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長空之“鋁”:國產鋁材生產發展及應用現狀掃描

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長空之“鋁”:國產鋁材生產發展及應用現狀掃描

發布日期:2016-02-13 00:00 來源: 點擊:

 近期,工信部召開民機鋁材上下遊合作機製第一次工作會議,強調大力推進航空鋁材完全自主供應。隨著國產大飛機C919年內總裝下線,以及支線客機ARJ21的推廣加速,我國對航空鋁材的需求將進入一個高速增長期,這對於航空業和鋁材業來說,既是發展新機遇也是工作新挑戰。

  鋁合金是以純鋁與銅、矽、鎂、鋅、錳其他合金元素合成的一類高性能有色金屬材料,被廣泛用於航空、航天、兵器、核工業、高速列車等領域,其中,鋁合金在航空領域的應用尤其廣泛,被譽為“百年航空,百年鋁合金”。鋁合金作為構成飛機的主要機體材料之一,在航空製造中具有非常重要的地位。

高速發展的航空鋁材

  2011年,我國第一條與國家大飛機等項目配套的鋁合金厚板生產線在西南鋁建成投產,使我國成為繼美國、日本、德國和俄羅斯之後,又一個能夠實現鋁合金厚板規模化生產的國家。這條生產線的建成投產,實現了幾代鋁加工人的夙願,對於進一步提升我國鋁加工業的整體發展水平,提升我國國防建設和航空工業急需鋁合金材料的保障能力、助推我國大飛機建設、具有極其重要的意義。

  厚板生產線建成投產隻是航空鋁材發展的第一步。鋁材生產不斷增強自主創新建設能力,突破多項關鍵技術,解決了一係列重大關鍵技術難題,開發出一大批市場急需、代表國際國內先進水平、填補國內空白的新產品和新技術,形成了一係列具有自主知識產權的科技成果,為我國航空航天、國防軍工和國家重點建設項目提供了優質的鋁材。

  近年來,我國航空鋁加工企業不斷加強對外交流探索,與波音公司、空中客車、賽峰公司、龐巴迪公司等知名航空製造企業開展合作,進一步提高航空鋁加工水平。“鋁材研製及加工技術在一定程度上決定著一個國家的航空航天產業發展水平。航空用鋁材通常綜合性能要求高、生產工序流程長,現有的技術管理模式已難以適應航空用戶單位對產品工藝過程質量控製的精細化要求。並且,由於先進航空材料產品正處於國產化的初期階段,與國外先進鋁加工企業相比,我們的競爭力不強是不爭的事實。”西南鋁總工程師黎勇分析說。

  航空產品通常存在訂貨品種多、數量少、生產組批困難、產品成品率低、穩定性差等問題,嚴重影響了客戶使用國產航空材料的積極性。為提升航空急需鋁合金材料的保障能力,在航空領域搶占先機,就必須構建自主創新的材料體係和裝備技術體係,有針對性地解決材料研發中的難題,進一步提升新材料研發水平。

  特大型弧形模鍛件的成功研製是我國實施自主創新的成功範例。該模鍛件是航空器的關鍵模鍛件,厚度薄、弧度大、易變形,對模鍛工藝要求很高,是高技術含量、高附加值的產品,此前我國一直不能生產。為突破這一技術難關,西南鋁成立專門的攻關小組,大膽實施技術創新,通過采取製作專用工具、更新優化生產工藝等措施,成功解決了超設備能力的模鍛成形技術、特大型弧形模鍛件尺寸控製技術、特大型模鍛件去應力技術等一係列難題,刷新了我國模鍛件生產史上最長、最重、投影麵積最大的曆史紀錄,填補了國內空白。

  民機鋁合金應用現狀

  從相關資料統計分析來看,當今世界主要的民機,鋁材用量均在70%以上,其中應用最多的是Al-Cu係合金(2xxx)及Al-Zn-Mg係合金(7xxx)係列鋁合金,主要用於飛機蒙皮、框梁、壁板、油箱等。複合材料雖能顯著減輕飛行器重量,但製造成本昂貴、後期維護難度大、濕熱性差,而鋁材在多年的應用中積累了足夠的實踐經驗,其性能特點得到了充分的驗證。從整個產業壽命周期來看,複材在品質、成本、環保上未必能保持優勢,歐美在是否進一步擴大複材的應用範圍上也持保留態度,這為鋁材的發展提供了良好的契機,及時推出適應新要求的新型鋁材顯得尤為重要。

  隨著傳統鋁合金應用比例呈下降趨勢,新型鋁鋰合金應用也逐漸增多。對於鋁合金來說,鋰元素是降低密度和提高比剛度的最佳元素。空客A350創新性的采用了鋁鋰合金製造機身蒙皮與地板結構,用量達到機身重量的22%;A380機身蒙皮、地板梁、機翼前後緣均使用了鋁鋰合金;龐巴迪C係飛機中,先進鋁鋰合金材料部件已經占到飛機材料總量的20%;EH101多用途直升機大量采用了鋁鋰合金。在國內,大型客機C919的機身等直部段,是民用飛機生產中首次使用鋁鋰合金。

  隨著飛機速度、壽命、綠色環保等要求的不斷提升,航空工業需要更高比強度、高比剛度、高韌性、高耐熱、高疲勞壽命、高耐腐蝕性、高損傷容限、易加工的新型合金材料。未來鋁材發展必須在原來的基礎上不斷改進,降低生產成本,提高可成形性與使用性能,加速研發高純度、高均勻度、超細化的鋁合金,低內應力鋁材厚板,並提高厚板的整體製造能力,提升鋁材切削性和磨削性,時效成形及超塑成形的工藝適應性,可焊接性,研發可快用於激光快速近/淨成形的鋁合金粉末,研究新型鋁材技術,是鋁合金材料及製造技術研究、發展的難點和重點。

  協同並進贏未來

  “生產大型商用飛機、實現航空鋁材自主供給是落實《中國製造2025》戰略、打造中國高端製造新優勢的戰略選擇。”2015年9月,工信部在上海組織召開民機鋁材上下遊合作機製第一次工作會議,鼓勵民機鋁材研製、生產,並將就難點問題積極協調解決和反映。對航空業和鋁材業而言,無疑都是一大利好消息,是未來行業發展的重要導向。

  未來,隨著航空航天用鋁材朝高強高韌、耐損傷、抗疲勞、低密度化、可焊接、低各向異性、較強熱穩定性等方向發展,國產鋁必將緊跟新型鋁合金材料需求的步伐,協同並進,推進我國從“製造大國”走向“製造強國”。


 

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