我國飛機(jī)用鋁材手藝 掉隊 俄美30年

中外航空鋁材成長 之對照

鋁合金憑仗 密度小、強(qiáng)度適中、易加工成形、耐侵蝕 性強(qiáng)，資本 富厚、可收受接管 性強(qiáng)等奇特 的優(yōu)勢，自1903年人類初次 憑仗 動力裝配 飛天以來，航空工業(yè)的成長 就與鋁合金材料的運(yùn)用 結(jié)下了不解之緣。雖然 最近幾年來以碳纖維加強(qiáng) 塑料為代表的復(fù)合材料在飛機(jī)上的比例有所上升，但性價比高的鋁合金仍據(jù)有 絕對優(yōu)勢，還是 航空器制造的首要 關(guān)頭性構(gòu)造 材料。在中國具有 自立 常識 產(chǎn)權(quán)的支線客機(jī)ARJ21-700與C919年夜 型客機(jī)的用材中，鋁合金零部件的質(zhì)量占到飛機(jī)總質(zhì)量的68%~75%。從成長 汗青 來看，鋁合金材料與航空工業(yè)一向 都是相輔相成的，兩者 進(jìn)級 換代互相 增進(jìn) 。新型鋁合金的降生 培養(yǎng) 了新一代飛機(jī)制造，更高機(jī)能 的飛機(jī)又增進(jìn) 的新一代鋁合金的研發(fā)與運(yùn)用 。就平易近 用飛機(jī)的成長 而言，上世紀(jì)50年月 與波音707相順應(yīng) 的是高強(qiáng)度變形鋁合金，而與今朝 空客A380飛機(jī)相對應(yīng)的則是7085鋁鋰合金。從全球鋁加工工業(yè)和航空工業(yè)來看，變形鋁合金運(yùn)用 已 相當(dāng)做 熟，今朝 ，新型飛機(jī)材料的需求，更首要 表現(xiàn) 在綜合機(jī)能 加倍 優(yōu)秀 的鋁鋰合金上。

航空平易近 機(jī)用鋁鋰合金的成長

鋁鋰合金是美國鋁業(yè)公司在1983年新研發(fā)推出的航空7085鋁合金，于2002年在美國鋁業(yè)協(xié)會注冊，用于臨盆 102~178毫米航空器厚板。鋁鋰合金是一種史無前例 的超純7xxx系合金。鋰具有很年夜 的化學(xué)活性，是以 ，鋁鋰合金必需 在真空爐內(nèi)熔煉，熔體也必需 在有護(hù)衛(wèi)氛圍 前提 下進(jìn)行鑄造，熔鑄工藝是臨盆 鋁鋰合金最為關(guān)頭的手藝 。鋰既能下降 鋁的密度又能提高彈性模量。向鋁金屬中每添加1%的鋰，鋁合金的密度就下降約3%，而其彈性模量則會上升約6%，從而成為復(fù)合材料(碳纖維加強(qiáng) 塑料)強(qiáng)有力的競爭產(chǎn)物 。據(jù)波音飛機(jī)公司測試，采取 鋁鋰合金制造波音飛機(jī)，其重量可以減輕14.6%，燃料節(jié)約 5.4%，飛機(jī)制造本錢 可下降2.1%，每架飛機(jī)每一年 的飛翔費(fèi)用可下降 2.2%。因?yàn)?鋁鋰合金的本錢 年夜 約只是復(fù)合材料(碳纖維加強(qiáng) 塑料)的10%，因此 在運(yùn)用 上具有顯明的對照 優(yōu)勢。2009年，鋁鋰合金被納入美國航天材料尺度 ，今朝 ，第三代鋁鋰合金已實(shí)現(xiàn)范圍 化工業(yè)臨盆 ，第四代鋁鋰合金研發(fā)已有了新功效 。在新型飛機(jī)設(shè)計制造中，采取 鋁鋰合金可以使 飛機(jī)鋁合金零部件的質(zhì)量減輕14%~30%，已成為新一代航空器的關(guān)頭性構(gòu)造 材料。

航空鋁合金新的核心 是先輩 鋁鋰合金的研發(fā)與運(yùn)用 。據(jù)統(tǒng)計，美國鋁業(yè)公司是全球鋁鋰合金產(chǎn)能、產(chǎn)量最年夜 的臨盆 企業(yè)，約占全球的55%，俄羅斯結(jié)合 鋁業(yè)公司約占25%，其他企業(yè)合計約占20%。今朝 ，全球首要 已有7個工場 能臨盆 鋁鋰合金軋制材，11個工場 能臨盆 鋁鋰合金擠壓材，9個工場 可鍛制鋁鋰合金自由鍛件與模鍛件，此中包括我國的西南鋁業(yè)(團(tuán)體 )有限責(zé)任公司。

