1、国家标准耐热高强韧铸造铝合金锭编制说明 GB/T XXXX耐热高强韧铸造铝合金锭（送审稿）编制说明1工作简况1.1 任务来源随着我国铝工业发展从“量”为主进入到“质”为主的新阶段，资源、能源、环境和高技术产品开发等一系列新问题逐渐成为制约产业发展的瓶颈。努力走可持续发展的道路，依靠科技进步去克服铝工业可持续发展道路上的种种障碍，用高新技术改造传统产业已经成为铝工业可持续发展的关键。为此，2007年国家下达了 “新型高强度铸造铝合金材料研发及产业化” 科技支撑计划项目。贵州华科铝材料工程技术研究有限公司与贵州铝厂、贵州大学、贵州科学院、四川大学等在承担该项目实施过程中，自主研发了具有优异的铸造性
2、能和综合机械性能的系列新材料，目前已在全国有色金属标准化技术委员会注册211Z.X系列牌号5个，申请国家专利200多个，并在美、欧、日、加拿大申请国际专利11个。该系列新材料采用普通合金化元素为原料，生产成本较目前所有高强度铝合金有显著降低，而综合机械性能又处于国际领先水平，具有“四高三好”特征(高强、高韧、高硬、高温或耐热，成形性好、加工性好、循环性好)，集成了传统高强、高韧、高温铝合金的全部优点，因此特别适合于“十二五”乃至更长时期内支撑中国铝工业的创新发展、跨越发展和科学发展。通过新材料小批量在中国科学院国家天文台、航空航天企业(中航重机力源公司、中国航天科工集团061基地、上海航天局第
3、800所、贵州振华集团等)和世界500强中电力设备、通信设备、车轮制造等企业的30多次熔铸、成形、加工试验，成功制作了飞机核心铸件、重型机械和特殊车辆强力液压件、航天器复杂结构薄壁舱体及连接环件、大型空间桁架结构用连接铸球、雷达承载及转向用大型轴承环套、高强度保护套件、扣件、工程车轮毂，以及模具加工用厚板和精准机械加工用大型超平板等多种产品，反映出材料具有良好的铸造性能和铸造工艺适应性、重熔稳定性、易加工性和表面处理性能。贵州省于2011年9月向国家标准化技术委员会提出了该系列新材料之一211Z.1铸造铝合金锭国家标准的制定计划，得到国标委及有色标委会高度重视和大力支持，2011年12月国家标
4、准化技术委员会下达了耐热高强韧铸造铝合金锭国家标准制定计划（国标委综合【2011】82号），任务完成时间为2012年。计划下达后，贵州省高度重视，迅速成立了以贵州华科铝材料工程技术研究有限公司、贵州省理化测试分析研究中心、贵州省标准化院为负责起草单位的编制小组。1.2 起草单位简介贵州华科铝材料工程技术研究有限公司是在贵州省委、省政府指导下，由贵州省高性能铝合金核心创新团队与贵州铝厂、贵州大学、贵州科学院“三家四方”为原始股东发起成立的、集政产学研于一体的高技术公司。主营业务为研发、生产、销售高性能铝合金材料及制品等高新技术产品。公司成功研发了独占性、原创性211Z“耐热高强韧铝合金”系列新材
5、料，为“以铝代钢、以铸代锻”的技术升级开辟了广阔前景。公司现拥有5个铝合金新牌号，近300件专利技术，“Be-RE耐热高强韧铝合金(211Z.1)材料及制品”是国家重点新产品。公司现聘有技术总顾问中国科学院、工程院院士各1名，工程技术人员62人，博士15名，硕士12名；拥有2000M2实验楼和4000M2中试厂房，各类研发、试验、生产设备100多台(套)。正在建设的年产2万吨耐热高强韧铝合金加工制品生产线，占地面积3万多平米，投产后将向市场提供国际领先水平的大型超平板和高端铸件，实现替代进口和引领产品技术升级。1.3 主要工作过程及内容2011年10月至2012年3月，编制小组认真收集、整理、
6、分析、研究国内、外相关技术资料及相关标准，确定标准的主要技术内容，采集产品样品，分别在北京有色金属研究总院、郑州轻金属研究院、贵州省冶金有色金属产品质量监督检验站、贵州省航天风华精密设备有限公司等进行产品性能测试，获得了大量的试验数据。最后，在综合分析、研究相关资料及数据的基础上，编制小组对技术要素、性能指标等进行了确定，完成了标准征求意见稿。2012年3月20日编制组发函58家相关单位，同时由有色标委会在有色标准信息网上挂网广泛征求意见， 3月27至30日由有色标委会在杭州市萧山主持召开了标准的讨论会，来自25家单位的49名与会代表对标准的征求意见稿进行了认真地讨论，编制组根据讨论会上各代表
