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国产铝型材生产发展及应用现状扫描

浏览次数: 日期:2017-01-13

  近期,工信部召开民机铝材上下游合作机制第一次工作会议,强调大力推进航空铝材完全自主供应。随着国产大飞机C919年内总装下线,以及支线客机ARJ21的推广加速,我国对航空铝材的需求将进入一个高速增长期,这对于航空业和铝材业来说,既是发展新机遇也是工作新挑战。

  铝合金是以纯铝与铜、硅、镁、锌、锰其他合金元素合成的一类高性能有色金属材料,被广泛用于航空、航天、兵器、核工业、高速列车等领域,其中,铝合金在航空领域的应用尤其广泛,被誉为“百年航空,百年铝合金”。铝合金作为构成飞机的主要机体材料之一,在航空制造中具有非常重要的地位。

  高速发展的航空铝材

  2011年,我国第一条与国家大飞机等项目配套的铝合金厚板生产线在西南铝建成投产,使我国成为继美国、日本、德国和俄罗斯之后,又一个能够实现铝合金厚板规模化生产的国家。这条生产线的建成投产,实现了几代铝加工人的夙愿,对于进一步提升我国铝加工业的整体发展水平,提升我国国防建设和航空工业急需铝合金材料的保障能力、助推我国大飞机建设、具有极其重要的意义。

  厚板生产线建成投产只是航空铝材发展的第一步。铝材生产不断增强自主创新建设能力,突破多项关键技术,解决了一系列重大关键技术难题,开发出一大批市场急需、代表国际国内先进水平、填补国内空白的新产品和新技术,形成了一系列具有自主知识产权的科技成果,为我国航空航天、国防军工和国家重点建设项目提供了优质的铝材。

  近年来,我国航空铝加工企业不断加强对外交流探索,与波音公司、空中客车、赛峰公司、庞巴迪公司等知名航空制造企业开展合作,进一步提高航空铝加工水平。“铝材研制及加工技术在一定程度上决定着一个国家的航空航天产业发展水平。航空用铝材通常综合性能要求高、生产工序流程长,现有的技术管理模式已难以适应航空用户单位对产品工艺过程质量控制的精细化要求。并且,由于先进航空材料产品正处于国产化的初期阶段,与国外先进铝加工企业相比,我们的竞争力不强是不争的事实。”西南铝总工程师黎勇分析说。

  航空产品通常存在订货品种多、数量少、生产组批困难、产品成品率低、稳定性差等问题,严重影响了客户使用国产航空材料的积极性。为提升航空急需铝合金材料的保障能力,在航空领域抢占先机,就必须构建自主创新的材料体系和装备技术体系,有针对性地解决材料研发中的难题,进一步提升新材料研发水平。

  特大型弧形模锻件的成功研制是我国实施自主创新的成功范例。该模锻件是航空器的关键模锻件,厚度薄、弧度大、易变形,对模锻工艺要求很高,是高技术含量、高附加值的产品,此前我国一直不能生产。为突破这一技术难关,西南铝成立专门的攻关小组,大胆实施技术创新,通过采取制作专用工具、更新优化生产工艺等措施,成功解决了超设备能力的模锻成形技术、特大型弧形模锻件尺寸控制技术、特大型模锻件去应力技术等一系列难题,刷新了我国模锻件生产史上最长、最重、投影面积最大的历史纪录,填补了国内空白。

  民机铝合金应用现状

  从相关资料统计分析来看,当今世界主要的民机,铝材用量均在70%以上,其中应用最多的是Al-Cu系合金(2xxx)及Al-Zn-Mg系合金(7xxx)系列铝合金,主要用于飞机蒙皮、框梁、壁板、油箱等。复合材料虽能显著减轻飞行器重量,但制造成本昂贵、后期维护难度大、湿热性差,而铝材在多年的应用中积累了足够的实践经验,其性能特点得到了充分的验证。从整个产业寿命周期来看,复材在品质、成本、环保上未必能保持优势,欧美在是否进一步扩大复材的应用范围上也持保留态度,这为铝材的发展提供了良好的契机,及时推出适应新要求的新型铝材显得尤为重要。

  随着传统铝合金应用比例呈下降趋势,新型铝锂合金应用也逐渐增多。对于铝合金来说,锂元素是降低密度和提高比刚度的最佳元素。空客A350创新性的采用了铝锂合金制造机身蒙皮与地板结构,用量达到机身重量的22%;A380机身蒙皮、地板梁、机翼前后缘均使用了铝锂合金;庞巴迪C系飞机中,先进铝锂合金材料部件已经占到飞机材料总量的20%;EH101多用途直升机大量采用了铝锂合金。在国内,大型客机C919的机身等直部段,是民用飞机生产中首次使用铝锂合金。

  随着飞机速度、寿命、绿色环保等要求的不断提升,航空工业需要更高比强度、高比刚度、高韧性、高耐热、高疲劳寿命、高耐腐蚀性、高损伤容限、易加工的新型合金材料。未来铝材发展必须在原来的基础上不断改进,降低生产成本,提高可成形性与使用性能,加速研发高纯度、高均匀度、超细化的铝合金,低内应力铝材厚板,并提高厚板的整体制造能力,提升铝材切削性和磨削性,时效成形及超塑成形的工艺适应性,可焊接性,研发可快用于激光快速近/净成形的铝合金粉末,研究新型铝材热处理技术,是铝合金材料及制造技术研究、发展的难点和重点。

  协同并进赢未来

  “生产大型商用飞机、实现航空铝材自主供给是落实《中国制造2025》战略、打造中国高端制造新优势的战略选择。”2015年9月,工信部在上海组织召开民机铝材上下游合作机制第一次工作会议,鼓励民机铝材研制、生产,并将就难点问题积极协调解决和反映。对航空业和铝材业而言,无疑都是一大利好消息,是未来行业发展的重要导向。

  未来,随着航空航天用铝材朝高强高韧、耐损伤、抗疲劳、低密度化、可焊接、低各向异性、较强热稳定性等方向发展,国产铝必将紧跟新型铝合金材料需求的步伐,协同并进,推进我国从“制造大国”走向“制造强国”。

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