雖然 美國鋁業(yè)公司鋁鋰合金產(chǎn)量居全球首位，但仍在對鋁鋰合金進(jìn)行擴(kuò)能。如美國鋁業(yè)公司在拉斐特建樹了世界產(chǎn)能最年夜 的鋁鋰合金臨盆 工場 ，將臨盆 的第三代鋁鋰合金部件供應(yīng) 給空客A380、A350、波音787等飛機(jī)制造商。

2021年中期，美國鋁業(yè)公司完成了位于英國基茨格林工場 鋁鋰合金產(chǎn)能的擴(kuò)大 ;對達(dá)文波特軋制廠的鋁鋰合金板臨盆 線進(jìn)行了改擴(kuò)建;對印度安納州拉斐特擠壓——鑄造 廠的鋁鋰合金臨盆 線進(jìn)行了擴(kuò)建。按照2021年底統(tǒng)計數(shù)據(jù)，美國鋁鋰合金臨盆 能力約10萬噸/年，此中美國鋁業(yè)公司臨盆 能力到達(dá) 約5.5萬噸/年，美國鋁業(yè)公司鋁鋰合金產(chǎn)能占到全國的55%。

自從鋁鋰合金降生 后，該合金一向 處于細(xì)化進(jìn)級 進(jìn)程 中，質(zhì)量更輕、強(qiáng)度更高、本錢 更低的新一代鋁鋰合金不息被研發(fā)出來，如美國鋁業(yè)公司的第三代鋁鋰合金已實(shí)現(xiàn)范圍 化工業(yè)臨盆 。美國肯聯(lián)鋁業(yè)公司的法國沃雷普研發(fā)中間 用了10年的時候 ，研發(fā)出一種名為“AIRWARE”新型鋁鋰合金，是運(yùn)用 于航空航天范疇 一種具有革命性的鋁合金新材料。它將鋁與鋰、銅、銀等其他金屬融會 ，從而獲得這類 新合金。

據(jù)領(lǐng)會，AIRWARE可為飛機(jī)制造帶來四年夜 優(yōu)勢：一是比傳統(tǒng)鋁合金材質(zhì)輕25%，是以 ，可以或許 優(yōu)化構(gòu)造 部件的設(shè)計，并削減 二氧化碳的排放;二是其卓著 的抗侵蝕 和抗金屬疲憊 特征 ，可將較年夜 的保護(hù) 距離 時候 耽誤 至12年;三是可實(shí)現(xiàn)100%的輪回 再生操縱;四是可用于制造航空器的掃數(shù)零部件。今朝 ，AIRWARE在新一代飛機(jī)制造中已獲得 運(yùn)用 ，空中客車公司將其運(yùn)用 于其寬體客機(jī)A350-XWB;龐巴迪公司將其運(yùn)用 于窄體飛機(jī)C系列。為知足 航空市場對新型鋁鋰合金日趨 增加需求，肯聯(lián)鋁業(yè)公司正在法國伊蘇瓦爾軋制廠新建兩條鋁鋰合金熔煉鑄造臨盆 線，專業(yè)臨盆 AIRWARE 鋁鋰合金，估計 在建的兩條臨盆 線將于2021年前投產(chǎn)。

在中國，為知足 國產(chǎn)飛機(jī)對鋁鋰合金的需求，我國鋁加工企業(yè)在上世紀(jì)60年月 就入手下手對鋁鋰合金進(jìn)行跟蹤性研究，仿造 的鋁鋰合金有兩種：一是8090合金(1984年歐洲鋁業(yè)協(xié)會發(fā)現(xiàn) 的合金);另外一 種是2091合金(1985年法國發(fā)現(xiàn) 的合金)。兩種國產(chǎn)鋁鋰合金的各項機(jī)能 已到達(dá) 了國外水準(zhǔn)。2000年，西南鋁從俄羅斯莫斯科輕金屬研究院引進(jìn)鋁鋰合金真空熔煉爐及鑄造裝備 ，中國可小批量臨盆 鋁鋰合金板材、型材與鍛件。2021年1月，西南鋁成功試制了用于國產(chǎn)年夜 飛機(jī)項目專用的第三代鋁鋰合金。

