高機能 鋁合金材料在國產年夜 飛機C919上的運用

2021年11月2日上午10時，中國自立 研制的首款新一代噴氣式干線客機C919在上?？傃b下線。C919正式向全球公然 表態(tài) ，讓為之成功供應 多種金屬材料的有色人備感振奮。

C919飛機下線確當 日下晝 兩點，記者收到了材料科學家、鈦合金專家、中國科學院院士曹春曉發(fā)來的C919年夜 飛機下線視頻，現(xiàn)場十分壯不雅 ，飛機徐徐 滑行，五星紅旗飄蕩 ，排場 極度震憾。為記實C919年夜 飛機出色 時刻，記者隨即德律風 采訪了曹院士。

圖為：采取 國產鋁合金材料的年夜 飛機C919全貌

曹院士說，我國首架C919年夜 飛機下線具有里程碑式的主要 意義，是2021年試航的主要 時候 節(jié)點，標記 著我國航空工業(yè)邁上了一個新的高度，標記 著我國高端制造工業(yè)邁上了極新 的臺階，航空強國的胡想 又進步 了一年夜 步。C919年夜 飛機下線這個階段性功效 申明 航空人及各行各業(yè)傾力科研、傾力支持的巨年夜 起勁 是富有成效的。為年夜 飛機供應 多種金屬材料的有色行業(yè)更是功不行沒。

C919總設計師吳輝煌 、中國科學院院士曹春曉、中國工程院院士劉年夜 響、中國科學院院士李未（左三至左六）在C919下線現(xiàn)場。

一代材料 一代飛機

沒有材料做不成飛機，成長 年夜 飛機，材料必需 先行，成長 飛機材料會帶動其他行業(yè)的成長 。曹春曉說：“航空材料的研發(fā)不但 需要航空系統(tǒng)，更需要有色、冶金等系統(tǒng)弄 材料的單元 配合 介入 。”

已故兩院院士師昌緒師長教師 在2007年6月18日“年夜 飛機與新材料”的高條理 沙龍上提出材料界要加速 年夜 飛機材料的開辟 。他說：“沒有材料是做不成飛機的，材料占飛機質量的69%，成長 年夜 飛機，材料要先行，而成長 飛機材料自己 也會帶動其他行業(yè)的成長 ，我們要借此次 沙龍舉止為支持國度 年夜 飛機的成長 做一些切磋，出一些預研課題。”

C919年夜 飛機從2007年立項起步實施以來，鋁合金、鋁鋰合金、鎂合金、鈦合金、碳纖維復合材料等的研制與推動 躍上了一個全新的臺階。舉全國之力，聚全球之智，打造平易近 機家產配合 體的年夜 飛靈活 作 在家產互動中進行。幾年前，記者采寫《搶占航空制造業(yè)的制高點》時采訪了曹春曉院士。曹春曉說，“一代材料，一代飛機”是航空工業(yè)成長 的活潑 寫照。從1903年萊特兄弟駕駛的第一架飛機是用木頭和布做成的到金屬材料成為機體航空材料的主流。從鋁合金為主到鈦合金已成為飛機的主要材料，每 次材料的瓜代 與更新都是飛機成長 的一次革命。我國年夜 飛機專項的要害 手藝 包孕 發(fā)念頭 、材料和電子裝備 等三項。其實，發(fā)念頭 和電子裝備 的成長 根本仍然 是材料，即高溫合金材料和電子、微電子材料等，凸顯航空材料在飛機、發(fā)念頭 成長 中的要害 感化 ?，F(xiàn)在 ，復合材料在飛機、發(fā)念頭 布局材料家族中成為一名 新成員，這就是碳纖維。碳纖維比鋁還要輕，比鋼還要硬，其比重是鐵的四分之一，強度是鐵的十倍，化學構成 極度不亂 ，具有高抗侵蝕 性，合用 于航空和航天航行器。

