Aluminiumlegering för raketbränsletank
Strukturmaterial är nära besläktade med en rad frågor som raketkroppsstrukturdesign, tillverknings- och bearbetningsteknik, materialberedning och ekonomi, och är nyckeln till att bestämma raketens startkvalitet och nyttolastkapacitet. Enligt materialsystemets utvecklingsprocess kan utvecklingsprocessen för raketbränsletankmaterial delas in i fyra generationer. Den första generationen är 5-seriens aluminiumlegeringar, det vill säga Al-Mg-legeringar. De representativa legeringarna är 5A06- och 5A03-legeringar. De användes för att tillverka P-2-raketbränsletankstrukturer i slutet av 1950-talet och används fortfarande idag. 5A06-legeringar som innehåller 5,8 % Mg till 6,8 % Mg, 5A03 är en Al-Mg-Mn-Si-legering. Den andra generationen är Al-Cu-baserade 2-seriens legeringar. Lagringstankarna i Kinas Long March-serie av uppskjutningsfordon är tillverkade av 2A14-legeringar, som är en Al-Cu-Mg-Mn-Si-legering. Från 1970-talet till idag har Kina börjat använda 2219-legeringar för tillverkning av lagringstankar, en Al-Cu-Mn-V-Zr-Ti-legering, som används flitigt vid tillverkning av olika typer av lagringstankar för uppskjutningsfordon. Samtidigt används den också flitigt i konstruktionen av lågtemperaturbränsletankar för vapenuppskjutningar, vilket är en legering med utmärkta lågtemperaturprestanda och omfattande prestanda.
Aluminiumlegering för hyttstruktur
Sedan utvecklingen av uppskjutningsfordon i Kina på 1960-talet och fram till idag har aluminiumlegeringarna för kabinstrukturen i uppskjutningsfordon dominerats av den första och andra generationens legeringar representerade av 2A12 och 7A09, medan utländska länder har infört den fjärde generationens aluminiumlegeringar för kabinstruktur (7055-legering och 7085-legering). De används ofta på grund av deras höga hållfasthetsegenskaper, låga kylningskänslighet och skårkänslighet. 7055 är en Al-Zn-Mg-Cu-Zr-legering, och 7085 är också en Al-Zn-Mg-Cu-Zr-legering, men dess innehåll av föroreningar Fe och Si är mycket lågt, och Zn-halten är hög, 7,0 % ~ 8,0 %. Tredje generationens Al-Li-legeringar representerade av 2A97, 1460, etc. har använts inom utländsk flygindustri på grund av deras höga hållfasthet, höga modul och höga töjning.
Partikelförstärkta aluminiummatriskompositer har fördelarna med hög modul och hög hållfasthet och kan användas för att ersätta 7A09-legeringar för att tillverka halvmonocoque kabinstringers. Institutet för metallforskning, Kinesiska vetenskapsakademin, Harbin Institute of Technology, Shanghai Jiaotong University, etc. har gjort mycket arbete med forskning och framställning av partikelförstärkta aluminiummatriskompositer, med anmärkningsvärda framsteg.
Al-Li-legeringar som används i utländsk flyg- och rymdindustri
Den mest framgångsrika tillämpningen på utländska flygfarkoster är Weldalite Al-Li-legeringen som utvecklats av Constellium och Quebec RDC, inklusive legeringarna 2195, 2196, 2098, 2198 och 2050. 2195-legering: Al-4.0Cu-1.0Li-0.4Mg-0.4Ag-0.1Zr, som är den första Al-Li-legeringen som framgångsrikt kommersialiserats för tillverkning av lågtemperaturbränsletankar för raketuppskjutningar. 2196-legering: Al-2.8Cu-1.6Li-0.4Mg-0.4Ag-0.1Zr, låg densitet, hög hållfasthet, hög brottseghet, ursprungligen utvecklad för Hubble-solpanelers ramprofiler, används nu mestadels för extrudering av flygplansprofiler. 2098-legering: Al-3.5 Cu-1.1Li-0.4Mg-0.4Ag-0.1Zr, ursprungligen utvecklad för tillverkning av HSCT-flygplanskropp, på grund av sin höga utmattningshållfasthet används den nu i F16-stridsflygplansflygplanskroppar och Falcon-rymdfarkosters bränsletankar. 2198-legering: Al-3.2Cu-0.9Li-0.4Mg-0.4Ag-0.1Zr, används för valsning av plåt till kommersiella flygplan. 2050-legering: Al-3.5Cu-1.0Li-0.4Mg-0.4Ag-0.4Mn-0.1Zr, används för att producera tjocka plattor för att ersätta 7050-T7451-legeringstjocka plattor för tillverkning av kommersiella flygplansstrukturer eller raketuppskjutningskomponenter. Jämfört med 2195-legeringen är Cu+Mn-halten i 2050-legeringen relativt låg för att minska kylningskänsligheten och bibehålla de höga mekaniska egenskaperna hos den tjocka plåten. Den specifika hållfastheten är 4 % högre, den specifika modulen är 9 % högre och brottsegheten ökar med hög motståndskraft mot spänningskorrosion och hög motståndskraft mot utmattningsspricktillväxt, samt hög temperaturstabilitet.
Kinas forskning om smidningsringar som används i raketstrukturer
Kinas tillverkningsbas för bärraketer ligger i Tianjins ekonomiska och tekniska utvecklingszon. Den består av ett område för raketforskning och produktion, ett område för tillämpningar inom flyg- och rymdteknik och ett stödområde. Den integrerar produktion av raketdelar, komponentmontering och slutlig monteringstestning.
Raketdrivmedelstanken består av sammankopplade cylindrar med en längd på 2 till 5 meter. Tankarna är tillverkade av aluminiumlegering, så de måste anslutas och förstärkas med smidringar av aluminiumlegering. Dessutom måste kopplingar, övergångsringar, övergångsramar och andra delar av rymdfarkoster, såsom uppskjutningsfordon och rymdstationer, också använda smidringar, så smidringar är en mycket viktig typ av sammankopplande och strukturella delar. Southwest Aluminum (Group) Co., Ltd., Northeast Light Alloy Co., Ltd. och Northwest Aluminum Co., Ltd. har gjort mycket arbete inom forskning och utveckling, tillverkning och bearbetning av smidringar.
År 2007 övervann Southwest Aluminum tekniska svårigheter som storskalig gjutning, smide av ämnen, ringvalsning och kalldeformation och utvecklade en smidningsring i aluminiumlegering med en diameter på 5 m. Den ursprungliga kärnsmidningstekniken fyllde det inhemska gapet och tillämpades framgångsrikt på Long March-5B. År 2015 utvecklade Southwest Aluminum den första superstora smidningsringen i aluminiumlegering med en diameter på 9 m, vilket satte världsrekord. År 2016 erövrade Southwest Aluminum framgångsrikt ett antal viktiga kärnteknologier som valsformning och värmebehandling, och utvecklade en superstor smidningsring i aluminiumlegering med en diameter på 10 m, vilket satte ett nytt världsrekord och löste ett stort tekniskt problem för utvecklingen av Kinas tunga bärraketer.
Redigerad av May Jiang från MAT Aluminum
Publiceringstid: 1 december 2023
