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面向航空航天、国防、汽车工业的高效吸能合金

面向航空航天、国防、汽车工业的高效吸能合金


  • 应用领域: 装备制造,航空航天
  • 技术领域: 先进制造技术,新材料及其应用
  • 技术成熟度: 可以量产
  • 交易类型: 技术入股
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  • 成果详情
l 技术基础: (1)在探月工程二期研制任务的牵引下,单位从2006年即开始从事高效吸能合金的探索,从材料设计、组织调控与性能优化到工艺设计、过程控制与质量保障等方面进行了全面系统的研究,获得了一系列与各过程相关的自主知识产权。与国内外同类研究相比,我们在研究的全面性、复杂性和创新性等方面具有一定特色,所研制的CE型号着陆器缓冲拉杆材料抗拉强度、延伸率达及断面收缩率达到或超过相关航天技术指标,缓冲吸能本领及吸能效率达到国际先进水平,为嫦娥三号探测器圆满实现月面软着陆做出了重要贡献。 (2)在探月研制任务基础上,通过工艺设计、组织调控实现了:屈服强度在250~1340MPa、抗拉强度在530~1360MPa、断后延伸率在7~110%、强塑积在10~60GPa%等宽广范围内可调的合金体系,可满足不同的用户需求。 l 市场分析: 钢铁工业作为国民经济发展基础,是国家经济水平与综合国力的重要标志, 其发展直接影响着与之相关的国防工业、建筑业、精密机械、造船、航空航天、 家电以及汽车等行业。 以现代汽车工业为例,为适应新形势下汽车节能、环保、安全、舒适的发展要求,轻质且具有优异吸能性能的新型高强合金钢亟待开发。近年来新开发的含15-30%Mn、2-4%Si和2-4%Al的高锰钢(TWIP钢)显示出极高的延伸率(60-95%)和中等的抗拉强度(600-1100MPa),强塑积高达50GPa%,其优异的力学性能来自于形变过程中的孪生诱发塑性效应,即TWIP效应。研究发现,TWIP钢不仅具有高强度、塑性,还有高的应变硬化率,优良的韧性和加工成型性以及无低温韧脆转变温度等特性,在航空航天、国防、汽车工业等领域具有巨大应用前景。 为加速TWIP钢产业化进程,国内外知名钢企和研究机构在TWIP钢成分设计、处理工艺、微观机理等方面均开展了广泛研究。其中国外较有代表性的是德国马普 Eisenforschung 研究所、日本国立材料研究所、 日本京都大学、澳大利亚迪肯大学。此外,Arcelor公司和Thyssen Krupp Stah(TKS)公司合作研制了X-IP FeMnl000型TWIP钢,并被应用在汽车B型门柱上以提高其侧面受冲击时的安全性;韩国浦项制铁2007-2008年在世界知识产权组织(WIPO)申请了TWIP钢一系列的专利技术。国内的主要有上海交通大学、北京科技大学、东北大学等高校、中科院固体物理研究所以及宝钢、鞍钢等大型钢企。但是,因起步较晚,相关研究主要侧重于微观组织与力学性能的内在联系、塑性变形的微观机制等基础性问题,产业化开发工作亟待推进。 2006年,在探月工程二期着陆缓冲材料研制任务的牵引下,中科院合肥物质科学研究院固体物理研究所开始从事TWIP钢的研究与开发,从材料设计、组织调控、工艺设计、过程控制与质量保障等方面进行了全面系统的研究,获得了一系列与各过程相关的自主知识产权。与国内外同类研究相比,我们在研究的全面性、复杂性和创新性等方面具有一定特色,所研制的高效缓冲吸能部件为“嫦娥三号探测器”圆满实现月面软着陆做出了重要贡献,真正实现了从TWIP钢产品从概念到制造再到应用的三级跳。 本项目将在前期工作的基础上,着力进行第三代TWIP钢的研发,即根据不同户要求开发成分和性能可设计的高效吸能合金。鉴于TWIP钢优异高强度、高塑性、易加工、无低温韧脆转变等特性,及其在缓冲吸能领域的广泛适用性,实现技术嫁接,让社会资本参与进来,恰逢其时,也非常必要。希望抓住“《中国制造2025》重点领域技术路线图”中新材料规划这一机遇,有效推进高效吸能合金技术成果的转移转化,拓宽高效吸能合金的应用领域(航空航天、舰艇抗冲击甲板、耐压壳体、车辆减震、海洋平台、抗震建筑等),进而为我国高新技术材料领域的发展做出积极的贡献。 l 社会经济效益: 目前CE型号合金的研制已能实现批量生产,材料性能、质量及其稳定性能满足各类航天器着落缓冲结构、防爆罐壳体、海洋平台用钢以及车辆轻量化、节能、安全结构等应用领域的要求,性价比优于传统材料。而不同MPa级的合金体系也正在研制中,相应的工艺规范也在建立中。预计上述领域对高效吸能合金的年需求量可达数万吨,价值数亿元。
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