高强高导热蠕墨铸铁材料关键技术及应用

大功率柴油机是新一代陆军坦克装甲车辆、海军大型舰船的心脏。未来战争 对作战装备轻量化和可靠性提出了非常高的要求，以适应全域机动、远程布控的 战略需要，提出柴油机必须体积更小、重量更轻、动力更强，高功率密度柴油机 是必然选择。我国目前现役装备柴油机功率密度不足 40 kW/L，国外已超过 92 kW/L。大幅提升柴油机功率密度意味着显著增加燃烧室温度、压力和转速，柴 油机关键构件服役环境更加严酷，疲劳寿命严重不足，材料性能成为制约高功率 密度柴油机发展的技术瓶颈，严重影响我国新一代坦克装甲车辆及舰艇的研制。 高功率密度柴油机气缸盖材料国内外普遍采用铸铁合金。缸盖在服役过程 中，经受高温燃气和机械载荷高频冲击，机械应力叠加热应力导致铸铁缸盖薄弱 部位易开裂。本项目针对传统材料难以满足高功率密度柴油机高热负荷、高爆压、 高转速严酷服役工况对轻质高强高导热缸盖材料及成型技术的迫切需求，在国防 973项目和近 20年国防预研与型号背景项目持续支持下，突破了铁基复合材料 协同设计关键技术、高强高导热蠕墨铸铁材料设计与石墨梯度分布调控技术、大 尺寸复杂薄壁气缸盖整体铸造精密成型技术，发明并工程化制造了综合性能指标 达到国际领先水平的高强高导热铁基复合材料，并在88 kW/L 高功率密度柴油机 为代表的新一代陆军和海军重大装备动力的核心关键构件成功实现国产化替代， 综合性能超过国外同类王牌产品，为国防重大型号装备研制提供了关键技术支 撑，并实现工程化推广应用，使我国成为世界上除德国外，完全独立掌握高功率 密度柴油机制造技术的国家。

关键技术： 1) 首创发明轻质高强高导热铁基复合材料及协同设计技术； 2) 独创发明石墨形态梯度分布铁基复合材料调控技术； 3) 发明轻质高强韧高导热铁基复合材料工程化制备技术； 4) 攻克大尺寸复杂薄壁铸件精密成型技术； 5) 研发铁基复合材料批量生产关键装备与工程化应用技术。 技术指标： 1) 室温性能：Rm≥700MPa，Rp0.2≥400MPa，A≥6%，σ-1≥180MPa，E≥190GPa， λ≥26W/m·k，ρ≤6.6g/cm3； 2) 600℃性能：Rm≥520MPa，Rp0.2≥360MPa，A≥8%，σ-1≥160MPa， λ≥24W/m·k； 3) 600℃氧化速率≤0.1g·m-2h-1； 4) 铸造工艺性能：1450℃砂型铸造螺旋线长度≥800mm。 验证方案： 取样位置参照 HPD柴油机气缸盖验收规范，高温拉伸、高温疲劳、热导率、 铸造性能和热机械疲劳的试样加工和试验过程分别按照国标 GB/T4338-2005、 GB/T3075-2008、ASTME1461-07、JBT4022-1999和ASTME2368-2010进行，试 验测试结果不低于上述对应指