǎn)品整體精度和剛度，還能將材料利用率提高至 60%~90%，顯著減少機(jī)械加工量、降低成本并縮短生產(chǎn)周期。目前，國內(nèi)采用鑄造工藝生產(chǎn)的典型高性能鋁合金鑄件，尺寸輪廓范圍涵蓋 400~2500mm，在航空航天領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。本文將圍繞大型鋁合金鑄件生產(chǎn)瓶頸、應(yīng)用現(xiàn)狀、核心技術(shù)及未來展望展開分析，結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)呈現(xiàn) 2025 年鋁合金行業(yè)技術(shù)發(fā)展態(tài)勢。
中小型、簡單回轉(zhuǎn)體類鋁合金鑄件的研制技術(shù)已相對成熟，但其本體力學(xué)性能、內(nèi)部質(zhì)量及尺寸精度控制難度較低。而隨著航空航天技術(shù)的跨越式發(fā)展，輪廓尺寸 2000mm 以上、采用異形薄壁復(fù)雜結(jié)構(gòu)設(shè)計的鋁合金鑄件需求激增，這類鑄件需滿足內(nèi)部質(zhì)量達(dá)到 QJ 3185A-2018 I 類、本體力學(xué)性能達(dá)到 QJ 3185A-2018 II 級以上、尺寸精度不低于 CT8 級的要求，生產(chǎn)控制難度極大。目前國內(nèi)大型鋁合金鑄件多采用砂型反重力鑄造方法，在生產(chǎn)過程中面臨三大核心瓶頸。
尺寸精度控制方面，砂型鑄造大型鑄件尺寸精度僅為 CT10-CT12 級，與 CT8 級要求存在明顯差距。2000mm 左右輪廓尺寸的大型鑄件，其模具制造、鑄型組合、熱處理等關(guān)鍵工序的尺寸累積公差較大;同時，鑄件內(nèi)腔存在凸臺、筋條等復(fù)雜結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致熱節(jié)復(fù)雜，凝固過程中收縮不一致，而當(dāng)前收縮率設(shè)計依賴經(jīng)驗判斷，需多次調(diào)整模具尺寸驗證，仍難以達(dá)到精度要求。
內(nèi)部質(zhì)量控制方面，現(xiàn)有鑄造工藝下大型鋁合金復(fù)雜鑄件內(nèi)部質(zhì)量僅能達(dá)到 QJ 3185A-2018 II 類。復(fù)雜內(nèi)腔結(jié)構(gòu)使得部分區(qū)域薄壁與厚壁壁厚差達(dá) 1:5 以上，熱節(jié)區(qū)域增多;精密成型鑄件內(nèi)腔多為非加工面，部分狹小位置存在加工盲區(qū)，冷卻系統(tǒng)設(shè)計受限，凝固順序調(diào)整困難;此外，Al-Cu 系合金結(jié)晶溫度范圍寬、鑄造性能差，復(fù)雜薄壁結(jié)構(gòu)又限制了鑄造工藝措施的實施，易產(chǎn)生各類鑄造缺陷，進(jìn)一步增加內(nèi)部質(zhì)量控制難度。
本體力學(xué)性能控制方面，部分復(fù)雜薄壁鋁合金鑄件采用 ZL114A 等 Al-Si 系合金以實現(xiàn)良好充填，其本體性能指標(biāo)平均值為抗拉強(qiáng)度 Rm≥300-320MPa、屈服強(qiáng)度 Rp0.2≥240-260MPa、伸長率 A≥3%-6%，但仍無法穩(wěn)定達(dá)到 II 級性能要求(Rm≥320MPa、Rp0.2≥280MPa、A≥4.5%)。ZL114A 合金的變質(zhì)細(xì)化處理及鑄造凝固速率對組織性能影響顯著，而大型復(fù)雜鑄件內(nèi)腔熱節(jié)多、結(jié)構(gòu)限制冷卻系統(tǒng)設(shè)置，導(dǎo)致局部晶粒粗大，薄壁與厚壁區(qū)域力學(xué)性能差異較大;同時，現(xiàn)有 ZL114A 合金元素配比較寬泛，大熔體晶粒細(xì)化工藝不夠成熟，進(jìn)一步加大了力學(xué)性能控制難度。
