長(zhǎng)空之“鋁”：國(guó)產(chǎn)鋁材生產(chǎn)發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀掃描

    近期,工信部召開民機(jī)鋁材上下游合作機(jī)制第一次工作會(huì)議,強(qiáng)調(diào)大力推進(jìn)航空鋁材完全自主供應(yīng).隨著國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)C919年內(nèi)總裝下線,以及支線客機(jī)ARJ21的推廣加速,我國(guó)對(duì)航空鋁材的需求將進(jìn)入一個(gè)高速增長(zhǎng)期,這對(duì)于航空業(yè)和鋁材業(yè)來說,既是發(fā)展新機(jī)遇也是工作新挑戰(zhàn).

    鋁合金是以純鋁與銅、硅、鎂、鋅、錳其他合金元素合成的一類高性能有色金屬材料,被廣泛用于航空、航天、兵器、核工業(yè)、高速列車等領(lǐng)域,其中,鋁合金在航空領(lǐng)域的應(yīng)用尤其廣泛,被譽(yù)為"百年航空,百年鋁合金".鋁合金作為構(gòu)成飛機(jī)的主要機(jī)體材料之一,在航空制造中具有非常重要的地位.

    2011年,我國(guó)第一條與國(guó)家大飛機(jī)等項(xiàng)目配套的鋁合金厚板生產(chǎn)線在西南鋁建成投產(chǎn),使我國(guó)成為繼美國(guó)、日本、德國(guó)和俄羅斯之后,又一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)鋁合金厚板規(guī)模化生產(chǎn)的國(guó)家.這條生產(chǎn)線的建成投產(chǎn),實(shí)現(xiàn)了幾代鋁加工人的夙愿,對(duì)于進(jìn)一步提升我國(guó)鋁加工業(yè)的整體發(fā)展水平,提升我國(guó)國(guó)防建設(shè)和航空工業(yè)急需鋁合金材料的保障能力、助推我國(guó)大飛機(jī)建設(shè)、具有極其重要的意義.

    厚板生產(chǎn)線建成投產(chǎn)只是航空鋁材發(fā)展的第一步.鋁材生產(chǎn)不斷增強(qiáng)自主創(chuàng)新建設(shè)能力,突破多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù),解決了一系列重大關(guān)鍵技術(shù)難題,開發(fā)出一大批市場(chǎng)急需、代表國(guó)際國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平、填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白的新產(chǎn)品和新技術(shù),形成了一系列具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的科技成果,為我國(guó)航空航天、國(guó)防軍工和國(guó)家重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目提供了優(yōu)質(zhì)的鋁材.

    近年來,我國(guó)航空鋁加工企業(yè)不斷加強(qiáng)對(duì)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制造企業(yè)開展合作,進(jìn)一步提高航空鋁加工水平."鋁材研制及加工技術(shù)在一定程度上決定著一個(gè)國(guó)家的航空航天產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平.航空用鋁材通常綜合性能要求高、生產(chǎn)工序流程長(zhǎng),現(xiàn)有的技術(shù)管理模式已難以適應(yīng)航空用戶單位對(duì)產(chǎn)品工藝過程質(zhì)量控制的精細(xì)化要求.并且,由于先進(jìn)航空材料產(chǎn)品正處于國(guó)產(chǎn)化的初期階段,與國(guó)外先進(jìn)鋁加工企業(yè)相比,我們的競(jìng)爭(zhēng)力不強(qiáng)是不爭(zhēng)的事實(shí)."西南鋁總工程師黎勇分析說.

    航空產(chǎn)品通常存在訂貨品種多、數(shù)量少、生產(chǎn)組批困難、產(chǎn)品成品率低、穩(wěn)定性差等問題,嚴(yán)重影響了客戶使用國(guó)產(chǎn)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(lǐng)域搶占先機(jī),就必須構(gòu)建自主創(chuàng)新的材料體系和裝備技術(shù)體系,有針對(duì)性地解決材料研發(fā)中的難題,進(jìn)一步提升新材料研發(fā)水平.

    特大型弧形模鍛件的成功研制是我國(guó)實(shí)施自主創(chuàng)新的成功范例.該模鍛件是航空器的關(guān)鍵模鍛件,厚度薄、弧度大、易變形,對(duì)模鍛工藝要求很高,是高技術(shù)含量、高附加值的產(chǎn)品,此前我國(guó)一直不能生產(chǎn).為突破這一技術(shù)難關(guān),西南鋁成立專門的攻關(guān)小組,大膽實(shí)施技術(shù)創(chuàng)新,通過采取制作專用工具、更新優(yōu)化生產(chǎn)工藝等措施,成功解決了超設(shè)備能力的模鍛成形技術(shù)、特大型弧形模鍛件尺寸控制技術(shù)、特大型模鍛件去應(yīng)力技術(shù)等一系列難題,刷新了我國(guó)模鍛件生產(chǎn)史上最長(zhǎng)、最重、投影面積最大的歷史紀(jì)錄,填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白.

