铸造有色合金
铸造有色合金，是用以浇注铸件的有色合金，是铸造合金中的一类。在航空、航天、船舶、汽车、轨道交通、化工、能源、电子电器和运动休闲等领域有着广泛的应用。目前应用最为广泛的是铝合金、镁合金、铜合金、钛合金和高温合金。因为这五种合金的成分、密度、熔点差别巨大，熔炼和铸造过程完全不同，所需设备和造型材料也不一样，因此以下内容按照合金种类分别叙述。
国内外发展现状及发展趋势
1.1 国内发展现状及发展趋势
铝合金：精炼处理方面，开发出“氩气旋转喷吹精炼技术”，除气效果更好，更环保、更安全，有效提升冶金质量；开发出稀土-惰性气体(氩)联合去气新方法。变质处理方面，研制成功的Na盐和Ba盐复合长效变质剂，P酸盐-Sr盐复合变质处理，具有变质见效快，效果好，抗衰退能力强的优点。新材料方面，研发成功了颗粒增强SiCp铝基复合材料。新技术方面，半固态铸造技术中的浆料制备和成形方面有所突破，喷射成形仍处于前期研究阶段，电磁铸造能细化晶粒和提高表面质量，提高铝合金的固溶度。
铜合金：国内许多单位研究Cu-Cr-Zr系新型高强高导铜合金接触线，突破合金成分设计、非真空下合金的熔炼、非真空下大盘重铸坯的铸造、铸坯的变形和相关热处理等难题。已经取得较大的突破，部分产品已经应用于京-沪高铁。CuNi10Fe铜镍合金，以其良好的耐海水腐蚀性能和抗海生物污损性能应用于海水管路系统。
镁合金：开发了多种高性能稀土镁合金材料，航空航天用高强耐热Mg-Gd-Y-Zr系镁合金材料在性能方面已经达到国际先进水平。在镁合金熔体净化方面，开发了新型非熔剂保护熔炼技术和稀土元素添加工艺，开发新型镁合金陶瓷过滤技术及相关装置，开发了镁合金吹气净化技术和相关装置。开展了超轻镁锂合金的研究。
钛合金：开发了TC21高强韧钛合金，为今后吨级工业规模铸锭棒材的研制奠定了坚实基础。我国研制出近α型船用耐蚀钛合金Ti75、Ti31、Ti-B19、Ti91、Ti70 和Ti80。我国自行开发的高Nb钛铝合金也开始应用。
高温合金：研制了燃气涡轮发动机用抗腐蚀定向凝固柱晶合金。目前，正在研制第二、三代定向凝固柱晶合金。北京航空材料研究院研制了第三代单晶高温合金DD9，该合金的力学性能与国外第三代单晶高温合金力学性能相当，并开始探索第四代单晶高温合金。
整体来看，我国在上述五种材料方面开展了大量的研究，整体向着高强、高韧性、高性能和高附加值方面发展。铝合金和镁合金还向着更轻、质量更高的方向发展，铜合金向着更耐磨、更耐腐蚀的方向发展，钛合金和高温合金向着使用温度更高、成本更低的方向发展。开发了系列合金和相应的铸造工艺，某些点上达到国际先进水平，整体面上还是以跟踪为主。
1.2 国外发展现状及发展趋势
铝合金：精炼处理，国外出现了一种旋转喷射熔剂法，集精炼处理、钠变质处理、磷晶粒细化处理等于一体，且对环境无不利影响，成本费用适中。美国Almex公司采取了惰性气体就地预热、惰性气体对铝液进行摩擦搅拌、防止气泡聚集等措施，达到净化效果，已用于航空航天合金领域。变质方面，国外用P-RE复合变质处理活塞用Al-Si合金。新材料方面，7085铝合金是Alcoa公司成功研制的一种新型超高强铝合金。
铜合金：德国、西班牙等欧洲国家用的是铜镁合金接触线，采用水平连铸加轧制的工艺制造；法国等普遍使用铜锡合金接触线，采用连铸连轧加工工艺；日本在高速电气化铁路建设，铜合金接触线研究方面处于先进水平。