今朝 ，我國已根基 把握 了航空鋁鋰合金的熔煉手藝 ，如鋁鋰合金年夜 扁錠與鋁鋰合金圓錠的鑄造手藝 ，但在鋁鋰合金根本研究與合金臨盆 實(shí)踐方面，與俄羅斯、美國應(yīng)存在20~30年的較年夜 差距。首要 施展闡發(fā)在：一是立異 能力與手藝 開辟 能力較為柔弱虛弱;二是臨盆 能力小，當(dāng)前唯一 西南鋁可以或許 臨盆 鋁鋰合金，年產(chǎn)量還很少。

中國年夜 飛機(jī)制造及鋁合金材料運(yùn)用

在我國，年夜 飛機(jī)的制造需求，正在強(qiáng)勁拉動鋁合金材料特別 是鋁鋰合金材料需求。中國年夜 飛機(jī)C919型客機(jī)機(jī)身等直段部，包括前段客艙、前貨艙和再輪回 電扇 艙，是由蒙皮、客艙舷窗、客艙地板和承力部件等組成 的筒狀構(gòu)造 部段。據(jù)領(lǐng)會，C919機(jī)身等直段部位于年夜 客機(jī)機(jī)身前部，是寬度相等的筒狀構(gòu)造 部段，全長7.45米、寬4.2米、高4.2米，采取 了先輩 的第三代鋁鋰合金板，這是中國國內(nèi)平易近 用飛機(jī)初次 采取 鋁鋰合金制造的部段。

2021年9月，C919年夜 型客機(jī)中機(jī)身和副翼部件交付，初次 交付的中機(jī)身和外翼翼盒年夜 部件全長5.99米，寬3.96米，由中機(jī)身筒段、龍骨梁、中心 翼、應(yīng)急門組成，該部段包括 零件8200多個，觸及 工裝3400多項，年夜 量采取 了第三代鋁鋰合金和高毀傷 容限鋁合金材料。

今朝 ，C919年夜 型客機(jī)已 獲得國表里 20多家航空公司507架的定單 ，ARJ21-700也有278架定單 。按照企圖，到2021年，ARJ21支線客機(jī)、C919年夜 飛機(jī)所用30%以上的鋁合金材料將采取 國產(chǎn)鋁材。中國年夜 飛機(jī)對鋁合金材料的需求增添 了中國鋁加工企業(yè)航空平易近 機(jī)鋁合金研發(fā)和范圍 化臨盆 的緊急 感。

今朝 ，運(yùn)用 在航空平易近 機(jī)的鋁合金材料首要 有：鋁合金鑄件、鋁合金鍛件、年夜 斷面鋁合金擠壓型材、鋁合金厚板和鋁鋰合金等。中國鋁加工業(yè)經(jīng)由 60多年的成長 ，已成為國際公認(rèn)的鋁材臨盆 年夜 國，今朝 ，不管 是鋁合金熔煉裝備 、軋制裝備 、還是鋁合金擠壓裝備 和 精束裝 備 ，現(xiàn)代化的一流鋁加工裝備 之?dāng)?shù)目 對全球列國 而言應(yīng)當(dāng) 是最多的，但因?yàn)?研發(fā)資金投入少、根本研究柔弱虛弱、現(xiàn)代化一流裝備 只能年夜 量臨盆 機(jī)能 不是很高的鋁材，像航空航天工業(yè)所用的高端鋁材還是我們的短板。

我國自1956年有了現(xiàn)代化的鋁加工業(yè)以來，所需航空鋁合金厚板一向 處于凈進(jìn)口狀況 。在早期 國產(chǎn)的ARJ21-700支線客機(jī)與年夜 型客機(jī)C919的材猜中，鋁材及鋁合金鍛件都是從美國鋁業(yè)公司進(jìn)口或是由其設(shè)在中國的獨(dú)資企業(yè)供應(yīng) 的?，F(xiàn)今 航空工業(yè)需求興旺 的鋁鋰合金，我國仍根基 處于跟蹤仿造 研發(fā)階段，實(shí)現(xiàn)范圍 化貿(mào)易 臨盆 還有許多 災(zāi) 題去霸占 ，還有很長的路徑去實(shí)踐。

我國航空平易近 機(jī)特別 是國產(chǎn)C919、ARJ21年夜 飛機(jī)的快速成長 已經(jīng)是 不爭的事實(shí)。時不再來 ，航空鋁材成長 任重而道遠(yuǎn)!我國鋁加工行業(yè)具有 世界上頂尖的現(xiàn)代化鋁加工手藝 裝備，只要操縱好現(xiàn)代化鋁加工裝備優(yōu)勢，與國外先輩 國度 的同業(yè) 展開 手藝 合作，接收 他們的工作經(jīng)驗(yàn)和研發(fā)功效 ，就必然 可以或許 實(shí)現(xiàn)“彎道超車”。