復(fù)雜薄壁鋁合金精密鑄件的主要鑄造方法包括砂型鑄造和熔模鑄造(陶瓷型、石膏型)，國內(nèi)外在這兩種工藝的應(yīng)用上均取得了顯著成果，推動了鋁合金鑄件在航空航天及軍工領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。
砂型鑄造領(lǐng)域，國外企業(yè)技術(shù)成熟，美國 Hitchcock 公司采用砂型鑄造生產(chǎn)出 635mm×1650mm、質(zhì)量 106kg 的大型優(yōu)質(zhì)鋁合金近凈形鑄件，Wellman 公司則通過低壓鑄造實現(xiàn)該類鑄件批量生產(chǎn)，兩種方法生產(chǎn)的鑄件內(nèi)部質(zhì)量均滿足美軍標(biāo) Mil-21180B 級要求。CFI 公司曾生產(chǎn)出高 1.8288m、底盤直徑 1.905m、質(zhì)量約 566.99kg 的大型鋁合金炮塔鑄件，成為當(dāng)時行業(yè)標(biāo)桿。國內(nèi)方面，中國航天科技集團(tuán)、沈陽鑄造研究所、中國船舶重工集團(tuán)等企業(yè)已具備大型鋁合金鑄件砂型鑄造能力，成功實現(xiàn)輪廓 2500mm 左右鋁合金殼體近凈形鑄造，將壁厚尺寸精度由 GB/T 6414-1999 CT12 級提升至 CT10 級，內(nèi)部質(zhì)量達(dá)到 II 類，本體性能滿足 III 級要求，但砂型鑄造工藝在尺寸精度提升方面仍存在局限。
熔模精密鑄造領(lǐng)域，歐美日等發(fā)達(dá)國家較早開展新工藝、新材料的研發(fā)應(yīng)用，形成了完善的成形理論基礎(chǔ)，利用型殼法可生產(chǎn)尺寸達(dá) 1000mm 的航空航天及軍工用大型薄壁整體結(jié)構(gòu)鋁合金殼體精密鑄件，顯著提升了鑄件服役壽命、整體結(jié)構(gòu)剛度，實現(xiàn)產(chǎn)品輕量化并縮短生產(chǎn)周期。國外在航空航天和軍工裝備領(lǐng)域廣泛采用熔模精密鑄造工藝生產(chǎn)鋁鎂合金產(chǎn)品，如美國戰(zhàn)斧巡航導(dǎo)彈、BAT 導(dǎo)彈的殼體，波音 767 飛機(jī)的發(fā)動機(jī)燃油增壓泵殼體(采用 22 個分體蠟?zāi)＝M合 + 12 個不同型芯 + 石膏型精密鑄造法生產(chǎn) A356 鋁合金整體精鑄件)，以及 F-16、F-18、F-22、F-35 戰(zhàn)斗機(jī)和鷹眼 E-2C 預(yù)警機(jī)的多種零部件。
國內(nèi)熔模精密鑄造技術(shù)隨航空航天事業(yè)發(fā)展快速推進(jìn)，成功試制了光學(xué)儀器罩殼、波導(dǎo)管零件、四維或五維空間尺寸的整體鋁合金開式和閉式葉輪等高技術(shù)難度產(chǎn)品。目前已實現(xiàn)多種鋁合金精密鑄件的穩(wěn)定生產(chǎn)，包括外形尺寸 98mm×160mm、平均壁厚 5mm 的電子殼體鋁合金鑄件，以及 320mm×250mm、平均壁厚 3mm 的蝸殼鋁合金精密鑄件(采用陶瓷型殼制造);西北工業(yè)大學(xué)采用高壓鑄造工藝生產(chǎn)出 2930mm×1250mm×420mm 的 ZL114A 薄壁框架類結(jié)構(gòu)件，通過優(yōu)化澆注系統(tǒng)和工藝參數(shù)解決了大尺寸薄壁鋁合金鑄件充型難題。
