Aliaj de aluminiu pentru rezervorul de combustibil pentru rachetă
Materialele structurale sunt strâns legate de o serie de aspecte precum proiectarea structurii corpului rachetei, tehnologia de fabricație și procesare, tehnologia de preparare a materialelor și economia și sunt cheia determinării calității decolării și a capacității utile a rachetei. Conform procesului de dezvoltare a sistemului de materiale, procesul de dezvoltare a materialelor pentru rezervoarele de combustibil pentru rachete poate fi împărțit în patru generații. Prima generație este formată din aliaje de aluminiu din seria 5, adică aliaje Al-Mg. Aliajele reprezentative sunt aliajele 5A06 și 5A03. Acestea au fost utilizate pentru fabricarea structurilor rezervoarelor de combustibil pentru rachete P-2 la sfârșitul anilor 1950 și sunt utilizate și astăzi. Aliajele 5A06 conțin între 5,8% Mg și 6,8% Mg, iar 5A03 este un aliaj Al-Mg-Mn-Si. A doua generație este formată din aliaje din seria 2 pe bază de Al-Cu. Rezervoarele de stocare ale seriei de vehicule de lansare Long March din China sunt fabricate din aliaje 2A14, care sunt un aliaj Al-Cu-Mg-Mn-Si. Din anii 1970 până în prezent, China a început să utilizeze rezervoare de stocare din aliaj 2219, un aliaj Al-Cu-Mn-V-Zr-Ti, utilizat pe scară largă în fabricarea diferitelor rezervoare de stocare pentru vehicule de lansare. În același timp, este utilizat pe scară largă și în structura rezervoarelor de combustibil la temperatură joasă pentru lansarea armelor, fiind un aliaj cu performanțe excelente la temperatură joasă și performanțe complete.
Aliaj de aluminiu pentru structura cabinei
De la dezvoltarea vehiculelor de lansare în China în anii 1960 și până în prezent, aliajele de aluminiu pentru structura cabinei vehiculelor de lansare sunt dominate de aliajele de prima și a doua generație, reprezentate de 2A12 și 7A09, în timp ce țările străine au intrat în a patra generație de aliaje de aluminiu pentru structura cabinei (aliajul 7055 și aliajul 7085), acestea fiind utilizate pe scară largă datorită proprietăților lor de rezistență ridicată, sensibilității reduse la călire și sensibilității la crestături. 7055 este un aliaj Al-Zn-Mg-Cu-Zr, iar 7085 este, de asemenea, un aliaj Al-Zn-Mg-Cu-Zr, dar conținutul său de impurități Fe și Si este foarte scăzut, iar conținutul de Zn este ridicat, de 7,0% ~ 8,0%. Aliajele Al-Li de a treia generație, reprezentate de 2A97, 1460 etc., au fost utilizate în industriile aerospațiale străine datorită rezistenței lor ridicate, modulului ridicat de elasticitate și alungirii mari.
Compozitele cu matrice de aluminiu armate cu particule au avantajele unui modul de elasticitate ridicat și ale unei rezistențe ridicate și pot fi utilizate pentru a înlocui aliajele 7A09 în fabricarea unor lonjeroane de cabină semi-monococă. Institutul de Cercetare a Metalelor, Academia Chineză de Științe, Institutul de Tehnologie Harbin, Universitatea Jiaotong din Shanghai etc. au depus o muncă semnificativă în cercetarea și prepararea compozitelor cu matrice de aluminiu armate cu particule, cu realizări remarcabile.
