Aluminiumslegering til raketbrændstoftank
Strukturmaterialer er tæt forbundet med en række problemstillinger såsom design af raketkroppens struktur, fremstillings- og forarbejdningsteknologi, materialeforberedelsesteknologi og økonomi, og er nøglen til at bestemme rakettens startkvalitet og nyttelastkapacitet. I henhold til materialesystemets udviklingsproces kan udviklingsprocessen for raketbrændstoftankmaterialer opdeles i fire generationer. Den første generation er 5-serie aluminiumlegeringer, det vil sige Al-Mg-legeringer. De repræsentative legeringer er 5A06- og 5A03-legeringer. De blev brugt til at fremstille P-2 raketbrændstoftankstrukturer i slutningen af 1950'erne og bruges stadig i dag. 5A06-legeringer indeholder 5,8% Mg til 6,8% Mg, 5A03 er en Al-Mg-Mn-Si-legering. Den anden generation er Al-Cu-baserede 2-serie legeringer. Lagertankene i Kinas Long March-serie af løfteraketter er lavet af 2A14-legeringer, som er en Al-Cu-Mg-Mn-Si-legering. Fra 1970'erne til i dag begyndte Kina at bruge 2219-legeringslagertanke, som er en Al-Cu-Mn-V-Zr-Ti-legering, der er meget udbredt i fremstillingen af forskellige lagertanke til løfteraketter. Samtidig er det også meget udbredt i strukturen af lavtemperaturbrændstoftanke til våbenopsendelser, hvilket er en legering med fremragende lavtemperaturegenskaber og omfattende ydeevne.
Aluminiumlegering til kabinestruktur
Siden udviklingen af affyringsfartøjer i Kina i 1960'erne og frem til i dag er aluminiumlegeringerne til kabinestrukturen i affyringsfartøjer domineret af første generation og anden generations legeringer repræsenteret af 2A12 og 7A09, mens udlandet er kommet ind i den fjerde generation af kabinestrukturelle aluminiumlegeringer (7055 legering og 7085 legering). De er meget udbredte på grund af deres høje styrkeegenskaber, lave bratkølingsfølsomhed og hakfølsomhed. 7055 er en Al-Zn-Mg-Cu-Zr legering, og 7085 er også en Al-Zn-Mg-Cu-Zr legering, men dens urenhedsindhold af Fe og Si er meget lavt, og Zn-indholdet er højt på 7,0%~8,0%. Tredje generations Al-Li legeringer repræsenteret af 2A97, 1460 osv. er blevet anvendt i udenlandske luftfartsindustrier på grund af deres høje styrke, høje modul og høje forlængelse.
Partikelforstærkede aluminiummatrixkompositter har fordelene ved højt modul og høj styrke og kan bruges til at erstatte 7A09-legeringer til fremstilling af semi-monocoque kabinestringere. Institute of Metal Research, Chinese Academy of Sciences, Harbin Institute of Technology, Shanghai Jiaotong University osv. har udført et stort arbejde med forskning og fremstilling af partikelforstærkede aluminiummatrixkompositter med bemærkelsesværdige resultater.
Al-Li-legeringer anvendt i udenlandsk luftfart
Den mest succesfulde anvendelse på udenlandske luftfartøjer er Weldalite Al-Li-legeringen udviklet af Constellium og Quebec RDC, inklusive legeringerne 2195, 2196, 2098, 2198 og 2050. 2195-legering: Al-4.0Cu-1.0Li-0.4Mg-0.4Ag-0.1Zr, som er den første Al-Li-legering, der med succes er blevet kommercialiseret til fremstilling af lavtemperaturbrændstoftanke til raketopsendelser. 2196-legering: Al-2.8Cu-1.6Li-0.4Mg-0.4Ag-0.1Zr, lav densitet, høj styrke, høj brudstyrke, oprindeligt udviklet til Hubble-solpanelrammeprofiler, nu mest brugt til ekstrudering af flyprofiler. 2098-legering: Al-3,5 Cu-1,1Li-0,4Mg-0,4Ag-0,1Zr, oprindeligt udviklet til fremstilling af HSCT-skrog. På grund af dens høje udmattelsesstyrke bruges den nu i F16-jagerflyskrog og Falcon-rumfartøjers brændstoftanke. 2198-legering: Al-3,2Cu-0,9Li-0,4Mg-0,4Ag-0,1Zr, bruges til valsning af plader til kommercielle fly. 2050-legering: Al-3,5Cu-1,0Li-0,4Mg-0,4Ag-0,4Mn-0,1Zr, bruges til at producere tykke plader til erstatning af 7050-T7451-legeringstykke plader til fremstilling af strukturer til kommercielle fly eller raketopsendelseskomponenter. Sammenlignet med 2195-legeringen er Cu+Mn-indholdet i 2050-legeringen relativt lavt for at reducere bratkølingsfølsomheden og opretholde de høje mekaniske egenskaber af den tykke plade. Den specifikke styrke er 4% højere, det specifikke modul er 9% højere, og brudstyrken øges med høj modstandsdygtighed over for spændingskorrosion og høj modstandsdygtighed over for udmattelsesrevnevækst samt høj temperaturstabilitet.
Kinas forskning i smedede ringe brugt i raketstrukturer
Kinas produktionsbase for løfteraketter er placeret i Tianjins økonomiske og teknologiske udviklingszone. Den består af et område for raketforskning og -produktion, et område for anvendelse af luftfartsteknologi og et hjælpeområde. Den integrerer produktion af raketdele, komponentmontering og test af den endelige montering.
Raketdrivstoftanken er dannet af forbindelsescylindre med en længde på 2 m til 5 m. Lagertankene er lavet af aluminiumlegering, så de skal forbindes og forstærkes med smedringe af aluminiumlegering. Derudover skal forbindelsesdele, overgangsringe, overgangsrammer og andre dele af rumfartøjer såsom løfteraketter og rumstationer også bruge forbindelsessmederinge, så smedringe er en meget kritisk type forbindelses- og strukturdele. Southwest Aluminum (Group) Co., Ltd., Northeast Light Alloy Co., Ltd. og Northwest Aluminum Co., Ltd. har udført et stort arbejde inden for forskning og udvikling, fremstilling og forarbejdning af smedringe.
I 2007 overvandt Southwest Aluminum tekniske vanskeligheder såsom storstilet støbning, åbning af smedning af billets, ringvalsning og kolddeformation og udviklede en smedring i aluminiumlegering med en diameter på 5 m. Den oprindelige kerneteknologi til smedearbejde udfyldte det indenlandske hul og blev med succes anvendt på Long March-5B. I 2015 udviklede Southwest Aluminum den første superstore smedring i aluminiumlegering med en diameter på 9 m, hvilket satte verdensrekord. I 2016 besejrede Southwest Aluminum med succes en række centrale kerneteknologier såsom valsning og varmebehandling og udviklede en superstor smedring i aluminiumlegering med en diameter på 10 m, hvilket satte en ny verdensrekord og løste et stort teknisk problem for udviklingen af Kinas tunge løfteraketter.
Redigeret af May Jiang fra MAT Aluminum
Opslagstidspunkt: 1. december 2023