需要注意的是，陶瓷型和石膏型熔模精密鑄造雖能獲得較高表面質(zhì)量和尺寸精度的鋁合金鑄件，但型殼或鑄型導(dǎo)熱性差，熱型澆注結(jié)合部分合金寬結(jié)晶間隔的特性，導(dǎo)致鑄件結(jié)晶凝固時間長，易產(chǎn)生氣孔、針孔、疏松、縮孔等缺陷，存在組織致密度和力學(xué)性能較低的問題，單一鑄造方法難以滿足更高性能要求，制約了其在多層復(fù)雜整體結(jié)構(gòu)件、大型整體鋁合金結(jié)構(gòu)件及高性能鋁合金結(jié)構(gòu)件整體鑄造中的應(yīng)用。為此，國內(nèi)開展了復(fù)合鑄型工藝研究，通過熔模鑄造型殼與金屬型或樹脂砂型復(fù)合的方式，成功實現(xiàn)了葉片厚度 1.5mm、流道和葉片無余量設(shè)計的發(fā)動機(jī)鋁合金葉輪鑄件一次性完整成形，以及壁厚 1.2mm 的 GE 某型燃?xì)廨啓C(jī)葉輪鑄件整體成形;針對直徑 390mm、高 440mm、兩側(cè) 26 個散熱片(長 275mm、寬 3mm、間距 6mm)的電子儀表殼體等結(jié)構(gòu)功能一體化復(fù)雜鋁合金精密件，采用樹脂砂型與熔模精密殼型復(fù)合鑄型工藝，既保證了整體成形，又確保了內(nèi)部冶金質(zhì)量。
鋁合金大型復(fù)雜鑄造技術(shù)的發(fā)展離不開材料研發(fā)、熔體處理、熱處理組織調(diào)控及生產(chǎn)裝備等關(guān)鍵領(lǐng)域的技術(shù)突破，這些核心技術(shù)的進(jìn)步直接決定了鋁合金鑄件的性能、質(zhì)量和生產(chǎn)效率。
(一)鋁合金鑄造材料研發(fā)與性能優(yōu)化
目前，大型鋁合金鑄件常用材料主要為 Al-Si 系和 Al-Cu 系合金，同時鋁鋰合金等新型材料的研發(fā)應(yīng)用成為行業(yè)熱點，為鋁合金鑄件高性能化、輕量化提供了重要支撐。
Al-Si 系合金中，ZL114A 是航天裝備高負(fù)荷零件的核心材料，其含鎂量為 0.4%-0.7%，凝固時形成 MgSi 相，通過熱處理實現(xiàn)固溶強(qiáng)化和沉淀強(qiáng)化。國外同類合金 A357(美國軍標(biāo) Al-7Si-0.6Mg)的砂型鑄件本體抗拉強(qiáng)度可達(dá) 360MPa，伸長率大于 6%，而國內(nèi)企業(yè)生產(chǎn)的 ZL114A 合金砂型鑄件(內(nèi)外放置冷鐵)抗拉強(qiáng)度為 320MPa，伸長率 4%，與國外存在一定差距。為提升 ZL114A 合金力學(xué)性能，需從鑄造工藝順序凝固設(shè)計、合金成分優(yōu)化、熔體精煉、變質(zhì)處理及微合金化等多方面開展研究。
Al-Cu 系高強(qiáng)鑄造鋁合金分為高強(qiáng)度和耐熱兩大類，主要包括 ZL201、ZL201A、ZL204A、ZL205A、ZL209A 等國內(nèi)牌號，以及美國 A2010(KO-1)、2060 和俄羅斯 BA10 等國外牌號。其中，ZL205A 合金是目前強(qiáng)度最高的鑄造鋁合金，含有 Cu、Mn、Zr、V、Cd、Ti、B 等 7 種合金化元素，T6 狀態(tài)下抗拉強(qiáng)度達(dá) 490MPa，T5 狀態(tài)下強(qiáng)韌性最佳，伸長率可達(dá) 10%。