C919年夜 型客機是扶植 立異 型國度 的標記 性工程，具有完全自立 常識 產權。先輩 材料初次 在國產平易近 機中年夜 規(guī)模運用 。第三代鋁鋰合金材料、先輩 復合材料在C919機體布局用量別離到達 8.8%和12%。因而可知 ，跟著 我國航空工業(yè)的成長 ，各行各業(yè)互相 融會 ，軍平易近 共建，工業(yè)制造慢慢步入高端制造行業(yè)，鋁合金、鎂合金、鈦合金、碳纖維復合材料等各類 新型輕量合金材料的出現(xiàn) ，在交相照映 中天然 助力C919年夜 飛機的順遂 制造。

世界最好的鋁合金材料

為C919穿上摩登“衣裳”

CCTV記者的現(xiàn)場報導 和 曹春曉院士發(fā)來的照片、視頻中感受 獲得 C919的“顏值”相當高，視覺沖擊力很強。C919到底穿了件甚么 樣的衣裳會這么摩登？

曾兩度擔負 高機能 鋁合金材料國度 973項目首席科學家的中南年夜 學材料科學與工程學院傳授 張新明說，C919是今朝 采取 先輩 金屬材料最多的一種機型，所采取 的所有是世界上最好的鋁合金。

國度 973項目“航空高機能 鋁合金材料的根本研究”主要 成員、中南年夜 學材料學院傳授 鄧運來介紹，作為我國初次 自立 臨盆 的年夜 型客機，材料的選擇直接決議了其本身 的特點。C919的“機殼”所有由我國自立 設計、制造。“機殼”中鋁合金材料約占材料總重量的70%。為了減輕自重、下降 油耗，飛機的重量會正確 到克，C919實現(xiàn)比B737、A320同等 類機型輕5%~10%的目的 ，這得益于鋁鋰合金。鋰元素固然 只占鋁合金重量的2%擺布，但在同等承載前提 下，比常規(guī)鋁合金減輕重量5%以上。

“鋁合金材料既要高強度，又要高韌性，還要抗疲憊 、耐毀傷 、耐侵蝕 ，這是一個極度復雜的矛盾同一 。”張新明說，“今朝 ，國內環(huán)繞 年夜 飛機金屬材料的研究已 獲得了年夜 約200多項專利，好比 強度和韌性、耐侵蝕 經常 是矛盾的，我們要同時到達 ，而且 讓它們連結 不亂 ，就要不竭研究，這就是金屬材料的魅力地點 。”

C919所采取 的機翼，是中國人初次 自立 研制，也是世界平易近 航范疇 今朝 風行 的先輩 設計，它有一個很酷的名字，叫做超臨界機翼。這類 機翼采取 的也是鋁鋰合金材料，它可使 飛機加倍 輕盈，在音速規(guī)模之內 實現(xiàn)盡量 快的航行。

C919下線現(xiàn)場。（曹春曉 攝）

“西南鋁造”撐起國產年夜 飛機骨架

作為中鋁公司旗下的焦點 鋁加工企業(yè)，西南鋁50年來風雨征程已成長 成為我國綜合實力最強的特年夜 型鋁加工企業(yè)，是我國航空航天和國防兵工 材料研發(fā)和保障、高精尖鋁材研產生 產和出口“焦點 基地”。

“在國度 年夜 力推動 航空鋁材國產化的配景 下，充裕 施展 航空航天材料研發(fā)和保障的‘焦點 基地’感化 ，不竭加強 航空國產材料自立 化保障能力，既是知足 國度 需求的任務 接受，也是企業(yè)順應政策導向、尊敬 市場，增進 本身 成長 的必定 選擇。”西南鋁總司理 張吉龍透露表現(xiàn) 。

航空鋁材的“領跑者”

早在10年前，西南鋁就積極響應國度 號令 ，最先 著手扶植 一條為年夜 飛機項目配套的鋁合金厚板臨盆 線。在國產年夜 飛機上利用 自己臨盆 的鋁合金材料，是西南鋁人執(zhí)著而又果斷 的胡想 。

