突破技術封鎖,為C919造“7050”

發布時間:2023-06-19

作者:科技日報

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作為國產大飛機C919不可或缺的關鍵性材料,7050鋁合金厚板廣泛應用于飛機機翼梁、肋、機身框、壁板等關鍵承力部件的制造,被稱為“行業內最難鑄造的鋁合金之一”。

面對國外重重技術封鎖以及限購,中國人自主研發的關鍵主結構鋁材從2005年組織攻關團隊*到為國產大飛機、波音787供貨,走了整整18年。在這期間團隊經歷了何種困難?克服了哪些技術難點?

01 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都是前所未有的考驗。當時,西南鋁熔鑄廠設備及工裝相對落后,“7050”大規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。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。

那段時間,鑄錠開裂頻發,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,一邊摸索著調整參數。項目組人員幾個月吃住在辦公室,根據崗位分工,有人不斷計算調整合金的濃度比,有人改進熔爐的溫度、冷卻的方式……

歷經上百次失敗,項目組通過對合金成分和比例的不斷優化,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。

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西南鋁技術員在測量C919飛機用模鍛件

02 從無到有 建立工業化制造技術體系

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,產品疲勞性能、高向拉伸性能頻繁出現不達標的情況。

經過反復對樣品全面解剖分析,項目組創新性地對材料組織與性能關系提出了新見解。此后,項目組在坯料規格、軋制流程、參數調控等方面,經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格鑄錠制備、強變形軋制、強韌化熱處理及殘余應力控制等一系列關鍵技術后,研制出我國最大截面的7050鋁合金超寬超厚預拉伸板,建立了7050鋁合金預拉伸板完整的工業化制造技術體系,實現了6.0毫米至203毫米全厚度規格產品的工業化生產,并在我國航空航天工業多個重點型號裝備上獲得規模應用。

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2018年4月,西南鋁7050鋁合金厚板正式通過中國民用航空適航鑒定,獲得中國商飛授權,進入C919飛機合格產品目錄

“突破一系列關鍵技術”九個字說出口容易,但實際付出的是成倍的努力與汗水,每一個技術都是如此。以強韌化熱處理技術為例,它的成功建立在團隊人員大量創新研發工作的基礎上:

①在發展完善了7000系鋁合金鑄錠均勻化退火處理和變形加工材固溶熱處理過程中的復雜凝固析出相-彌散相-基體組織的協同調控理論的基礎上,開發了實用化的鑄錠雙級和多級均勻化退火處理新技術、變形加工材多級固溶熱處理新技術;

②在發展完善了晶內與晶界時效沉淀相協同調控理論的基礎上,開發了實用化的T79、T76和T74雙級過時效熱處理技術,以及與國外現有工藝相比具有更寬的高溫回歸處理時間窗口、適用于更大厚度制品生產的三級時效熱處理新技術;

③在上述創新工作的基礎上,建立了完整的、包括鑄錠雙級/多級均勻化退火處理、變形加工材多級固溶熱處理、T6單級峰時效、T79雙級微度過時效、T76雙級淺度過時效、T74雙級中度過時效、T73雙級深度過時效、三級時效在內的7000系鋁合金強韌化熱處理技術體系。

03 從“跟”到“并” 民機鋁材走出國門

2017年起,中鋁集團與中國商飛共同梳理出21種關鍵主結構鋁材,并聯合國內優勢團隊開展系統攻關;西南鋁成為國內首家國產大飛機用鋁材合格供應商,截至目前,已為C919提供了30個規格、600余件鋁合金材料。

除了配套國內航空市場,西南鋁制造的民機鋁材已經走出國門。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議,將為波音787機型提供鍛件。

和國際先進的鋁材料企業比,我們從“跟跑”跨越到“并跑”的階段,并且為未來的“領跑”蓄力。