與國外同類合金相比，ZL205A(T5)抗拉強(qiáng)度≥440MPa、伸長率 7.0%，優(yōu)于俄羅斯 BAJ14(T5：≥400MPa、7.0%)和美國 KO-1(T6：≥420MPa、5.0%)等產(chǎn)品，已被納入部標(biāo)、國標(biāo)，成為軍品及重要民品承力結(jié)構(gòu)材料。但該合金鑄造工藝性差，疏松、偏析等缺陷傾向嚴(yán)重，限制了其在大型復(fù)雜薄壁構(gòu)件中的應(yīng)用，需進(jìn)一步優(yōu)化合金配比、熔體均勻化處理及鑄造工藝。
鋁鋰合金作為新一代輕量化高承載結(jié)構(gòu)材料，具有密度低、比強(qiáng)度和比剛度高的特點，其剛度為傳統(tǒng)輕質(zhì)鎂、鋁合金的 1.3 倍以上，可實現(xiàn)結(jié)構(gòu)減重 10%~20%，能部分替代 2XXX、7XXX 系列鋁合金，在航空航天領(lǐng)域具有重要技術(shù)經(jīng)濟(jì)意義。鑄造鋁鋰合金不存在各向異性問題，Li 含量可更高，密度更低，適用于難以通過變形加工成形的大型復(fù)雜薄壁鑄件。目前國內(nèi)外已研發(fā)多種鑄造鋁鋰合金，如 8090 鋁鋰合金，其化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))為 Li 2.2%~2.7%、Mg 0.6%~1.3%、Cu 1.0%~1.6%、Zr 0.04%~0.16%，其余為 Al 及少量雜質(zhì)，物理及力學(xué)性能表現(xiàn)為密度 2.55~2.56g/cm3、彈性模量 81000N/mm2、熱膨脹系數(shù)(20~100℃)22×10??/℃、熱導(dǎo)率(40℃)0.80W?cm?1?℃?1、電阻 10.4μΩ?cm、抗拉強(qiáng)度 480~550MPa。金屬型鑄造 Al-2Li-2Cu-0.5Mg-0.2Sc-0.2Zr 合金密度 2.7g/cm3、彈性模量 79N/mm2、抗拉強(qiáng)度 480MPa;砂型鑄造該合金密度 2.7g/cm3、彈性模量 79N/mm2、抗拉強(qiáng)度 458MPa、伸長率 4.1%。鑄造 Al-4Cu-2Li 合金(Li 1.26%、Cu 4.62%、Zr 0.17%)的屈服強(qiáng)度 350~491MPa、抗拉強(qiáng)度 443~573MPa、伸長率 12.1%~12.5%，添加 0.275% Cd 后，屈服強(qiáng)度提升至 469~560MPa，抗拉強(qiáng)度達(dá) 545~616MPa，伸長率為 7.2%~12.6%。
但鋁鋰合金制備面臨諸多挑戰(zhàn)，Li 元素活潑，大氣環(huán)境下熔煉易氧化、偏析產(chǎn)生夾渣，真空條件下易揮發(fā)導(dǎo)致含量不準(zhǔn)，且 Li、Mg 等元素會增大合金熔體與鑄型界面作用，增加粘砂、氧化、裂紋等缺陷風(fēng)險。目前工業(yè)化生產(chǎn)多采用真空熔煉、高純惰性氣體保護(hù)法、快速凝固法、粉末冶金法等，通過縮短凝固時間、降低反應(yīng)溫度減少 Li 氧化物產(chǎn)生;熔煉坩堝及爐底材料避免使用 Al?O?、SiO?等易與 Li 反應(yīng)的物質(zhì)，減少熔體接觸面積。近年來，“低真空熔煉 + 旋轉(zhuǎn)除氣精煉” 相結(jié)合的新技術(shù)有效彌補(bǔ)了非真空條件下除氣效果差、時間長的缺點，避免了鋁鋰合金燒損;外場輔助技術(shù)(超聲波、電磁波)的應(yīng)用則顯著細(xì)化了晶粒，改善了成分偏析。
