ARJ支線客機(jī)用了哪些鋁合金

    由成都航空公司技術(shù)過(guò)硬、經(jīng)驗(yàn)豐富的擁有ARJ21飛行資質(zhì)飛行員駕駛著第106架機(jī),從上海中國(guó)商飛公司機(jī)場(chǎng)直飛成都雙流機(jī)場(chǎng),交付成都航空公司,預(yù)計(jì)于2016年3月份投放市場(chǎng),初期投放成都至北京、上海、廣州、深圳、武漢、西安等7條航線.這是中國(guó)繼11月2日C919大飛機(jī)總裝下線后,民機(jī)航空工業(yè)的又一件大事,在現(xiàn)代噴氣式支線客機(jī)自主設(shè)計(jì)、試制、試驗(yàn)、試飛、取證、生產(chǎn)、交付等全過(guò)程方面又一重大突破.從2016年3月起中國(guó)國(guó)內(nèi)航線首次擁有全部自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的Made in China的噴氣式支線客機(jī).

    根據(jù)民用航空部門(mén)的規(guī)定,新款客機(jī)在交付后,必須通過(guò)運(yùn)行合格審定,進(jìn)行100h飛行驗(yàn)證,對(duì)補(bǔ)充文件進(jìn)行嚴(yán)格審查,證明完全符合民航局的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)后方可投放使用,這就是ARJ21為什么要到明年3月才能投入營(yíng)運(yùn)的原因.

    ARJ21渦扇支線客機(jī)于2002年4月正式立項(xiàng)由中國(guó)商用飛機(jī)公司研制,2006年9月首架前機(jī)身部段在中國(guó)第一航空工業(yè)集團(tuán)西安飛機(jī)工業(yè)公司交付,2007年12月首架機(jī)在上海飛機(jī)公司總裝下線,ARJ21-700飛機(jī)2008年11月在上海首飛成功,2015年3月ARJ21-700飛機(jī)完成首次航線演示飛行.ARJ21-700支線客機(jī)從正式立項(xiàng)至2016年投入營(yíng)運(yùn)歷時(shí)14年.

    ARJ21客機(jī)用了哪些鋁合金

    ARJ21支線客機(jī)基本上是用鋁合金打造的,鋁制零部件的質(zhì)量超過(guò)飛機(jī)凈質(zhì)量的75%,常用的鋁合金幾乎全用了,不管是變形鋁合金,還是鑄造鋁合金的,幾乎所有系的合金都用了,大的有四五十千克的蒙皮板,小的是以克計(jì)的鉚釘,ARJ21客機(jī)的零件總數(shù)上百萬(wàn)件,但是以緊固件最多,而在緊固件中坐第一把交椅的是古老的鉚釘.鉚釘問(wèn)世可能有幾千年了,在飛機(jī)上的應(yīng)用也有112年了.

    在ARJ21支線客機(jī)主結(jié)構(gòu)鋁材中用的最多的是2xxx系及7xxx系合金,而且都是最新一代的合金,全是美國(guó)鋁業(yè)公司提供的,萬(wàn)里迢迢從美國(guó)西海岸越過(guò)大洋來(lái)到中國(guó),板材來(lái)自艾奧瓦州(Iowa)達(dá)文波特軋制廠(Davenport Works),擠壓材與鍛件是拉斐特廠(Lafayette Works)生產(chǎn)的,也有一些擠壓材來(lái)自韓國(guó)的長(zhǎng)光鋁業(yè)公司,它是美國(guó)鋁業(yè)公司在韓國(guó)的一個(gè)獨(dú)資鋁材擠壓企業(yè).2xxx系及7xxx系合金在ARJ21主結(jié)構(gòu)鋁材用量中占總用量的98%.接下來(lái)聊聊哪些零部件是用鋁合金制,用的是什么合金與何種狀態(tài)的材料.

    蒙皮全用2524-T3合金

    2524-T3合金真是一個(gè)很牛的2xxx系合金,ARJ21-700支線客機(jī)的所有蒙皮它都全包了,全是用其預(yù)拉伸板制造的,包括:機(jī)身蒙皮,后機(jī)身蒙皮,翼下機(jī)身蒙皮,與機(jī)翼對(duì)接的機(jī)身部位蒙皮,襟翼蒙皮,襟翼子翼蒙皮,垂尾蒙皮,升降舵蒙皮,平尾蒙皮,擾流板蒙皮,方向舵蒙皮與調(diào)整片,副翼蒙皮與調(diào)整片,縫翼蒙皮,升降舵調(diào)整片.2524合金1995年誕生,同年在美國(guó)鋁業(yè)協(xié)會(huì)注冊(cè),而它"爺爺"的"爺爺"2024合金卻是1934年誕生的.2524合金是2024合金家族的第六代,在主成分(Cu、Mg、Mn)方面它們的含量大體相等,例如2024合金含3.8%~4.9%Cu,而2524合金的為4.0%~4.5%;2024合金的鎂含量為1.2%~1.8%,而2524合金含1.2%~1.6%;2024合金含0.3%~0.9%Mn,而2524合金的含量為0.45%~0.7%Mn,由此可見(jiàn),2024合金的主合金元素含量范圍比2524合金的寬松一些,因而2524合金的生產(chǎn)難度稍大一些.