7、提出的意见和建议及相关单位的反馈意见，完成了标准预审稿。2012年6月26至29日在辽宁沈阳凯莱酒店有色标委会组织来自16 家单位的27 名代表对标准的预审稿逐条进行了讨论，提出了宝贵意见，撰写了会议纪要，形成了标准的送审稿。2标准制定原则 本标准在制定时主要遵循以下原则：1）积极采标、2）满足用户、3）国际先进、4）创新发展。3确定标准主要技术内容的论据由于211Z.1铝合金为新材料，目前国内、外均无标准，根据该材料的性能特点及用途，在本标准的制定中我们查阅的国内、外相关标准有：国家标准GB/T 8733-2007铸造铝合金锭、GB/T 1173-1995铸造铝合金、航空行业标准HB 962
8、-2001铸造铝合金、ASTM B179-2011铸造用铝合金原锭及熔融锭在各铸造过程的标准技术规范及下游产品铸件中的欧盟标准BS EN 1706：2010铝及铝合金铸件化学成分和机械性能、ASTM B618/B618M：2010铝合金铸造铸件标准规范、BS EN 1559-1：2011铸造交货技术条件第1部分：一般条件、BS EN1559-4:1999铸造交货技术条件第4部分：铝合金铸件的补充要求、ASTM B686/B686M：2010高强度铝合金铸件的标准规范、ASTM B108/B108M：2008铝合金永久模铸件的标准规范、ASTM B917/B917M：2009铸造铝合金热处理工艺
9、标准规范。3.1力学性能检验用试样的确定从国内、外相关标准（GB/T 1173-1995铸造铝合金、航空行业标准HB 962-2001铸造铝合金、BS EN 1559-1：2011铸造交货技术条件第1部分：一般条件）可知：铸造铝合金均采用单铸试样棒测定合金的力学性能。因此在本标准中力学性能检验用试样同样采用单铸试样棒。在GB/T 4338金属材料 高温拉伸试验方法7.1.2中规定“在其夹持端和平行长度之间应有过渡弧连接，过渡半径的尺寸很重要，建议在产品标准中规定”。因此在本标准中对合金力学性能检验用试样的形状和尺寸进行了规定：试样直径为12 mm0.25mm，加工前和加工后试样的形状和尺寸应符
10、合图1、图2的要求。 3.2 力学性能指标体系的确定在国家标准GB/T 8733-2007铸造铝合金锭中3.6.2规定:“铸锭显微组织、机械性能要求由供需双方具体商定。”而航空行业标准HB 962-2001铸造铝合金、GB/T 1173-1995铸造铝合金中规定的合金的力学性能指标均为：抗拉强度、断后伸长率、布氏硬度；而在下游产品标准中，则增加屈服强度这一指标，如：欧盟标准BS EN 1706：2010铝及铝合金铸件化学成分和机械性能中，力学性能指标采用抗拉强度、屈服强度、断后伸长率、布氏硬度来表征，在ASTM B618/B618M：2010铝合金铸造铸件标准规范中亦然；在ASTM B686/
11、B686M：2010高强度铝合金铸件的标准规范中采用抗拉强度、屈服强度、断后伸长率来表示。结合211Z.1材料具有的高强、高韧、耐热等特点，确定本标准的力学性能指标为：室温抗拉强度和断后伸长率、高温抗拉强度和断后伸长率、硬度、冲击韧性。现国内文献Al-Cu系铸造铝合金其高温力学性能值用100oC、150oC、200oC、250oC或300oC下的抗拉强度和断后伸长率来表征，强度较高的ZL205A合金，其高温性能值为250oC、300oC下抗拉强度、断后伸长率，本标准中211Z.1材料高温性能用极限使用温度350oC下的抗拉强度和断后伸长率来表征。众所周知，对于各种合金而言，铸造方式不同、材料热
12、处理状态不同，合金表现出来的力学性能就迥然不同。在一个标准中，不可能把所有的铸造方式、热处理状态对应的力学性能一一列出。GB/T 1173-1995铸造铝合金中规定：“每炉合金不论其浇注何种铸型铸件，都允许用砂型单铸试样检验力学性能”，航空行业标准HB 962-2001铸造铝合金规定：“各种铸造方法均允许用砂型或金属型铸造试样测定力学性能，并按砂型或金属型试样的相应指标验收。”在本标准中，列出了最具代表性的金属型铸造方式下，T5、T6两个热处理状态的力学性能，同时在表注中规定：“对于不同的铸造方法和材料状态，其力学性能由供需双方协商确定。”这在欧盟标准BS EN 1706：2010铝及铝合金铸