(二)鋁合金熔體處理工藝技術(shù)創(chuàng)新
大型復(fù)雜鋁合金鑄件熔煉量大、處理時間長，熔體質(zhì)量直接決定鑄件性能，熔體處理工藝主要包括凈化、孕育處理和均勻化三大核心環(huán)節(jié)，各環(huán)節(jié)技術(shù)的創(chuàng)新優(yōu)化對提升鋁合金鑄件質(zhì)量至關(guān)重要。
熔體凈化方面，主要分為吸附凈化(化學(xué)方法)和非吸附凈化(物理方法)，旨在去除熔體中的氣體、夾雜物及金屬雜質(zhì)，減少鑄件縮松、縮孔、裂紋、氣孔等缺陷。吸附凈化中，旋轉(zhuǎn)噴吹熔劑法應(yīng)用廣泛，通過旋轉(zhuǎn)噴吹除氣與熔劑添加相結(jié)合實現(xiàn)除氣除雜;旋轉(zhuǎn)脈沖噴吹除氣新工藝采用脈沖進(jìn)氣方式，可產(chǎn)生微米級氣泡，提升凈化效果;鋁合金熔體旋轉(zhuǎn)噴吹除氣凈化設(shè)備通過在轉(zhuǎn)桿內(nèi)部安裝進(jìn)氣管道降低溫度，避免熔劑高溫軟化堵塞噴頭，配套的鋁合金熔體覆蓋保護(hù)和化學(xué)凈化原理，利用可析出凈化原子的熔劑，擺脫了分子除氫中氣泡大小對除氫效率的影響。非吸附凈化領(lǐng)域，超聲處理利用空化作用促使氣泡聚集析出，高頻交變磁場凈化技術(shù)表現(xiàn)突出，可使 6μm Al?O?夾雜物分離率超過 95%，且方形分離器通道分離效率高于圓形;連續(xù)交流磁場凈化工藝在電流密度 400A/cm2 時，10s 內(nèi)即可除去 95% 的夾雜物。目前，鋁熔體凈化技術(shù)可將夾雜物控制在微米級，但氫含量僅能達(dá)到 0.1mL/100gAl，仍是制約鋁合金性能提升的關(guān)鍵因素。
熔體孕育處理包括晶粒細(xì)化和變質(zhì)處理，對改善鋁合金組織、提高綜合性能具有重要作用。晶粒細(xì)化劑以 Al-Ti-B 或 Al-Ti-C 中間合金應(yīng)用最廣，研究表明，向 A357 合金中添加 1.5% 的 Al-5Ti-1B 或 Al-3Ti-3B 中間合金時細(xì)化效果最佳，且 Al-3Ti-3B 中間合金細(xì)化效果優(yōu)于 Al-5Ti-1B。變質(zhì)處理方面，Al-Si 系合金中粗大共晶硅相呈樹枝狀，會割裂 α-Al 基體，Sr 變質(zhì)可有效細(xì)化共晶硅，提升合金力學(xué)性能;在 Al-Cu 系合金中添加 Yb、Ce、Er、La、Pr 等稀土元素，能提高析出相穩(wěn)定性并形成析出強(qiáng)化相，增強(qiáng)合金室溫和高溫性能。
熔體均勻化方面，Al-Cu 系合金合金化程度高、凝固區(qū)間寬、偏析嚴(yán)重，熔體處理不均勻易導(dǎo)致鑄件出現(xiàn)熱裂、縮松、縮孔等缺陷。目前大型鋁合金鑄件熔體均勻化主要依賴人工攪拌，為實現(xiàn)機(jī)械自動化，相關(guān)研究取得積極進(jìn)展：脈沖超聲工藝對 ZL205A 合金微觀組織和偏析現(xiàn)象改善顯著，最佳工藝參數(shù)為脈沖超聲功率 1200W、施振時間 120s、頻率 1.67kHz，可通過改變 Cu 元素分布曲線和溶質(zhì)再分配行為改善微觀偏析;行波磁場的應(yīng)用能使 ZL205A 合金中 Cu 元素分布更均勻，細(xì)化顆粒相遷移并均勻分布，提高試樣上部形核率、減小晶粒尺寸;相比單一超聲場，超聲和壓力耦合方法可促使熔體形成均勻溫度場，消除鑄錠內(nèi)部晶粒細(xì)化差異，使微觀組織分布更均勻。
