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為C919造“7050”——國產(chǎn)大飛機用鋁材自主研制紀實

華夏經(jīng)緯網(wǎng) > 新聞 > 大陸新聞 > 時事要聞      2023-06-12 09:13:35

【創(chuàng)新故事】

◎本報記者 雍 黎

5月28日,從上海起飛的國產(chǎn)大飛機C919在首都機場平穩(wěn)著陸,首次載客商業(yè)飛行圓滿成功。

那一刻,遠在重慶的中鋁集團西南鋁業(yè)(集團)有限責(zé)任公司(以下簡稱西南鋁)一片歡騰——C919所用鋁材中,50%以上出自這家企業(yè)。


從C919立項開始,西南鋁就承擔(dān)了國產(chǎn)大飛機用鋁材的研制生產(chǎn)任務(wù)。通過自主創(chuàng)新,他們突破了“從無到有”的難關(guān),并使國產(chǎn)民機鋁材的自主保障率不斷提升。

從零起步 瞄準第三代先進鋁合金

在世界航空發(fā)展史上,有“一代飛機,一代材料”的說法。

大型客機被認為是“現(xiàn)代工業(yè)皇冠上的明珠”,而材料性能是決定飛機性能的首要因素。要制造國產(chǎn)大飛機,必須實現(xiàn)材料自主可控。

在制造商用飛機的主要材料中,鋁合金材料占比達到65%。其中最主要的國際第三代先進鋁合金——7050鋁合金厚板,被稱為“行業(yè)內(nèi)最難鑄造的鋁合金之一”,此前我國還不能自主生產(chǎn)。

“‘7050’廣泛應(yīng)用于飛機機翼梁、肋、機身框、壁板等關(guān)鍵承力部件的制造,是不可或缺的關(guān)鍵性材料。”西南鋁技術(shù)中心副主任工程師、項目組長周華告訴科技日報記者,7050鋁合金厚板的關(guān)鍵生產(chǎn)技術(shù),一直被發(fā)達國家視為核心技術(shù)秘密,嚴加封鎖,“進口材料不僅價格高達每噸十幾萬元,還時常被國外限購。”

“沒有任何經(jīng)驗借鑒,完全從零起步?!鳖^發(fā)花白的西南鋁技術(shù)中心主任楊榮東憶起當(dāng)年,依然心潮澎湃。

2005年,西南鋁與部分高校院所組成產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合攻關(guān)團隊;同時,企業(yè)內(nèi)部也抽調(diào)熔鑄、壓延、鍛造、檢測領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員組成項目組。他們從7050鋁合金大規(guī)格鑄錠制備、厚板軋制、熱處理等方面入手,開始了工業(yè)化制備技術(shù)的系統(tǒng)性研究。

“當(dāng)時大家都憋著一股勁,一定要研制出第三代先進航空鋁合金!”楊榮東說。

百次失敗 打破鑄錠開裂“魔咒”

7050鋁合金厚板強度高、韌度高、耐疲勞、耐損傷,這對原料的純凈度和鑄造技術(shù)都是前所未有的考驗。當(dāng)時,西南鋁熔鑄廠設(shè)備及工裝相對落后,“7050”大規(guī)格鑄錠成型是團隊遇到的第一個“攔路虎”。

“新材料要求強度高,鑄造時第一個難題就是容易開裂?!敝鞴芄こ處熽愋旅裾f,那段時間,項目組成員從鑄造開始就24小時守在爐邊,等著冶煉后最終成型。

一般情況下,細微開裂不影響鋁合金使用,民航材料卻不行。后者安全性要求更高,不僅需要通過適航認證,所有型號的材料都必須滿足各項標準,使用周期還要達到15年左右。

“當(dāng)時最怕聽到‘嘭’的一聲,那是鑄錠開裂了?!敝苋A說,起初沒有中試生產(chǎn)線,所有試驗都直接在企業(yè)的生產(chǎn)線上完成,一爐原料價值四五十萬元,開裂就意味著全部報廢。

那段時間,鑄錠開裂頻發(fā),最多時熔鑄廠堆放了上千噸的開裂鑄錠,損失高達上千萬元。大家既心疼又著急,一邊壓抑著焦慮情緒,一邊摸索著調(diào)整參數(shù)。項目組人員幾個月吃住在辦公室,根據(jù)崗位分工,有人不斷計算調(diào)整合金的濃度比,有人改進熔爐的溫度、冷卻的方式……

“當(dāng)時完全感覺不到累,只想著如何攻克這一難題?!敝苋A說。

歷經(jīng)上百次失敗,項目組通過對合金成分和比例的不斷優(yōu)化,終于打破了鑄錠開裂的“魔咒”,第一塊成型鑄錠在2005年12月誕生。

從“跟”到“并” 民機鋁材走出國門

解決了鑄錠成型問題,隨之而來的另一大難題又擺在項目組面前。

2008年,項目向縱深推進,相繼試制出合格的60毫米、80毫米厚度厚板,但在試制100毫米、120毫米、150毫米厚度超厚板時,產(chǎn)品疲勞性能、高向拉伸性能頻繁出現(xiàn)不達標的情況。項目研究猶如走進“黑洞”。

“經(jīng)過反復(fù)對樣品全面解剖分析,項目組創(chuàng)新性地對材料組織與性能關(guān)系提出了新見解?!笔紫こ處煛r任技術(shù)質(zhì)量部副主任的王正安說。

此后,項目組在坯料規(guī)格、軋制流程、參數(shù)調(diào)控等方面,經(jīng)歷了一次又一次驗證失敗,終于在2009年形成了成熟的工藝方案,試制出了合格的超厚板。

2015年,西南鋁在突破了大規(guī)格鑄錠制備、強變形軋制、強韌化熱處理及殘余應(yīng)力控制等一系列關(guān)鍵技術(shù)后,研制出我國最大截面的7050鋁合金超寬超厚預(yù)拉伸板,建立了7050鋁合金預(yù)拉伸板完整的工業(yè)化制造技術(shù)體系,實現(xiàn)了6.0毫米至203毫米全厚度規(guī)格產(chǎn)品的工業(yè)化生產(chǎn),并在我國航空航天工業(yè)多個重點型號裝備上獲得規(guī)模應(yīng)用。

2017年起,中鋁集團與中國商飛共同梳理出21種關(guān)鍵主結(jié)構(gòu)鋁材,并聯(lián)合國內(nèi)優(yōu)勢團隊開展系統(tǒng)攻關(guān);西南鋁成為國內(nèi)首家國產(chǎn)大飛機用鋁材合格供應(yīng)商,截至目前,已為C919提供了30個規(guī)格、600余件鋁合金材料。

除了配套國內(nèi)航空市場,西南鋁制造的民機鋁材已經(jīng)走出國門。5月23日,中鋁西南鋁、波音公司、中航國際在重慶簽署鍛件項目協(xié)議,將為波音787機型提供鍛件。

“和國際先進的鋁材料企業(yè)比,我們以前是‘跟跑’,現(xiàn)在到了‘并跑’的階段,爭取未來能做到‘領(lǐng)跑’行業(yè)?!蔽髂箱X黨委書記、董事長黎勇表示,“黨的二十大提出加快建設(shè)制造強國、航天強國,西南鋁將堅決履行‘排頭兵、主力軍、引領(lǐng)者’的使命擔(dān)當(dāng),為服務(wù)國家戰(zhàn)略發(fā)揮‘頂梁柱’作用!”

來源:科技日報


責(zé)任編輯:侯哲
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