镁合金：高强耐热镁合金是国外的重点研究方向，IBM公司加工的镁锂合金应用在Saturn V火箭计算机室和双子座宇宙飞船上，在军事上DOW公司开发Mg-14Li-1.5Al-0.08Mn用于加工M113军用运输车的壳体。镁锂合金还被德国、日本等国的科学家开发用于医疗器械、电子产品等用途。
钛合金：波音777上惠普4084发动机和空中客车A-330的惠普4168发动机的塞子及喷嘴使用的也是β-21S, 高强度铸造钛合金β-21S的应用使每架波音777飞机减重大约74 kg。另外，超音速民航机设计巡航速度为2.14马赫, 载客300人，还将使用高强度钛合金Ti6-22-22S。在低温钛合金的开发方面美国后来居上，开展了钛合金低温力学性能方面的系统研究，现处于世界领先水平。
高温合金：国外定向凝固柱晶合金已由第一代发展到第三代，其性能水平不断提高，其所适用的发动机性能水平(推重比)也在不断提升。又出现了第四代单晶高温合金MC-NG和EPM-102。
整体来看，国外在五种材料的研究方面处于领先地位，开发了多种合金体系，相应的合金熔炼和铸造方法，并且将五种新材料大规模应用于民用和军事领域。
1.3 国内外的差距
铝合金：在精炼技术创新方面与国外仍有差距；新材料方面，最大的差距体现在新的合金系研究，如高强韧铝合金的整体研发，另外，铝基复合材料研发的成果已经相当多，但在应用方面与发达国家仍有较大差距。在铝合金铸造新技术方面，这部分的差距更大，缺少系统的、全面的研发，包括设备、控制、软硬件开发等。
铜合金：在铜产品使用性能上和国外产品还有一定差距。铸造铜合金在海洋工程中的应用还与国外存在不少差距，很多关键应用技术亟需提高。我国铜合金生产厂对产品成分精确化控制的能力有待提高。
镁合金：在大型复杂铸件的制造技术、凝固理论及成形工艺的方面，远落后于发达国家。国内在针对镁锂合金的研究基础薄弱。在合金的强化、腐蚀理论，组织与性能的关系等方面的基础理论研究较少；新合金开发基本上还处于跟踪仿制阶段，独立研究且具有自主知识产权的合金品种较少。
钛合金：钛合金品种相对少。高温和高强合金及其他牌号和用途的合金相对较少。熔炼铸造设备大多为真空自耗电极电弧凝壳炉，铸造性能不好。钛的应用技术远落后于国外先进国家。目前国内从事钛铸造有一定规模的厂家不多，各厂家之间工艺交流不多，管理水平也各有差异。
高温合金：铸造高温合金在我国航空发动机上获得广泛应用，尽管我国研制的铸造高温合金与国外同代单晶高温合金的性能水平相当，但研制成功的时间明显晚于国外航空制造技术先进国家，从而导致我国铸造高温合金的整体成熟度低于国外航空制造技术先进国家。
整体来看，我们国家与发达国家相比还有差距，从合金设计、合金熔炼，到铸造工艺及所用设备方面，都需要开展大量的研究。
1.4 问题分析与解决思路
以《中国制造2025》为契机，开展有色合金的高性能（更轻、更耐磨、更耐腐蚀、更耐高温、更持久等）和低成本的材料研究，相关技术研究，及配套的熔化和铸造设备，形成具有自主知识产权的新材料、新工艺和新装备。