當(dāng)前，熔體處理技術(shù)多數(shù)仍處于試驗階段或僅應(yīng)用于小型鋁合金鑄件，且研究因素較為單一。對于大型鋁合金復(fù)雜鑄件，熔體量大、處理時間長、各因素相互影響，現(xiàn)有技術(shù)難以滿足工程應(yīng)用對熔體質(zhì)量的要求，尤其在航空航天領(lǐng)域，需深入研究各因素交互作用機(jī)理，不斷提升熔體質(zhì)量及鑄件本體性能。
(三)鋁合金熱處理與組織調(diào)控技術(shù)發(fā)展
熱處理通過固溶強(qiáng)化和析出強(qiáng)化的雙重作用，顯著提升鋁合金鑄件性能，合理選擇熱處理參數(shù)及工藝對優(yōu)化鋁合金微觀組織、發(fā)揮材料潛力至關(guān)重要。
固溶處理方面，不同鋁合金的適宜固溶參數(shù)存在差異。對 ZL114A 合金進(jìn)行熱處理時，固溶溫度達(dá)到 550℃會導(dǎo)致晶粒粗大、出現(xiàn)過燒現(xiàn)象，最合適的熱處理工藝參數(shù)為 535℃/12h+155℃/6h;Al-Cu-Mn 系鑄造鋁合金在 550℃×10h(固溶)+170℃×5h(時效)工藝下性能最佳。多級固溶方式相比單級固溶，能使第二相粒子更充分地溶入基體，提升固溶效果;新型高溫固溶強(qiáng)化制度通過在臨界過燒溫度下進(jìn)行短時高溫固溶處理，有效解決了高含量合金在常規(guī)固溶制度下第二相粒子固溶不充分的問題，結(jié)合不同時效溫度下合金析出相的種類和形貌分布分析，可為不同服役條件下的熱處理工藝選擇提供理論支撐。
時效工藝是改善鋁合金微觀組織、提高性能的關(guān)鍵，目前行業(yè)內(nèi)工程生產(chǎn)多采用單級時效，但鑄造鋁合金成分復(fù)雜，單一時效處理難以充分發(fā)揮高強(qiáng)韌鑄造鋁合金的優(yōu)勢。雙級時效、回歸再時效、雙峰時效等工藝成為研究熱點，有望通過進(jìn)一步研究實現(xiàn)工程應(yīng)用，為鋁合金鑄件性能提升開辟新路徑。
(四)鋁合金大型復(fù)雜鑄件生產(chǎn)裝備升級迭代
目前，大型復(fù)雜鋁合金鑄件(砂型鑄造或熔模精密鑄造)均采用反重力澆注成形，主要包括低壓鑄造、真空吸鑄和差壓(正壓或負(fù)壓)鑄造。反重力鑄造裝置通常由上罐體、下罐體、中隔板、保溫爐和升液管等組成，鑄型置于上罐內(nèi)，金屬保溫爐位于下罐內(nèi)，可實現(xiàn)多種鑄造方式，國內(nèi)外相關(guān)裝備技術(shù)相對成熟，基本滿足高質(zhì)量鑄件生產(chǎn)需求。
在鑄型生產(chǎn)方面，產(chǎn)品研制階段可采用 3D 打印砂型或蠟?zāi)５姆椒?，現(xiàn)有 3D 打印裝備技術(shù)成熟。但航空航天領(lǐng)域的鋁合金鑄件質(zhì)量要求高、鑄造工藝設(shè)計復(fù)雜，且多為單件小批量生產(chǎn)，市場中成熟的鑄型批生產(chǎn)自動化裝備難以適配，人工操作介入較多，增加了批生產(chǎn)過程質(zhì)量控制難度。由于生產(chǎn)工藝及產(chǎn)品種類差異較大，企業(yè)需根據(jù)自身特點針對性開發(fā)非標(biāo)自動化裝備，但受產(chǎn)品種類繁多影響，實現(xiàn)完全自動化難度較高。此外，航空航天鑄造企業(yè)普遍存在生產(chǎn)過程質(zhì)量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集不足的問題，不僅影響生產(chǎn)質(zhì)量穩(wěn)定性，也限制了大型復(fù)雜鋁合金鑄件性能的進(jìn)一步提升。
