Liga de aluminio para tanque de combustible de foguete
Os materiais estruturais están estreitamente relacionados cunha serie de cuestións como o deseño da estrutura do corpo do foguete, a tecnoloxía de fabricación e procesamento, a tecnoloxía de preparación de materiais e a economía, e son a clave para determinar a calidade de engalaxe e a capacidade de carga útil do foguete. Segundo o proceso de desenvolvemento do sistema de materiais, o proceso de desenvolvemento dos materiais para tanques de combustible de foguetes pódese dividir en catro xeracións. A primeira xeración son as aliaxes de aluminio da serie 5, é dicir, as aliaxes de Al-Mg. As aliaxes representativas son as aliaxes 5A06 e 5A03. Foron utilizadas para fabricar estruturas de tanques de combustible de foguetes P-2 a finais da década de 1950 e aínda se usan hoxe en día. As aliaxes 5A06 conteñen entre un 5,8 % de Mg e un 6,8 % de Mg, e a 5A03 é unha aliaxe de Al-Mg-Mn-Si. A segunda xeración son as aliaxes da serie 2 baseadas en Al-Cu. Os tanques de almacenamento da serie Long March de vehículos de lanzamento chineses están feitos de aliaxes 2A14, que son unha aliaxe de Al-Cu-Mg-Mn-Si. Desde a década de 1970 ata a actualidade, China comezou a usar tanques de almacenamento de aliaxe 2219, que é unha aliaxe de Al-Cu-Mn-V-Zr-Ti, que se usa amplamente na fabricación de varios tanques de almacenamento de vehículos de lanzamento. Ao mesmo tempo, tamén se usa amplamente na estrutura de tanques de combustible de baixa temperatura para o lanzamento de armas, que é unha aliaxe con excelente rendemento a baixa temperatura e rendemento integral.
Aleación de aluminio para a estrutura da cabina
Desde o desenvolvemento dos vehículos de lanzamento na China na década de 1960 ata a actualidade, as aliaxes de aluminio para a estrutura da cabina dos vehículos de lanzamento están dominadas polas aliaxes de primeira e segunda xeración, representadas por 2A12 e 7A09, mentres que os países estranxeiros entraron na cuarta xeración de aliaxes de aluminio estruturais para cabina (aliaxe 7055 e aliaxe 7085), que son amplamente utilizadas debido ás súas propiedades de alta resistencia, baixa sensibilidade ao temple e sensibilidade á entalla. A 7055 é unha aliaxe Al-Zn-Mg-Cu-Zr e a 7085 tamén é unha aliaxe Al-Zn-Mg-Cu-Zr, pero o seu contido de impurezas de Fe e Si é moi baixo, e o contido de Zn é alto, do 7,0 % ao 8,0 %. As aliaxes de Al-Li de terceira xeración, representadas por 2A97, 1460, etc., aplicáronse nas industrias aeroespaciais estranxeiras debido á súa alta resistencia, alto módulo e alto alongamento.
Os materiais compostos de matriz de aluminio reforzados con partículas teñen as vantaxes dun alto módulo e unha alta resistencia, e pódense usar para substituír as aliaxes 7A09 na fabricación de largueros de cabina semimonocascos. O Instituto de Investigación de Metais, a Academia Chinesa de Ciencias, o Instituto Tecnolóxico de Harbin, a Universidade Jiaotong de Shanghai, etc., realizaron moito traballo na investigación e preparación de materiais compostos de matriz de aluminio reforzados con partículas, con logros notables.