铝合金：国家重点发展领域及发展战略中对铸铝的需求是最大的机遇，一些新兴产业如高铁、大飞机、新能源汽车等对优质高性能需求量巨大，但高端铸铝件的制备仍需铸造界的共同努力，特殊性能、特殊结构的高端铸铝件制备与国外差距很大，未来需要国内自主研发并替代进口。
铜合金：需要精确控制合金元素之间的结合与分布状态。建立多元高强高导铜合金的设计准则，研究高强高导铜合金成分与组织均匀性调控机理。对超大型舰船用螺旋桨，铸造时加强对合金元素的精确控制，解决铸造缺陷问题，加强熔炼方式的转变，减少能耗，实现绿色生产。
镁合金：建议改变以型号为主导的投入模式，加强对共性科学问题和技术研究的支持力度，完善高性能铸造镁合金性能数据库。镁合金工程化技术能力薄弱，必须发展针对先进镁合金材料应用特性的精确控形控性制造工艺技术。缺乏技术标准，建议对已开发成熟的合金系或成形技术积极申请制定国家或行业标准。
钛合金：目前耐热合金已经无法满足下一代航天器的需求，海洋平台所用的钛合金，既要求高抗拉强度，也需要耐腐蚀。钛铝Ti3Al金属间化合物，超过600 ℃的运行环境有用武之地。攻关高温钛合金生产的关键设备，逐渐摆脱对国外设备的依赖。利用这些关键设备开发新型能够有明确应用方向的钛合金新品种。
高温合金：长期以来，我国存在重型号研制，轻合金研究的思想，导致很多合金的应用基础研究缺乏，在缺少实验数据的基础上就开始研制构件使用，从而在这方面出现问题。着力推进自主研制主干铸造高温合金材料，重视铸造高温合金的应用基础研究，为先进航空发动机的研制提供支持。
发展目标
创新驱动发展，学习国外先进的材料设计方法和理论，以及相应的铸造工艺和设备，通过消化吸收和再创新，逐步缩小我国与世界先进水平的差距，争取在“十三五”期间在某些领域和方向超过国际水平。在高性能和低成本的有色合金的研究、铸造新工艺开发、相关熔炼和铸造设备的研制方面能够整体接近发达国家水平。在大型、复杂和精密铸件方面，实现新的突破。
铝合金：开发强韧铝合金新材料，将铝基复合材料研发的成果作为工程化应用。开发铝合金铸造新技术方面，包括设备、控制、软硬件开发等。
铜合金：加强高强高导铜合金多元复合微合金化理论及相变机制研究，建立多元高强高导铜合金的设计准则，针对超大型舰船用螺旋桨，铸造时加强对合金元素的精确控制，解决铸造缺陷问题，加强熔炼方式的转变，减少能耗，实现绿色生产。
镁合金：进行全新产品创新设计和生产工艺方案设计优化。加强镁加工技术的研究，提高镁合金工程化技术能力，发展针对先进镁合金材料应用特性的精确控形控性制造工艺技术，满足国防和民用需求。制定镁合金技术标准。
钛合金：以满足对高温高强为重点应用目标的高温、高强钛合金的开发和应用，以深空探测、海洋和船舶低温、耐腐蚀钛合金为应用目标的钛合金品种的开发，以医疗为目标的生物钛合金的开发，钛合金熔炼所需的关键设备的自主创新，从而促进钛合金的全面应用。开发短流程钛合金铸造新工艺。
高温合金：着力推进自主研制主干铸造高温合金材料，重视铸造高温合金的应用基础研究，为先进航空发动机的研制提供支持。继续发展第三代、第四代单晶高温合金，促进应用。
发展重点
3.1 技术路线
整体来看，技术路线还是以满足目前国内急需的高性能或者高附加值产品为目标，开展从合金设计到相关的合金熔炼和铸造工艺为技术路线，并且兼顾未来发展趋势。
