Aluminiumlegering voor raketbrandstoftank
Structurele materialen zijn nauw verbonden met een reeks aspecten, zoals het ontwerp van de raketrompstructuur, productie- en verwerkingstechnologie, materiaalvoorbereidingstechnologie en economie, en zijn de sleutel tot het bepalen van de startkwaliteit en het laadvermogen van de raket. Afhankelijk van het ontwikkelingsproces van het materiaalsysteem kan het ontwikkelingsproces van raketbrandstoftankmaterialen worden onderverdeeld in vier generaties. De eerste generatie bestaat uit aluminiumlegeringen uit de 5-serie, oftewel Al-Mg-legeringen. De representatieve legeringen zijn de 5A06- en 5A03-legeringen. Deze werden eind jaren 50 gebruikt voor de productie van brandstoftankstructuren voor P-2-raketten en worden nog steeds gebruikt. 5A06-legeringen bevatten 5,8% tot 6,8% Mg, 5A03 is een Al-Mg-Mn-Si-legering. De tweede generatie bestaat uit legeringen uit de 2-serie op basis van Al-Cu. De opslagtanks van de Chinese Long March-serie draagraketten zijn gemaakt van 2A14-legeringen, een Al-Cu-Mg-Mn-Si-legering. Vanaf de jaren 70 tot heden is China begonnen met het gebruik van 2219-legeringen voor opslagtanks, een Al-Cu-Mn-V-Zr-Ti-legering. Deze legering wordt veel gebruikt bij de productie van diverse opslagtanks voor draagraketten. Tegelijkertijd wordt het ook veel gebruikt in de constructie van lagetemperatuurbrandstoftanks voor wapenlanceringen, een legering met uitstekende prestaties bij lage temperaturen en uitgebreide prestaties.
Aluminiumlegering voor cabinestructuur
Sinds de ontwikkeling van lanceervoertuigen in China in de jaren 60 tot nu toe worden de aluminiumlegeringen voor de cabinestructuur van lanceervoertuigen gedomineerd door de legeringen van de eerste generatie en de tweede generatie, vertegenwoordigd door 2A12 en 7A09, terwijl het buitenland de vierde generatie aluminiumlegeringen voor cabinestructuren (7055-legering en 7085-legering) is binnengekomen. Deze worden veel gebruikt vanwege hun hoge sterkte-eigenschappen, lage afschrikgevoeligheid en kerfgevoeligheid. 7055 is een Al-Zn-Mg-Cu-Zr-legering en 7085 is ook een Al-Zn-Mg-Cu-Zr-legering, maar het gehalte aan onzuiverheden Fe en Si is zeer laag en het Zn-gehalte is hoog met 7,0%~8,0%. De Al-Li-legeringen van de derde generatie, vertegenwoordigd door 2A97, 1460, enz., worden in buitenlandse lucht- en ruimtevaartindustrieën toegepast vanwege hun hoge sterkte, hoge modulus en hoge rek.
Deeltjesversterkte aluminium matrixcomposieten hebben de voordelen van een hoge modulus en hoge sterkte en kunnen worden gebruikt ter vervanging van 7A09-legeringen voor de productie van semi-monocoque cabineliggers. Het Institute of Metal Research, de Chinese Academie van Wetenschappen, het Harbin Institute of Technology en de Shanghai Jiaotong University hebben veel werk verricht op het gebied van onderzoek en de ontwikkeling van deeltjesversterkte aluminium matrixcomposieten, met opmerkelijke resultaten.