13、件化学成分和机械性能中亦有相同规定：“对于各种合金来说，其所规定的机械性能，都是针对某种常用的铸造方式和材料状态而言的，对于另种铸造方式和材料状态，机械性能由买卖双方商定”。3.3 力学性能指标的确定3.3.1 表1为贵州省冶金有色金属产品质量监督检验站(以下简称贵州质检)、北京有色金属研究总院、郑州轻研院测试的单铸试样棒T5、T6状态的室温拉伸数据。表1 T5、T6状态的室温拉伸数据样品数批次试验单位T5T6Rm MPaA %Rm MPaA %11#贵州质检4809.05102.0246014.05252.5345512.55203.0444511.54103.054809.05052.56
14、北京有色45512.05303.0746511.54802.0845514.54852.0946517.05052.51045513.55102.511郑州有色4306.54702.5124807.54952.51346510.54952.51447012.05303.51545012.04901.5162#贵州质检4559.04955.0174609.55105.0184559.04952.51945012.54552.0204509.54902.521北京有色4806.05104.0224808.54752.5234507.05103.5244655.55003.02547012.0505
15、3.526郑州有色48510.54853.0274508.05054.0284358.04852.0294557.05105.53049013.05154.0313#贵州质检45016.04653.53244510.04952.5334508.04902.03443010.04902.0354209.54802.536北京有色45510.55153.53747013.05154.53845011.55153.53946517.05153.04045512.55052.5413#郑州有色46513.55054.54247012.05003.54344014.05103.54445014.0500
16、2.04546515.05203.5464#贵州质检4709.55103.0474758.54752.5484609.04951.5494508.04902.55046511.55003.051北京有色4757.05003.0524608.04652.5534808.05103.55444012.04853.05547514.05002.556郑州有色4456.04952.5574553.54852.0584657.05002.5594704.05002.5604755.55154.0615#贵州质检4659.05153.0624408.05104.06345513.05203.0644651
17、0.55153.0654609.05052.566北京有色4507.55404.06746510.05353.5684608.55304.0694257.05254.07046513.05052.571郑州有色46012.05004.0724508.05152.0734407.05102.0744758.55152.57548012.05254.0数据分析450 MPa：84%8：80%490MPa：83%2.5：83%3.3.2 表2为北京有色金属研究总院、贵州省冶金有色金属产品质量监督检验站(以下简称贵州质检)、贵州省航天风华精密设备有限公司（简称航天风华）测试的单铸试样棒T5、T6状态下
18、350高温拉伸数据。表2 T5 、T6状态 350高温拉伸数据样品数批次试验单位T5T6Rm MPaA%Rm MPaA %11#北京有色1669.01307.5213913.01294.0314210.51355.04贵州质检1608.71377.251548.81557.961476.01648.071589.31627.581705.21468.09航天风华1307.51529.0101237.01295.51112215.01306.01212111.51316.5131226.01386.0142#北京有色1488.51425.01515112.01345.01614313.51356
19、.517贵州质检1477.21487.1181655.81416.4191535.91375.5201416.41235.7211294.61586.822航天风华1388.51296.0231398.51358.0241459.51426.02513911.01349.52614510.51297.5273#北京有色13822.51256.02813810.51415.0291399.01277.530贵州质检1568.31456.6311508.11507.1321455.91395.1331229.01326.3341686.21265.935航天风华1225.51286.5361199