    民機(jī)鋁合金應(yīng)用現(xiàn)狀

    從相關(guān)資料統(tǒng)計(jì)分析來看,當(dāng)今世界主要的民機(jī),鋁材用量均在70%以上,其中應(yīng)用最多的是Al-Cu系合金(2xxx)及Al-Zn-Mg系合金(7xxx)系列鋁合金,主要用于飛機(jī)蒙皮、框梁、壁板、油箱等.復(fù)合材料雖能顯著減輕飛行器重量,但制造成本昂貴、后期維護(hù)難度大、濕熱性差,而鋁材在多年的應(yīng)用中積累了足夠的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),其性能特點(diǎn)得到了充分的驗(yàn)證.從整個(gè)產(chǎn)業(yè)壽命周期來看,復(fù)材在品質(zhì)、成本、環(huán)保上未必能保持優(yōu)勢(shì),歐美在是否進(jìn)一步擴(kuò)大復(fù)材的應(yīng)用范圍上也持保留態(tài)度,這為鋁材的發(fā)展提供了良好的契機(jī),及時(shí)推出適應(yīng)新要求的新型鋁材顯得尤為重要.

    隨著傳統(tǒng)鋁合金應(yīng)用比例呈下降趨勢(shì),新型鋁鋰合金應(yīng)用也逐漸增多.對(duì)于鋁合金來說,鋰元素是降低密度和提高比剛度的最佳元素.空客A350創(chuàng)新性的采用了鋁鋰合金制造機(jī)身蒙皮與地板結(jié)構(gòu),用量達(dá)到機(jī)身重量的22%;A380機(jī)身蒙皮、地板梁、機(jī)翼前后緣均使用了鋁鋰合金;龐巴迪C系飛機(jī)中,先進(jìn)鋁鋰合金材料部件已經(jīng)占到飛機(jī)材料總量的20%;EH101多用途直升機(jī)大量采用了鋁鋰合金.在國(guó)內(nèi),大型客機(jī)C919的機(jī)身等直部段,是民用飛機(jī)生產(chǎn)中首次使用鋁鋰合金.

    隨著飛機(jī)速度、壽命、綠色環(huán)保等要求的不斷提升,航空工業(yè)需要更高比強(qiáng)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(fā)展必須在原來的基礎(chǔ)上不斷改進(jìn),降低生產(chǎn)成本,提高可成形性與使用性能,加速研發(fā)高純度、高均勻度、超細(xì)化的鋁合金,低內(nèi)應(yīng)力鋁材厚板,并提高厚板的整體制造能力,提升鋁材切削性和磨削性,時(shí)效成形及超塑成形的工藝適應(yīng)性,可焊接性,研發(fā)可快用于激光快速近/凈成形的鋁合金粉末,研究新型鋁材熱處理技術(shù),是鋁合金材料及制造技術(shù)研究、發(fā)展的難點(diǎn)和重點(diǎn).

    協(xié)同并進(jìn)贏未來

    "生產(chǎn)大型商用飛機(jī)、實(shí)現(xiàn)航空鋁材自主供給是落實(shí)《中國(guó)制造2025》戰(zhàn)略、打造中國(guó)高端制造新優(yōu)勢(shì)的戰(zhàn)略選擇."2015年9月,工信部在上海組織召開民機(jī)鋁材上下游合作機(jī)制第一次工作會(huì)議,鼓勵(lì)民機(jī)鋁材研制、生產(chǎn),并將就難點(diǎn)問題積極協(xié)調(diào)解決和反映.對(duì)航空業(yè)和鋁材業(yè)而言,無疑都是一大利好消息,是未來行業(yè)發(fā)展的重要導(dǎo)向.

    未來,隨著航空航天用鋁材朝高強(qiáng)高韌、耐損傷、抗疲勞、低密度化、可焊接、低各向異性、較強(qiáng)熱穩(wěn)定性等方向發(fā)展,國(guó)產(chǎn)鋁必將緊跟新型鋁合金材料需求的步伐,協(xié)同并進(jìn),推進(jìn)我國(guó)從"制造大國(guó)"走向"制造強(qiáng)國(guó)".