鋁合金材料正朝著高綜合性能、低密度、大規(guī)格、高均勻性和材料 / 結(jié)構(gòu)一體化方向發(fā)展，為航空航天和高端裝備高性能制造提供重要支撐。大型高強(qiáng)韌復(fù)雜鋁合金鑄件是現(xiàn)代航空、航天輕量化發(fā)展的基礎(chǔ)裝備需求，高強(qiáng)韌鋁合金材料也是未來科學(xué)與工程研究的熱點領(lǐng)域。
未來，鋁合金大型復(fù)雜鑄造技術(shù)將圍繞以下方向突破：一是突破鋁合金復(fù)合鑄型內(nèi)部質(zhì)量調(diào)控技術(shù)、大型復(fù)雜構(gòu)件尺寸穩(wěn)定化控制技術(shù)，解決單一鑄型在尺寸精度、力學(xué)性能及內(nèi)部質(zhì)量方面難以綜合兼顧的難題，滿足不斷提高的鑄件性能要求;二是重視鋁合金新材料開發(fā)應(yīng)用，以鋁鋰合金、高強(qiáng)耐熱鋁合金等為核心，為鑄件輕量化、高強(qiáng)化、耐熱化提供材料支撐，同時深入研究熔體處理各關(guān)鍵因素交互作用機(jī)理及鑄件凝固過程中溫度場、流動場對合金組織和缺陷的影響，建立高質(zhì)量鑄件制造準(zhǔn)則;三是探索新型熱處理工藝及強(qiáng)化機(jī)理，如多級高固溶溫度處理 + 多級時效處理、重固溶 + 多級時效處理、強(qiáng)變形誘導(dǎo)析出相回歸后再時效等，提高合金基體高過飽和固溶度和沉淀相體積分?jǐn)?shù)，進(jìn)一步提升鑄件力學(xué)性能上限;四是加大自動化裝備設(shè)計開發(fā)力度，結(jié)合企業(yè)自身特點優(yōu)化生產(chǎn)工藝，適應(yīng)裝備自動化升級需求，同時重視鑄造工藝及質(zhì)量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集，為鑄件性能提升和質(zhì)量可靠性改善提供支撐。
中國報告大廳《2025-2030年中國鋁合金行業(yè)市場調(diào)查研究及投資前景分析報告》指出，總結(jié)來看，鋁合金作為航空航天領(lǐng)域的核心材料，其大型復(fù)雜鑄件的制造技術(shù)水平直接關(guān)系到高端裝備的性能提升。當(dāng)前，鋁合金大型復(fù)雜鑄件在生產(chǎn)中面臨尺寸精度、內(nèi)部質(zhì)量、本體力學(xué)性能三大核心瓶頸，國內(nèi)外通過砂型鑄造和熔模鑄造工藝的創(chuàng)新應(yīng)用，已實現(xiàn)多種規(guī)格、不同性能要求的鋁合金鑄件量產(chǎn)，但仍存在技術(shù)優(yōu)化空間。在材料研發(fā)、熔體處理、熱處理組織調(diào)控及生產(chǎn)裝備等核心技術(shù)領(lǐng)域，一系列創(chuàng)新成果為鋁合金鑄件質(zhì)量提升提供了有力支撐，而鋁鋰合金等新型材料的研發(fā)和應(yīng)用則為行業(yè)發(fā)展注入新動力。未來，隨著復(fù)合鑄型技術(shù)、新型熱處理工藝、自動化裝備及數(shù)據(jù)采集技術(shù)的不斷突破，鋁合金大型復(fù)雜鑄造技術(shù)將朝著更高精度、更優(yōu)性能、更高效生產(chǎn)的方向發(fā)展，為航空航天及高端裝備制造業(yè)的持續(xù)進(jìn)步提供堅實保障。
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