铝合金：研究不同用途的铝合金新材料的开发，对铝合金的精炼处理、变质剂及工艺，新型铝基复合材料，铝合金制备新技术等开展研究；针对环保和节能减排的要求，加大投入力度；针对高速铁路、列车等具有国际竞争力的拳头产品，新一代大飞机项目，对铝合金的应用开展研究。
铜合金：以典型的轨道交通网线以及海洋工程用高性能铜合金为主要研究对象，建立一套完整的轨道交通及海洋工程用铸造铜合金铸造成形的体系，达到各自的行业标准的性能要求。基于高性能铜合金的“设计-制备-加工-性能评价和寿命管理”的全流程技术路线，开展基础研究工作，解决关键科学问题。
镁合金：以航空航天、国防军工和汽车产品研制为牵引，以开展镁-稀土（尤其是重稀土）系和镁锂系新型合金的强化、耐热机制研究与成分设计为核心，研制出高强耐热铸造镁合金和超轻铸造镁锂合金。开发高强耐热铸造镁合金和超轻铸造镁锂合金，镁-稀土合金及制品的工程化。
钛合金：满足对高温高强为重点应用目标的高温、高强钛合金的开发和应用，以深空探测、海洋和船舶低温、耐腐蚀钛合金为应用目标的钛合金品种的开发，以医疗为目标的生物钛合金的开发。钛合金熔炼所需的关键设备，对钛合金熔炼和生产所需设备是主线，然后对钛合金铸造用造型材料的研究也应该跟上，从而促进钛合金合金的全面应用。
高温合金：对定向凝固柱晶高温合金来说，系列化发展合金以适应不同需求。对于单晶高温合金，在第一代、第二代单晶高温合金服役应用的基础上，做好工程应用研究，继续发展第三代、第四代单晶高温合金，促进应用。
3.2 技术研究
3.2.1 关键技术研究
铝合金：针对目前我国铸造铝合金发展中存在的主要问题，结合国家重点产业的未来发展需求，铸造铝合金应开展的研究内容包括如下方面：①半固态铝合金、铝合金复合材料、高强韧铝合金新材料开发与设计的研究，重点掌握铸造铝合金新材料的体系，得到合金成分对其组织与演变的影响特征，掌握合金成分与性能的对应关系；②大型、薄壁、特厚、高复杂结构铝合金铸件制备工艺及关键技术研究；③铝合金铸件凝固及固态相变过程的组织演变计算机数值模拟技术开发。
铜合金：以高强高导的性能需求为导向，结合第一性原理、分子动力学理论，综合考虑成分、组织与性能的对应关系，对铜合金进行成分设计和组织结构设计。以高强耐蚀的性能需求为导向，对铜合金进行成分设计和组织结构设计，重点研究不同微量元素对腐蚀性能的影响，开发易铸造的高强高耐蚀铜合金。改进熔炼及加工装置，以提高生产效率，降低劳动强度，增加经济效益的同时减少能耗，减少污染，实现绿色制造。
镁合金：开发高强耐热铸造镁合金和超轻铸造镁锂合金；突破镁-稀土合金大容量熔炼与净化技术，突破大规格铸锭铸造关键技术，突破直径500 mm铸锭冷却技术。高性能镁合金用转移涂料及涂层转移制芯技术。研发镁-稀土合金专用熔化、精炼、输送一体化装备，建立大型铸锭连铸装备。开展大型复杂精密铸件制造技术。
钛合金：研究新的铸造钛合金品种，特别是高强高温合金，研究更高使用温度的TiAl金属间化合物的新材料，以及耐腐蚀钛合金等。钛合金精密铸造技术，陶瓷型及精密铸件大型化的研发。能够适合铸造TiAl金属间化合物的新的造型材料的开发。短流程低成本钛合金制备和铸造技术。
高温合金：研制新型等轴晶铸造高温合金，开发高温合金大型复杂薄壁铸件的热控凝固技术和细化工艺。发展更高性能水平的定向凝固柱晶高温合金，发展抗腐蚀定向凝固柱晶高温合金。发展综合性能优异的单晶高温合金，研究出超过现有合金强度和承温能力的新型单晶高温合金。