2021年11月11日，在西南鋁50年成長 進程 中具有里程碑的意義：我國第一條與國度 “年夜 飛機”等項目配套的鋁合金厚板臨盆 線在西南鋁建成投產，使我國成為繼美國、日本、德國和俄羅斯以后 ，又一個可以或許 實現(xiàn)鋁合金厚板規(guī)?；R盆 的國度 。這條臨盆 線的建成投產，實現(xiàn)了幾代鋁加工人的宿愿 ，對 進一步晉升我國鋁加工業(yè)的整體成長 水平，提高我國國防扶植 和航空航天急需鋁合金材料的保障能力，助推我國“年夜 飛機”扶植 具有極為 主要 的意義。

厚板臨盆 線建成投產，讓西南鋁成為國內航空鋁材研發(fā)的“領跑者”，為了這一步，西南鋁支付 了艱辛的起勁 。作為應國度 需求而生的鋁加工企業(yè)，自開工扶植 以來，西南鋁不竭加強 自立 立異 扶植 能力，沖破 多項要害 手藝 ，己為我國數十項航空航天、國防兵工 和國度 重點扶植 項目供應 了上千個品種、數十萬噸優(yōu)良 鋁材，彌補 了多項國內空白。“九五”至今，西南鋁前后 承當 了近20余項航空材料研制項目，開辟 了2XXX系、7XXX系等合金的新手藝 、新產物 ，構成 了一系列具有自立 常識 產權的科技功效 。西南鋁研發(fā)的一批工業(yè)化前提 下板材、型材、鍛件的新材料、新手藝 ，有用 知足 了我國年夜 中型飛機、年夜 推力火箭等裝備成長 的需要，根基 實現(xiàn)了我國航空航天材料自立 保障。

近些年 來，西南鋁解決了一系列重年夜 要害 手藝 困難 ，開辟 出一年夜 批市場急需、代表國際國內先輩 水平、彌補 國內空白的新產物 和新手藝 ，成為我國鋁加工手藝 提高 和行業(yè)成長 的一面旗號。1987年和1992年，西南鋁國內首家獲得美國波音公司嚴密航空模鍛件、鍛坯臨盆 許可證銅牌；2021年，西南鋁成功實現(xiàn)向法國空中客車供貨；2021年8月，西南鋁成為賽峰公司供給 商；2021年1月，成為龐巴迪公司計謀 合作火伴 。在保障國度 航空鋁材需求的同時，西南鋁眼睛最先 瞄向平易近 用航空市場。今朝 ，西南鋁將與中國商飛結合 展開 航空用鋁合金、鋁鋰合金的研制。

自立 立異 應萬變

十年磨一劍，西南鋁在航空航天鋁材的保障能力扶植 及先輩 航空鋁材的研發(fā)上獲得 了顯著成效，但西南鋁其實不 知足 于短暫的領跑，而是對準 國外先輩 鋁加工企業(yè)，最先 了新一輪奔馳 。

“鋁材研制及加工手藝 在必然 水平 上決議著一個國度 的航空航天家產成長 水平。航空用鋁材平常綜合機能 要求高、臨盆 工序流程長，現(xiàn)有的手藝 辦理模式已難以順應 航空用戶單元 對產物 工藝進程 質量節(jié)制 的邃密 化要求。且因為 先輩 航空材料產物 正處于國產化的早期 階段，與國外先輩 鋁加工企業(yè)比擬 ，我們的競爭力不強是不爭的事實。”西南鋁總工程師黎勇剖析 。