Al-Li-legeringen gebruikt in de buitenlandse lucht- en ruimtevaart
De meest succesvolle toepassing op buitenlandse lucht- en ruimtevaartuigen is de Weldalite Al-Li-legering, ontwikkeld door Constellium en de Quebec RDC, waaronder 2195, 2196, 2098, 2198 en 2050 Alloy. 2195-legering: Al-4.0Cu-1.0Li-0.4Mg-0.4Ag-0.1Zr, de eerste Al-Li-legering die succesvol op de markt is gebracht voor de productie van lagetemperatuurbrandstofopslagtanks voor raketlanceringen. 2196-legering: Al-2.8Cu-1.6Li-0.4Mg-0.4Ag-0.1Zr, lage dichtheid, hoge sterkte, hoge breuktaaiheid, oorspronkelijk ontwikkeld voor Hubble-zonnepaneelframeprofielen, maar nu vooral gebruikt voor het extruderen van vliegtuigprofielen. Legering 2098: Al-3,5 Cu-1,1Li-0,4Mg-0,4Ag-0,1Zr, oorspronkelijk ontwikkeld voor de productie van HSCT-rompen. Vanwege de hoge vermoeiingssterkte wordt het nu gebruikt in F16-gevechtsvliegtuigrompen en in de brandstoftanks van Falcon-lanceerinrichtingen. Legering 2198: Al-3,2Cu-0,9Li-0,4Mg-0,4Ag-0,1Zr, gebruikt voor het walsen van plaatmateriaal voor commerciële vliegtuigen. Legering 2050: Al-3,5Cu-1,0Li-0,4Mg-0,4Ag-0,4Mn-0,1Zr, gebruikt voor de productie van dikke platen ter vervanging van dikke platen van 7050-T7451-legering voor de productie van commerciële vliegtuigstructuren of raketlanceercomponenten. Vergeleken met de 2195-legering is het Cu+Mn-gehalte van de 2050-legering relatief laag, waardoor de gevoeligheid voor afschrikken wordt verminderd en de hoge mechanische eigenschappen van de dikke plaat behouden blijven. De specifieke sterkte is 4% hoger, de specifieke modulus is 9% hoger en de breuktaaiheid wordt verhoogd met een hoge weerstand tegen spanningscorrosie en hoge weerstand tegen vermoeiingsscheurgroei, evenals een hoge temperatuurstabiliteit.
Chinees onderzoek naar het smeden van ringen voor gebruik in raketconstructies
De productielocatie van Chinese lanceervoertuigen bevindt zich in de economische en technologische ontwikkelingszone van Tianjin. Het bestaat uit een onderzoeks- en productielocatie voor raketten, een locatie voor de toepassing van lucht- en ruimtevaarttechnologie en een ondersteunende afdeling. Het integreert de productie van raketonderdelen, de assemblage van componenten en de eindmontagetests.
De opslagtank voor raketbrandstof bestaat uit het verbinden van cilinders met een lengte van 2 tot 5 meter. De opslagtanks zijn gemaakt van aluminiumlegering en moeten daarom worden verbonden en verstevigd met smeedringen van aluminiumlegering. Daarnaast moeten ook connectoren, overgangsringen, overgangsframes en andere onderdelen van ruimtevaartuigen, zoals lanceervoertuigen en ruimtestations, gebruikmaken van smeedringen. Smeedringen zijn daarom een zeer belangrijk type verbindings- en constructieonderdelen. Southwest Aluminum (Group) Co., Ltd., Northeast Light Alloy Co., Ltd. en Northwest Aluminum Co., Ltd. hebben veel onderzoek en ontwikkeling gedaan en smeedringen geproduceerd en verwerkt.
In 2007 overwon Southwest Aluminum technische moeilijkheden zoals grootschalig gieten, het openen van smeedstukken, ringwalsen en koudvervormen, en ontwikkelde een smeedring van aluminiumlegering met een diameter van 5 meter. De oorspronkelijke kernsmeedtechnologie vulde de binnenlandse leemte en werd met succes toegepast op de Long March-5B. In 2015 ontwikkelde Southwest Aluminum de eerste supergrote smeedring van aluminiumlegering met een diameter van 9 meter, waarmee een wereldrecord werd gevestigd. In 2016 veroverde Southwest Aluminum met succes een aantal belangrijke kerntechnologieën, zoals walsen en warmtebehandeling, en ontwikkelde een supergrote smeedring van aluminiumlegering met een diameter van 10 meter, waarmee een nieuw wereldrecord werd gevestigd en een belangrijk technisch probleem werd opgelost voor de ontwikkeling van China's zware lanceervoertuig.
Bewerkt door May Jiang van MAT Aluminum
Plaatsingstijd: 1 december 2023