Aliaje Al-Li utilizate în industria aerospațială străină
Cea mai de succes aplicație pe vehiculele aerospațiale străine este aliajul Weldalite Al-Li, dezvoltat de Constellium și RDC Quebec, inclusiv aliajele 2195, 2196, 2098, 2198 și 2050. Aliajul 2195: Al-4.0Cu-1.0Li-0.4Mg-0.4Ag-0.1Zr, care este primul aliaj Al-Li comercializat cu succes pentru fabricarea rezervoarelor de stocare a combustibilului la temperatură joasă pentru lansarea de rachete. Aliajul 2196: Al-2.8Cu-1.6Li-0.4Mg-0.4Ag-0.1Zr, densitate scăzută, rezistență ridicată, tenacitate ridicată la fractură, dezvoltat inițial pentru profilele cadrului panourilor solare Hubble, utilizat acum în mare parte pentru extrudarea profilelor de aeronave. Aliaj 2098: Al-3.5 Cu-1.1Li-0.4Mg-0.4Ag-0.1Zr, dezvoltat inițial pentru fabricarea fuselajului HSCT, datorită rezistenței sale ridicate la oboseală, este utilizat acum în fuselajul navelor de vânătoare F16 și în rezervorul de combustibil pentru lansarea navelor spațiale Falcon. Aliaj 2198: Al-3.2Cu-0.9Li-0.4Mg-0.4Ag-0.1Zr, utilizat pentru laminarea tablei pentru aeronave comerciale. Aliaj 2050: Al-3.5Cu-1.0Li-0.4Mg-0.4Ag-0.4Mn-0.1Zr, utilizat pentru producerea de plăci groase care să înlocuiască plăcile groase din aliajul 7050-T7451 pentru fabricarea structurilor aeronavelor comerciale sau a componentelor de lansare a rachetelor. Comparativ cu aliajul 2195, conținutul de Cu+Mn al aliajului 2050 este relativ scăzut pentru a reduce sensibilitatea la călire și a menține proprietățile mecanice ridicate ale plăcii groase, rezistența specifică este cu 4% mai mare, modulul specific este cu 9% mai mare, iar tenacitatea la fractură este crescută, având o rezistență ridicată la fisurarea prin coroziune sub tensiune și o rezistență ridicată la creșterea fisurilor la oboseală, precum și o stabilitate la temperaturi ridicate.
Cercetările Chinei privind inelele de forjare utilizate în structurile rachetelor
Baza de producție a vehiculelor de lansare a Chinei este situată în Zona de Dezvoltare Economică și Tehnologică Tianjin. Aceasta este compusă dintr-o zonă de cercetare și producție de rachete, o zonă a industriei de aplicații a tehnologiei aerospațiale și o zonă auxiliară de suport. Aceasta integrează producția de piese de rachetă, asamblarea componentelor și testarea asamblării finale.
Rezervorul de stocare a combustibilului pentru rachete este format prin conectarea unor cilindri cu o lungime de 2 m până la 5 m. Rezervoarele de stocare sunt fabricate din aliaj de aluminiu, așa că trebuie conectate și consolidate cu inele de forjare din aliaj de aluminiu. În plus, conectorii, inelele de tranziție, cadrele de tranziție și alte părți ale navelor spațiale, cum ar fi vehiculele de lansare și stațiile spațiale, trebuie, de asemenea, să utilizeze inele de forjare de conectare, astfel încât inelele de forjare sunt un tip foarte critic de piese de conectare și structurale. Southwest Aluminum (Group) Co., Ltd., Northeast Light Alloy Co., Ltd. și Northwest Aluminum Co., Ltd. au depus o mulțime de eforturi în cercetarea și dezvoltarea, fabricarea și prelucrarea inelelor de forjare.
În 2007, Southwest Aluminum a depășit dificultăți tehnice precum turnarea la scară largă, forjarea țaglelor, laminarea inelelor și deformarea la rece și a dezvoltat un inel de forjare din aliaj de aluminiu cu un diametru de 5 m. Tehnologia originală de forjare a miezului a umplut golul intern și a fost aplicată cu succes la Long March-5B. În 2015, Southwest Aluminum a dezvoltat primul inel de forjare general din aliaj de aluminiu super-mare cu un diametru de 9 m, stabilind un record mondial. În 2016, Southwest Aluminum a cucerit cu succes o serie de tehnologii cheie de bază, cum ar fi laminarea și tratamentul termic, și a dezvoltat un inel de forjare din aliaj de aluminiu super-mare cu un diametru de 10 m, care a stabilit un nou record mondial și a rezolvat o problemă tehnică cheie majoră pentru dezvoltarea vehiculului de lansare greu din China.
Editat de May Jiang de la MAT Aluminum
Data publicării: 01.12.2023