航空產物 平常存在定貨 品種多、數目 少、臨盆 組批艱巨、產物 制品 率低、不亂 性差等問題，嚴重影響了客戶利用 國產航空材料的積極性。為晉升航空航天急需鋁合金材料的保障能力，在航空范疇 搶占先機，西南鋁出力 構建自立 立異 的材料系統(tǒng) 和裝備手藝 系統(tǒng) ，成立了航空材料根本特征 研究團隊、鋁鋰合金開辟 團隊，有針對性地解決材料研發(fā)中的困難 ，進一步晉升企業(yè)新材料研發(fā)水平。

特年夜 型弧形模鍛件的成功研制是西南鋁實施自立 立異 的成功規(guī)范。該模鍛件是航空器的要害 模鍛件，厚度薄、弧度年夜 、易變形，對模鍛工藝要求很高，是高手藝 含量、高附加值的產物 ，此前因為 國外手藝 封閉 ，西南鋁一向 不克不及 臨盆 。為沖破 這一手藝 難關，西南鋁成立專門的攻關小組，年夜 膽實施手藝 立異 ，經由過程 接納 建造 專用對象 、更新優(yōu)化臨盆 工藝等措施，成功解決了一系列困難 ，刷新了我國模鍛件臨盆 史上最長、最重、投影面積最年夜 的汗青 記載 ，彌補 了國內空白。

一次次的自立 立異 ，使現(xiàn)在的西南鋁已具有 第三代航空鋁合金的保障能力，成為我國航空航天工業(yè)材料的主要供給 商。

順應成長 贏未來

緊跟國度 航空材料研發(fā)措施 ，西南鋁與中國航空制造業(yè)早己成為密不行分的配合 體。

“臨盆 年夜 型商用飛機、實現(xiàn)航空鋁材自立 供給是落實《中國制造2025》計謀 、打造中國高端制造新優(yōu)勢的計謀 選擇。”2021年9月，工信部在上海組織召開平易近 機鋁材上下流 合作機制第一次工作會議，激勵平易近 機鋁材研制、臨盆 ，并遷就 難點問題積極調和 整 決和反應 。對參會方之一的西南鋁而言，推動 政策無疑是材料研制路上的一年夜 “利好”，是材料研制工作的主要 導向。

“跟著 首款C919 11月2日總裝下線和 支線客機ARJ21的推行 加速，我國對航空鋁材的需求將進入一個高速增進 期。”張吉龍說，“對西南鋁而言，在國度 年夜 力推動 航空鋁材國產化進程中，既是面對 著成長 新時機 ，也面對 著材料研制工作的新挑戰(zhàn)。”

其實早在2008年7月,我國年夜 飛機項目啟動之初，西南鋁就最先 介入 由中國商飛帶動的材料研制工作。協(xié)助編寫了商飛工藝節(jié)制 （PCD）文件；完成了商飛按照適航要求對西南鋁進行的質量系統(tǒng) 審查認證。國產年夜 飛機C919項目實施全球采購,西南鋁為首款C919供應 了30個規(guī)格的鍛件。今朝 西南鋁臨盆 的鍛件已實現(xiàn)向商飛批量供貨，并與商飛豎立 了重新 材料研發(fā)到貿易 合作全方位的合作關系，已具有 為平易近 用航空供應 鋁合金材料的能力。

未來，跟著 航空航天用鋁材朝高強高韌、耐毀傷 、抗疲憊 、低密度化、可焊接、較強熱不亂 性等標的目的成長 ，為知足 航空材料機能 要求，西南鋁將緊跟新型鋁合金材料需求的措施 ，在晉升鋁材質量辦理水平、材料不亂 性及保供能力上下工夫 。在可期的未來 ，在我國年夜 力推動 航空鋁材完全自立 供給 ，從“制造年夜 國”走向“制造強國”的征程中，西南鋁勢必 年夜 有可為。