    可是2524合金的雜質(zhì)含量比2024合金的少得多,是一個(gè)很干凈的合金,它的雜質(zhì)Si、Fe、Cr含量為0.06%、0.12%、0.05%,分別只有2024合金的12%、24%、50%,其他雜質(zhì)的含量也相應(yīng)地大幅度下降,因而其雜質(zhì)相數(shù)量少得多,合金的常規(guī)力學(xué)性能與2024合金的相當(dāng),但是其斷裂韌性與抗應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂能力、抗疲勞裂紋擴(kuò)展能力比2024合金強(qiáng),也更耐損傷容限,所以它的綜合性能比2024合金的更好.用它制造的零部件更加經(jīng)久耐用,維修期長(zhǎng)了,維護(hù)費(fèi)用下降了,飛機(jī)的安全性更高了.

    T3表示板材固溶處理后經(jīng)過(guò)拉伸,然后再時(shí)效處理(自然時(shí)效)與發(fā)給用戶,用戶用于加工零件,因?yàn)槔煸谟脩艏庸ち慵?故被稱(chēng)為預(yù)拉伸,拉伸永久變形量為1.5%~3%.淬火后的板材內(nèi)存在著巨大的內(nèi)應(yīng)力,表層為壓應(yīng)力,內(nèi)部為拉應(yīng)力,如不消除它們,用戶用其加工零件時(shí)會(huì)產(chǎn)生變形,變?yōu)閺U品,預(yù)拉伸就是消除這種淬火殘余應(yīng)力,便于機(jī)械加工工件的順利進(jìn)行.經(jīng)過(guò)預(yù)拉伸的鋁合金板被稱(chēng)為預(yù)拉伸板,多用于制造航空器蒙皮,是一類(lèi)高技術(shù)產(chǎn)品.預(yù)拉伸在拉伸機(jī)上進(jìn)行,中國(guó)目前可生產(chǎn)預(yù)拉伸板的企業(yè)有東北輕合金有限責(zé)任公司、西南鋁業(yè)(集團(tuán))有限責(zé)任公司、南山輕合金公司、愛(ài)勵(lì)國(guó)際(鎮(zhèn)江)有限公司等7家.

    用2024型合金制造的ARJ21飛機(jī)零件還有:用2524-3511合金加工的機(jī)翼下壁板,用2324-T39合金加工的機(jī)翼梁腹板.用2026-T3511合金制造的機(jī)翼梁下緣頭,2026合金是1999年在美國(guó)鋁業(yè)協(xié)會(huì)公司注冊(cè)的一個(gè)美國(guó)Al-Cu-Mg系合金,它的Cu、Mg、Mn含量比2524合金的低一些,但相差不太大,大的區(qū)別還在于它含有0.05%~0.25%Zr與雜質(zhì)Si、Fe、Cr、Zn、Ti的含量全面低于2524合金的,因而它的綜合性能比2524合金的更勝一籌,T3511表示固溶處理后經(jīng)過(guò)拉伸的擠壓材料,拉伸永久變形量1%~3%.

    7xxx系合金

    在ARJ21支線客機(jī)結(jié)構(gòu)制造中,用得最多的是2xxx系的2524合金,在鋁合金總量中它占60%;其次是7xxx系合金占35%左右,主要用了三種合金:7050、7150、7055,都是美國(guó)鋁業(yè)公司研發(fā)的新型超強(qiáng)度鋁合金.這3種7xxx系鋁合金撐起ARJ21客機(jī)半邊天,實(shí)際上可以說(shuō)是兩種合金,因?yàn)?050合金與7150合金的主要成分相同.