Ligas de Al-Li empregadas na industria aeroespacial estranxeira
A aplicación máis exitosa en vehículos aeroespaciais estranxeiros é a aliaxe Weldalite Al-Li desenvolvida por Constellium e o RDC de Quebec, incluíndo as aliaxes 2195, 2196, 2098, 2198 e 2050. Aliaxe 2195: Al-4.0Cu-1.0Li-0.4Mg-0.4Ag-0.1Zr, que é a primeira aliaxe Al-Li que se comercializa con éxito para a fabricación de tanques de almacenamento de combustible a baixa temperatura para lanzamentos de foguetes. Aliaxe 2196: Al-2.8Cu-1.6Li-0.4Mg-0.4Ag-0.1Zr, baixa densidade, alta resistencia, alta tenacidade á fractura, desenvolvida orixinalmente para perfís de marcos de paneis solares Hubble, agora úsase principalmente para a extrusión de perfís de aeronaves. Aliaxe 2098: Al-3,5 Cu-1,1Li-0,4Mg-0,4Ag-0,1Zr, desenvolvida orixinalmente para a fabricación da fuselaxe dos HSCT, debido á súa alta resistencia á fatiga, agora utilízase na fuselaxe dos cazas F16 e no tanque de combustible de lanzamento de naves espaciais Falcon. Aliaxe 2198: Al-3,2Cu-0,9Li-0,4Mg-0,4Ag-0,1Zr, utilízase para laminar chapas de avións comerciais. Aliaxe 2050: Al-3,5Cu-1,0Li-0,4Mg-0,4Ag-0,4Mn-0,1Zr, utilízase para producir chapas grosas para substituír as chapas grosas da aliaxe 7050-T7451 para a fabricación de estruturas de avións comerciais ou compoñentes de lanzamento de foguetes. En comparación coa aliaxe 2195, o contido de Cu+Mn da aliaxe 2050 é relativamente baixo para reducir a sensibilidade ao temple e manter as altas propiedades mecánicas da placa grosa, a resistencia específica é un 4% maior, o módulo específico é un 9% maior e a tenacidade á fractura aumenta cunha alta resistencia á corrosión por tensión e unha alta resistencia ao crecemento de fisuras por fatiga, así como unha estabilidade a altas temperaturas.
Investigación chinesa sobre aneis de forxa empregados en estruturas de foguetes
A base de fabricación de vehículos de lanzamento da China está situada na Zona de Desenvolvemento Económico e Tecnolóxico de Tianjin. Está composta por unha área de investigación e produción de foguetes, unha área da industria de aplicacións de tecnoloxía aeroespacial e unha área de apoio auxiliar. Integra a produción de pezas de foguetes, a montaxe de compoñentes e as probas de montaxe final.
O tanque de almacenamento de propelente de foguete está formado por cilindros conectados cunha lonxitude de 2 m a 5 m. Os tanques de almacenamento están feitos de aliaxe de aluminio, polo que deben conectarse e reforzarse con aneis de forxa de aliaxe de aluminio. Ademais, os conectores, aneis de transición, marcos de transición e outras pezas de naves espaciais, como vehículos de lanzamento e estacións espaciais, tamén necesitan usar aneis de forxa de conexión, polo que os aneis de forxa son un tipo moi crítico de pezas de conexión e estruturais. Southwest Aluminum (Group) Co., Ltd., Northeast Light Alloy Co., Ltd. e Northwest Aluminum Co., Ltd. realizaron moito traballo na investigación e desenvolvemento, fabricación e procesamento de aneis de forxa.
En 2007, Southwest Aluminum superou dificultades técnicas como a fundición a grande escala, a apertura de tochos forxados, o laminado de aneis e a deformación en frío, e desenvolveu un anel de forxa de aliaxe de aluminio cun diámetro de 5 m. A tecnoloxía orixinal de forxa de núcleo encheu o oco nacional e aplicouse con éxito a Long March-5B. En 2015, Southwest Aluminum desenvolveu o primeiro anel de forxa xeral de aliaxe de aluminio supergrande cun diámetro de 9 m, establecendo un récord mundial. En 2016, Southwest Aluminum conquistou con éxito unha serie de tecnoloxías básicas clave, como a laminación e o tratamento térmico, e desenvolveu un anel de forxa de aliaxe de aluminio supergrande cun diámetro de 10 m, que estableceu un novo récord mundial e resolveu un importante problema técnico clave para o desenvolvemento do vehículo de lanzamento pesado da China.
Editado por May Jiang de MAT Aluminum
Data de publicación: 01-12-2023