3.2.2 共性技术研究
铝合金：以铝合金代替铜合金、钢铁材料的合金铸件结构设计及制备工艺技术。铝合金铸件浇注成形过程实时监测及可视化技术的研究，实现浇注成形过程中对含气量、温度、体积分数及凝固状态的实时监测，并通过可视化技术完全实现凝固成形过程的实时再现，进而掌握和控制铸件制备。
铜合金：掌握熔体净化、除气造渣的关键工艺参数，重点研发新型高效保护渣配以惰性保护气氛取代真空条件，通过施加电磁场调控铜合金的铸造过程以获得均匀的成分与组织，降低铸造缺陷。
镁合金：高性能铸造镁合金成分优化设计、计算；铸造过程计算机仿真技术。
钛合金：钛合金熔炼关键设备研究，研发新的真空熔炼铸造设备，发展其他新的熔铸方法，特别是真空感应水冷铜坩埚凝壳炉的普及应用推广，根据铸件形状、尺寸及壁厚等因素摸索实践合适的离心转速确保金属钛及钛合金铸造性能。开发出钛及钛合金废料回收重熔的新技术，确保在降低成本的同时提高产品的质量。
高温合金：高冶金质量的熔炼工艺和设备，将合金中O、N、S等杂质元素的含量控制在5×10-6以下。高温度梯度定向凝固技术，可以使同一材料最大限度发挥材质的潜力，也可以提高单晶叶片的合格率与生产率，使叶片可靠安全使用。
重点项目
拟开展的重点项目，主要以解决目前国内急需的新产品和新技术，能够产生巨大经济效益和社会效益的产品或者技术为目标。
铝合金：汽车及新能源汽车轻量化铝合金铸件制备技术；铝基碳纤维复合材料成分设计、加工设备、制备工艺优化；
铜合金：轨道交通特别是高速列车用接触网高强高导铜合金成分设计及制备技术的研发；大型舰船用螺旋桨成分设计及关键制备工艺的研发；
镁合金：高强耐热耐蚀镁合金机匣及航空发动机进气涡轮盘研制；铸造镁锂合金及其液态成形技术研究与应用开发；
钛合金：开发新型低成本钛合金熔炼复合设备；开发钛铝合金新品种，短流程铸造和成形技术；
高温合金：面向需求的各类先进铸造高温合金母合金；先进航空发动机和重型燃气轮机单晶涡轮叶片、定向柱晶叶片。
政策建议
（1）加强以铝基碳纤维复合材料等为主要新材料研发的投入和支持力度，形成我国在铝基新材料制备的国际领先优势，掌握核心制备技术，推出一批基于铝合金新材料铸件产品。针对特殊性能、特殊结构铝合金铸件，应予专项重点支持。
（2）建议政府、企业、学术单位开展“产学研”协作，三者进行直接有效的合作，有明确目的地针对具体的铸造铜合金件开展研究，政府以市场及发展需求为导向，核心企业为支撑，高校进行科学研究。
（3）根据镁材料科技发展的基础与现实情况，建议组建由高校、科研院所、企业、国防总体所及国防用户单位等参与的协同创新团队，建立统一领导、规划合理、协调高效、优化配置、目标集成的镁材料科技发展专项组织管理体系。
（4）加大投入，开发大型优质钛合金坯料制备技术，建立高效、短流程钛合金加工技术。继续加强钛的推广应用，包括生物医用钛、汽车用钛、建筑用钛，船舶用钛等。钛工业逐渐趋于国际化，企业竞争与兼并激烈，要制订适时的战略与对策。发展竞争力更强的钛合金，发展方向是高性能化、多功能化和低成本化。
（5）重视铸造高温合金研究，提高技术成熟度，为先进航空发动机的研制提供支持。重视发展具有我国自主知识产权的铸造高温合金，完善铸造高温合金体系。