為C919造“7050”——國產大飛機用鋁材自主研制紀實

【創(chuàng)新故事】

◎本報記者 雍 黎

5月28日，從上海起飛的國產大飛機C919在首都機場平穩(wěn)著陸，首次載客商業(yè)飛行圓滿成功。

那一刻，遠在重慶的中鋁集團西南鋁業(yè)(集團)有限責任公司(以下簡稱西南鋁)一片歡騰——C919所用鋁材中，50%以上出自這家企業(yè)。

從C919立項開始，西南鋁就承擔了國產大飛機用鋁材的研制生產任務。通過自主創(chuàng)新，他們突破了“從無到有”的難關，并使國產民機鋁材的自主保障率不斷提升。

從零起步 瞄準第三代先進鋁合金

在世界航空發(fā)展史上，有“一代飛機，一代材料”的說法。

大型客機被認為是“現(xiàn)代工業(yè)皇冠上的明珠”，而材料性能是決定飛機性能的首要因素。要制造國產大飛機，必須實現(xiàn)材料自主可控。

在制造商用飛機的主要材料中，鋁合金材料占比達到65%。其中最主要的國際第三代先進鋁合金——7050鋁合金厚板，被稱為“行業(yè)內最難鑄造的鋁合金之一”，此前我國還不能自主生產。

“‘7050’廣泛應用于飛機機翼梁、肋、機身框、壁板等關鍵承力部件的制造，是不可或缺的關鍵性材料。”西南鋁技術中心副主任工程師、項目組長周華告訴科技日報記者，7050鋁合金厚板的關鍵生產技術，一直被發(fā)達國家視為核心技術秘密，嚴加封鎖，“進口材料不僅價格高達每噸十幾萬元，還時常被國外限購?！?/p>

“沒有任何經驗借鑒，完全從零起步?！鳖^發(fā)花白的西南鋁技術中心主任楊榮東憶起當年，依然心潮澎湃。

2005年，西南鋁與部分高校院所組成產學研聯(lián)合攻關團隊；同時，企業(yè)內部也抽調熔鑄、壓延、鍛造、檢測領域的專業(yè)技術人員組成項目組。他們從7050鋁合金大規(guī)格鑄錠制備、厚板軋制、熱處理等方面入手，開始了工業(yè)化制備技術的系統(tǒng)性研究。

“當時大家都憋著一股勁，一定要研制出第三代先進航空鋁合金！”楊榮東說。

百次失敗 打破鑄錠開裂“魔咒”

7050鋁合金厚板強度高、韌度高、耐疲勞、耐損傷，這對原料的純凈度和鑄造技術都是前所未有的考驗。當時，西南鋁熔鑄廠設備及工裝相對落后，“7050”大規(guī)格鑄錠成型是團隊遇到的第一個“攔路虎”。

“新材料要求強度高，鑄造時第一個難題就是容易開裂。”主管工程師陳新民說，那段時間，項目組成員從鑄造開始就24小時守在爐邊，等著冶煉后最終成型。

一般情況下，細微開裂不影響鋁合金使用，民航材料卻不行。后者安全性要求更高，不僅需要通過適航認證，所有型號的材料都必須滿足各項標準，使用周期還要達到15年左右。

“當時最怕聽到‘嘭’的一聲，那是鑄錠開裂了?！敝苋A說，起初沒有中試生產線，所有試驗都直接在企業(yè)的生產線上完成，一爐原料價值四五十萬元，開裂就意味著全部報廢。

那段時間，鑄錠開裂頻發(fā)，最多時熔鑄廠堆放了上千噸的開裂鑄錠，損失高達上千萬元。大家既心疼又著急，一邊壓抑著焦慮情緒，一邊摸索著調整參數(shù)。項目組人員幾個月吃住在辦公室，根據(jù)崗位分工，有人不斷計算調整合金的濃度比，有人改進熔爐的溫度、冷卻的方式……

“當時完全感覺不到累，只想著如何攻克這一難題。”周華說。

歷經上百次失敗，項目組通過對合金成分和比例的不斷優(yōu)化，終于打破了鑄錠開裂的“魔咒”，第一塊成型鑄錠在2005年12月誕生。

從“跟”到“并” 民機鋁材走出國門

解決了鑄錠成型問題，隨之而來的另一大難題又擺在項目組面前。

2008年，項目向縱深推進，相繼試制出合格的60毫米、80毫米厚度厚板，但在試制100毫米、120毫米、150毫米厚度超厚板時，產品疲勞性能、高向拉伸性能頻繁出現(xiàn)不達標的情況。項目研究猶如走進“黑洞”。

“經過反復對樣品全面解剖分析，項目組創(chuàng)新性地對材料組織與性能關系提出了新見解。”首席工程師、時任技術質量部副主任的王正安說。

此后，項目組在坯料規(guī)格、軋制流程、參數(shù)調控等方面，經歷了一次又一次驗證失敗，終于在2009年形成了成熟的工藝方案，試制出了合格的超厚板。

2015年，西南鋁在突破了大規(guī)格鑄錠制備、強變形軋制、強韌化熱處理及殘余應力控制等一系列關鍵技術后，研制出我國最大截面的7050鋁合金超寬超厚預拉伸板，建立了7050鋁合金預拉伸板完整的工業(yè)化制造技術體系，實現(xiàn)了6.0毫米至203毫米全厚度規(guī)格產品的工業(yè)化生產，并在我國航空航天工業(yè)多個重點型號裝備上獲得規(guī)模應用。

2017年起，中鋁集團與中國商飛共同梳理出21種關鍵主結構鋁材，并聯(lián)合國內優(yōu)勢團隊開展系統(tǒng)攻關；西南鋁成為國內首家國產大飛機用鋁材合格供應商，截至目前，已為C919提供了30個規(guī)格、600余件鋁合金材料。

除了配套國內航空市場，西南鋁制造的民機鋁材已經走出國門。5月23日，中鋁西南鋁、波音公司、中航國際在重慶簽署鍛件項目協(xié)議，將為波音787機型提供鍛件。

“和國際先進的鋁材料企業(yè)比，我們以前是‘跟跑’，現(xiàn)在到了‘并跑’的階段，爭取未來能做到‘領跑’行業(yè)。”西南鋁黨委書記、董事長黎勇表示，“黨的二十大提出加快建設制造強國、航天強國，西南鋁將堅決履行‘排頭兵、主力軍、引領者’的使命擔當，為服務國家戰(zhàn)略發(fā)揮‘頂梁柱’作用！”

來源：科技日報