    7050合金是一種高純的超硬鋁,不但雜質(zhì)Fe、Si的含量低,而且Mn的含量也很低,組織中脆性?shī)A雜相大幅度減少,在主成分中增大了鋅鎂比,并用Zr取代Cr作為晶粒細(xì)化劑.由于這些成分的改進(jìn)以及過(guò)人工時(shí)效處理,使7050合金在保持更高強(qiáng)度下,具有斷裂韌性高、疲勞強(qiáng)度高、耐損傷容限性能好、抗應(yīng)力腐蝕性能好等優(yōu)良綜合性能.另一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)是有高的淬透性,特別適合于制造厚板與鍛件、厚截面零件.在飛機(jī)上主要用7050合金制造要求高強(qiáng)度、高應(yīng)力腐蝕和剝落腐蝕抗力及良好斷裂韌性的主承力結(jié)構(gòu),如機(jī)身框、隔板、機(jī)翼壁板、翼梁、翼肋、起落架支撐零件和鉚釘?shù)?升高溫時(shí)7050合金的強(qiáng)度下降,長(zhǎng)期使用溫度不得超過(guò)125℃.

    ARJ21客機(jī)由7050合金T7452材料的零件有后機(jī)身框、機(jī)身框、機(jī)身機(jī)翼上方機(jī)身框、旅客觀察窗框等.

    7150合金是7050合金的發(fā)展,Zn的含量更高一點(diǎn),Mg含量略有變動(dòng),Zn/Mg比有所提高,Cu含量稍有下降,因而性能進(jìn)一步改善了,用其T77狀態(tài)材料制造的結(jié)構(gòu)承力件有:機(jī)翼肋緣條、翼肋腹條,襟翼肋、襟翼梁緣頭、襟翼梁腹板、垂尾梁緣頭、垂尾腹板、垂尾肋、升降舵肋與梁、平尾肋、梁腹與梁緣頭,方向舵肋、梁復(fù)板與梁緣頭,副翼肋與梁,縫翼與梁,前緣肋,機(jī)身地板梁下增壓區(qū)剪切角片.用T7751狀態(tài)材料制造的承力結(jié)構(gòu)件有:機(jī)翼上下翼面上桁條、機(jī)翼梁上緣頭、垂尾長(zhǎng)桁,與機(jī)翼對(duì)接的機(jī)身部位長(zhǎng)桁、機(jī)身桁、地板梁下增壓區(qū)桁.

    用7055合金制造的零件雖不多,但都是受力大的與關(guān)鍵性的,如用7055-T77511合金制造機(jī)翼上壁板,起落架接頭是用7055-T77合金鍛造.在7xxx系合金中,7055合金是合金化元素平均總含量最高的之一,為12.35%,鐵與硅的平均總含又最低,僅0.125%,因而大扁錠的鑄造難度大,冷裂紋傾向大,有些規(guī)格的大扁錠我們至今不能有經(jīng)濟(jì)效益地鑄造.

    鉚釘用量近40萬(wàn)個(gè) 一個(gè)也不能少

    自飛機(jī)問(wèn)世120多年來(lái),零部件的鉚接就是一種必不可少的連接工藝,至今仍如此,大型戰(zhàn)略運(yùn)輸機(jī)與A380型特大客機(jī)每架的鉚釘用量上百萬(wàn)個(gè).在今后一段相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi),鉚接仍將是零部件連接的主要工藝,只不過(guò)隨著時(shí)間的推移,設(shè)計(jì)的改進(jìn)與焊接技術(shù)的進(jìn)步,鉚接工作量會(huì)有所減少,但是減少速度緩慢.例如一架大小與ARJ21客機(jī)相當(dāng)民機(jī)三四十年前每架的鉚釘用量約60萬(wàn)個(gè),而現(xiàn)在仍要用40多萬(wàn)個(gè).

    ARJ21支線客機(jī)用的鉚釘合金有2014、2219、3003、5052、5056、7050合金,2219合金鉚釘用于鉚接高強(qiáng)度的內(nèi)外結(jié)構(gòu),7050-T73合金鉚釘用于鉚接高強(qiáng)度抗腐蝕的結(jié)構(gòu).鉚釘在鉚接前都要經(jīng)過(guò)硫酸液陽(yáng)極氧化處理與重鉻酸鹽封孔.

    鑄造鋁合金

    在ARJ21支線客機(jī)制造中也用了一些鑄造鋁合金,雖然用量比變形鋁合金少得多,但也是不可或缺的,如用356及A356合金鑄造形狀結(jié)構(gòu)復(fù)雜、壁厚較薄與要求氣密性的承受中等載荷的結(jié)構(gòu)零件、儀器儀表附件、發(fā)動(dòng)機(jī)零件、燃油泵殼體,它們是鋁-硅-鎂系合金,相當(dāng)于中國(guó)的ZL101,它含6.5%~7.5%Si、0.25%~0.45%Mg;A356合金是356的改進(jìn)型,不過(guò)它的雜質(zhì)含量低與添加了微量晶粒細(xì)化元素,因而具有更高的力學(xué)性能.

    ARJ21客機(jī)用的鑄造鋁合金還有:413.0,360,355,A357,Tens-50,380,A380合金等.