寶鈦團體 ：航空鈦材的摸索者

在我國方才 下線的C919年夜 飛機上，鈦合金用量達9.3%，其鈦金屬復合材料由寶鈦團體 有限公司研制。

寶鈦團體 有限公司自C919年夜 飛機項目啟動以來，已前后 承當 了國度 Ti-3Al-2.5V（TA18）管材、β熱處置的Ti-6Al-4VEIL厚板、β處置的Ti-6Al-4V合金型材、TB5板材工程化研制四個DK型號用材料研制義務 ，并充裕 施展 本身 產物 質量、交貨期、價錢 等優(yōu)勢，經由過程 國際招標采購，到達 了C919年夜 飛機對其所用材料質量等嚴厲 前提 ，成為中國商飛公司國內鈦材料的及格 供給 商，為此次正式下線的C919首架機上陸續(xù)供應 了多種規(guī)格的鈦合金棒材、厚板和薄板材料。

這也是寶鈦團體 公司繼本年 9月方才 完成霸占 鈦合金加工制造多項要害 手藝 ，彌補 國內鈦合金研究多項空白，“4500米載人潛水器電子束焊接載人球殼”出廠后，又在C919年夜 飛機上有了“鈦”好摸索。

據悉，復合材料和鈦合金材料的運用 ，有用 下降 了年夜 型客機重量，晉升了飛機的經濟性，這是未來航空范疇 新材料運用 的標的目的。國內年夜 飛機項目帶動了高端制造家產成長 趨向 ，鈦這類 輕型合金運用 必定 會縮小與國外的差距。

在國產年夜 飛機的研制中，鈦合金復合材料的年夜 噸位鍛制成型一向 以來是制約飛機成長 的手藝 瓶頸，因為 鈦合金的密度比鋼小很多 ，而強度又和鋼很接近，是以 ，它可以年夜 年夜 減輕飛機及其發(fā)念頭 的重量。中國科學院院士曹春曉說，國產年夜 飛機C919的布局輕量化和與之相干 的“低油耗”是今朝 航空制造范疇 的競爭焦點之一。油耗幾多直接表現(xiàn) 了飛機及其發(fā)念頭 服役壽命期的經濟性和環(huán)保性的好壞 。美國波音787飛機在2007年的研制進程 中曾投入3億美元研究利用 鈦合金代替鋁合金，以解決超重問題。波音787機體鈦合金用量達15%，創(chuàng)下平易近 用客機機體鈦合金用量最高記載 。而俄羅斯正在研制的新一代150座級的客機MS－21機體鈦合金用量高達25%。我國一些飛機機體布局中的鈦合金用量也在不竭提高，商用客機ARJ21的鈦合金用量為4.8%，而C919客機用鈦量已到達 9.3%，和波音777比擬 略高，波音777為8%。

中國工程院院士劉年夜 響說，航空發(fā)念頭 機能 的提高，在很年夜 水平 上是經由過程 采取 新布局、新材料和新工藝來實現(xiàn)的?，F(xiàn)代先輩 航空發(fā)念頭 機能 、靠得住 性和推許 比的提高，材料和制造手藝 的進獻 率約占50%~60%。年夜 飛機布局輕量化的剛性需求，使航空運用 范疇 愈來愈 離不開鈦。寶鈦股分 為此，積極介入 C919年夜 飛機的材料研制，彌補 了鈦復合材料裝備在飛機范疇 “中國智造”的空白。

在C919年夜 飛機項目研制時代 ，寶鈦團體 依照 適航性認證要求，經由過程 不懈攻關、工藝優(yōu)化、質量改善 等措施，成熟產物 不竭完美 ，新產物 已初具規(guī)模。后期將繼續(xù)施展 家產優(yōu)勢，攻堅克難，加速 研制進度，盡快使所研制產物 獲得 裝機運用 ，為C919年夜 飛機擴年夜 鈦材用量供應 手藝 支持 和材料保障，為國內航空事業(yè)的成長 和盡快實現(xiàn)鈦合金材料國產化做出進獻 。

今朝 ，寶鈦股分 正在進行3D打印手藝 攻關實驗 制造航空發(fā)念頭 方面的摸索。