20、.51276.5371305.01296.0381236.51315.0391216.51385.0404#北京有色1558.01398.04115715.01547.04216314.01424.043贵州质检1416.91538.3441275.81426.0451556.11317.3461436.51406.9471256.01395.448航天风华1305.01453.5491328.51506.0501305.01554.5511399.51402.55213810.01506.5535#北京有色13810.01499.5541338.51366.05513410.014613.5
21、56贵州质检1608.21466.3571548.71556.9581475.31285.8591569.01377.3601696.41446.561航天风华1486.51419.5621328.013812.0631307.01429.56413011.014013.0651306.51398.0数据分析130MPa：占826： 占91130MPa：占806：占803.3.3 表3为贵州省冶金有色金属产品质量监督检验站、北京有色院、郑州轻研院测试的单铸试样棒T5、T6状态的布氏硬度数据。表3 T5 、T6状态的布氏硬度数据样品数批次试验单位T5 布氏硬度（HBW）T6 布氏硬度（HBW）1
22、1#贵州质检1351492北京有色1381513郑州有色13315342#贵州质检1371495北京有色1411566郑州有色14314273#贵州质检991498北京有色1351589郑州有色98153104#贵州质检13214611北京有色14615812郑州有色125146135#贵州质检13315314北京有色14215515郑州有色125137数据分析T5125：87T6140：93.333.3.4 表4为贵州省冶金有色金属产品质量监督检验站、贵州省航天风华精密设备有限公司测试的单铸试样棒T5、T6状态的冲击吸收能量数据。表4 T5 、T6状态的冲击吸收能量数据样品数批次试验单位T5
23、状态的冲击吸收能量KU2（J）T6状态的冲击吸收能量数据KU2（J）11#贵州质检6.53.127.43.334.73.047.03.557.13.066.82.17航天风华5.43.086.53.597.12.1107.83.0116.53.6128.03.2数据分析T56.5J：83T63.0J：833.3.5 国内相关标准中铸造铝铜合金的力学性能要求如表5所示。表5国内相关标准中铸造铝铜合金的力学性能国内标准合金牌号铸造方法状态抗拉强度RmMPa,断后伸长率A%，布氏硬度HBS，HB 962-2001铸造铝合金ZL201SRSRT4T5290330847090ZL201ASRT53908
24、100ZL203SJSJT4T4T5T5200210220230663360607070ZL204AST64404100ZL205ASSRST5T6T6T74404904704707332100120120110ZL206SSST5T6T82503002402119010080ZL207SJT1T1170180-7575ZL208ST72201-GB/T 1173-1995铸造铝合金ZL201S、J、R、KS、J、R、KST4T5T7295335315842709080ZL201AS、J、R、KT53908100ZL203S、R、KJS、R、KJT4T4T5T5195205215225663360607070ZL204AST54404100ZL205ASSST5T6T7440470460732100120110ZL207SJT1T1165175-75753.3.6 表6为国外相关标准中铝铜铸造合金铸件的力学性能。表6 国外相关标准中铝铜铸造合金铸件的力学性能国外标准合金牌号状态抗拉强度RmMPa,断后伸长率A%，ASTM B686/B686M:2011高强度铝合金铸件标准规范A201.0（该标准对硬度无要求）4155铸件指定区域4153铸件非指定区
