科技日報記者?雍黎
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5月28日，從上海起飛的國產(chǎn)大飛機(jī)C919在首都機(jī)場平穩(wěn)著陸，首次載客商業(yè)飛行圓滿成功。
那一刻，遠(yuǎn)在重慶的中鋁集團(tuán)西南鋁業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)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(xiàng)開始，西南鋁就承擔(dān)了國產(chǎn)大飛機(jī)用鋁材的研制生產(chǎn)任務(wù)。通過自主創(chuàng)新，他們突破了“從無到有”的難關(guān)，并使國產(chǎn)民機(jī)鋁材的自主保障率不斷提升。
從零起步 瞄準(zhǔn)第三代先進(jìn)鋁合金
在世界航空發(fā)展史上，有“一代飛機(jī)，一代材料”的說法。
大型客機(jī)被認(rèn)為是“現(xiàn)代工業(yè)皇冠上的明珠”，而材料性能是決定飛機(jī)性能的首要因素。要制造國產(chǎn)大飛機(jī)，必須實(shí)現(xiàn)材料自主可控。
在制造商用飛機(jī)的主要材料中，鋁合金材料占比達(dá)到65%。其中最主要的國際第三代先進(jìn)鋁合金——7050鋁合金厚板，被稱為“行業(yè)內(nèi)最難鑄造的鋁合金之一”，此前我國還不能自主生產(chǎn)。
“‘7050’廣泛應(yīng)用于飛機(jī)機(jī)翼梁、肋、機(jī)身框、壁板等關(guān)鍵承力部件的制造，是不可或缺的關(guān)鍵性材料?！蔽髂箱X技術(shù)中心副主任工程師、項(xiàng)目組長周華告訴科技日報記者，7050鋁合金厚板的關(guān)鍵生產(chǎn)技術(shù)，一直被發(fā)達(dá)國家視為核心技術(shù)秘密，嚴(yán)加封鎖，“進(jìn)口材料不僅價格高達(dá)每噸十幾萬元，還時常被國外限購?！?/p>
“沒有任何經(jīng)驗(yàn)借鑒，完全從零起步?！鳖^發(fā)花白的西南鋁技術(shù)中心主任楊榮東憶起當(dāng)年，依然心潮澎湃。
2005年，西南鋁與部分高校院所組成產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合攻關(guān)團(tuán)隊；同時，企業(yè)內(nèi)部也抽調(diào)熔鑄、壓延、鍛造、檢測領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)人員組成項(xiàng)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(shù)的系統(tǒng)性研究。
“當(dāng)時大家都憋著一股勁，一定要研制出第三代先進(jìn)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(qiáng)度高、韌度高、耐疲勞、耐損傷，這對原料的純凈度和鑄造技術(shù)都是前所未有的考驗(yàn)。當(dāng)時，西南鋁熔鑄廠設(shè)備及工裝相對落后，7050大規(guī)格鑄錠成型是團(tuán)隊遇到的第一個“攔路虎”。
“新材料要求強(qiáng)度高，鑄造時第一個難題就是容易開裂?！敝鞴芄こ處熽愋旅裾f，那段時間，項(xiàng)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(xì)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(rèn)證，所有型號的材料都必須滿足各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，使用周期還要達(dá)到15年左右。
“當(dāng)時最怕聽到‘嘭’的一聲，那是鑄錠開裂了。”周華說，起初沒有中試生產(chǎn)線，所有試驗(yàn)都直接在企業(yè)的生產(chǎn)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(dá)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(diào)整參數(shù)。項(xiàng)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(diào)整合金的濃度比，有人改進(jìn)熔爐的溫度、冷卻的方式……
“當(dāng)時完全感覺不到累，只想著如何攻克這一難題?！敝苋A說。
歷經(jīng)上百次失敗，項(xiàng)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(jī)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?jǐn)[在項(xiàng)目組面前。
2008年，項(xiàng)目向縱深推進(jìn)，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(chǎn)品疲勞性能、高向拉伸性能頻繁出現(xiàn)不達(dá)標(biāo)的情況。項(xiàng)目研究猶如走進(jìn)“黑洞”。
“經(jīng)過反復(fù)對樣品全面解剖分析，項(xiàng)目組創(chuàng)新性地對材料組織與性能關(guān)系提出了新見解?！笔紫こ處?、時任技術(shù)質(zhì)量部副主任的王正安說。
此后，項(xiàng)目組在坯料規(guī)格、軋制流程、參數(shù)調(diào)控等方面，經(jīng)歷了一次又一次驗(yàn)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(qiáng)變形軋制、強(qiáng)韌化熱處理及殘余應(yīng)力控制等一系列關(guān)鍵技術(shù)后，研制出我國最大截面的7050鋁合金超寬超厚預(yù)拉伸板，建立了7050合金預(yù)拉伸板完整的工業(yè)化制造技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)了6.0毫米至203毫米全厚度規(guī)格產(chǎn)品的工業(yè)化生產(chǎn)，并在我國航空航天工業(yè)多個重點(diǎn)型號裝備上獲得規(guī)模應(yīng)用。
2017年起，中鋁集團(tuán)與中國商飛共同梳理出21種關(guān)鍵主結(jié)構(gòu)鋁材，并聯(lián)合國內(nèi)優(yōu)勢團(tuán)隊開展系統(tǒng)攻關(guān)；西南鋁成為國內(nèi)首家國產(chǎn)大飛機(jī)用鋁材合格供應(yīng)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(nèi)航空市場，西南鋁制造的民機(jī)鋁材已經(jīng)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(xiàng)目協(xié)議，將為波音787機(jī)型提供鍛件。
“和國際先進(jìn)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(lǐng)跑’行業(yè)?！蔽髂箱X黨委書記、董事長黎勇表示，“黨的二十大提出加快建設(shè)制造強(qiáng)國、航天強(qiáng)國，西南鋁將堅決履行‘排頭兵、主力軍、引領(lǐng)者’的使命擔(dān)當(dāng)，為服務(wù)國家戰(zhàn)略發(fā)揮‘頂梁柱’作用！”
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