將來 幾年我國飛機用鋁合金將爆發(fā)式增進

由成都航空公司手藝 過硬、經(jīng)驗雄厚 的具有 ARJ21遨游飛翔 天資 遨游飛翔 員駕駛著第106架機，從上海中國商飛公司機場直飛成都雙流機場，交付成都航空公司，估計 于2021年3月份投放市場，早期 投放成都至北京、上海、廣州、深圳、武漢、西安等7條航路 。這是中國繼11月2日C919年夜 飛機總裝下線后，平易近 機航空工業(yè)的又一件年夜 事，在現(xiàn)代噴氣式支線客機自立 設計、試制、實驗 、試飛、取證、出產(chǎn)、交付等全進程 方面又一重年夜 沖破 。從2021年3月起中國國內(nèi)航路 初次 具有 悉數(shù) 自立 常識 產(chǎn)權的Made in China的噴氣式支線客機。

憑據(jù) 平易近 用航空部分 的劃定 ，新款客機在交付后，必需 經(jīng)由過程 運行及格 核定 ，進行100h遨游飛翔 驗證，對彌補文件進行嚴厲 審查，證實 完全相符 平易近 航局的相干 尺度 后方可投放使用，這就是ARJ21為甚么 要到來歲 3月才能投入營運的緣由 。

ARJ21渦扇支線客機于2002年4月正式立項由中國商用飛機公司研制，2006年9月首架前機身部段在中國第一航空工業(yè)團體 西安飛機工業(yè)公司交付，2007年12月首架機在上海飛機公司總裝下線，ARJ21-700飛機2008年11月在上海首飛成功，2021年3月ARJ21-700飛機完成初次 航路 演示遨游飛翔 。ARJ21-700支線客機從正式立項至2021年投入營運用時 14年。

ARJ21客機用了哪些鋁合金

ARJ21支線客機根基 上是用鋁合金打造的，鋁制零部件的質(zhì)量跨越 飛機凈質(zhì)量的75%，經(jīng)常使用 的鋁合金幾近 全用了，不論是 變形鋁合金，還是鑄造鋁合金的，幾近 所有系的合金都用了，年夜 的有四五十公斤 的蒙皮板，小的是以克計的鉚釘，ARJ21客機的零件總數(shù)上百萬件，可是以緊固件最多，而在緊固件中坐第一把交椅的是古老的鉚釘。鉚釘問世可能有幾千年了，在飛機上的運用 也有112年了。

在ARJ21支線客機主構造 鋁材頂用 的最多的是2xxx系及7xxx系合金，并且 都是最新一代的合金，滿是 美國鋁業(yè)公司供應 的，萬里迢迢從美國西海岸超出 年夜 洋來到中國，板材來自艾奧瓦州（Iowa）達文波特軋制廠（Davenport Works），擠壓材與鍛件是拉斐特廠（Lafayette Works）出產(chǎn)的，也有一些擠壓材來自韓國的長光鋁業(yè)公司，它是美國鋁業(yè)公司在韓國的一個獨資鋁材擠壓企業(yè)。2xxx系及7xxx系合金在ARJ21主構造 鋁材用量中占總用量的98%。接下來聊聊哪些零部件是用鋁合金制，用的是甚么 合金與何種狀況 的材料。

蒙皮全用2524-T3合金

2524-T3合金真是一個很牛的2xxx系合金，ARJ21-700支線客機的所有蒙皮它都全包了，滿是 用其預拉伸板制造的，包羅：機身蒙皮，后機身蒙皮，翼下機身蒙皮，與機翼對接的機身部位蒙皮，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，標的目的舵蒙皮與調(diào)劑 片，副翼蒙皮與調(diào)劑 片，縫翼蒙皮，升降舵調(diào)劑 片。2524合金1995年降生 ，同年在美國鋁業(yè)協(xié)會注冊，而它“爺爺”的“爺爺”2024合金倒是 1934年降生 的。2524合金是2024合金家族的第六代，在主成份 （Cu、Mg、Mn）方面它們的含量年夜 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，因而可知 ，2024合金的主合金元素含量局限 比2524合金的寬松一些，因此 2524合金的出產(chǎn)難度稍年夜 一些。

可是2524合金的雜質(zhì)含量比2024合金的少很多 ，是一個很清潔 的合金，它的雜質(zhì)Si、Fe、Cr含量為0.06%、0.12%、0.05%，離別 只有2024合金的12%、24%、50%，其他雜質(zhì)的含量也響應 地年夜 幅度下落 ，因此 其雜質(zhì)相數(shù)目 少很多 ，合金的常規(guī)力學機能 與2024合金的相當，可是其斷裂韌性與抗應力侵蝕 開裂能力、抗疲憊 裂紋擴大 能力比2024合金強，也更耐毀傷 容限，所以它的綜合機能 比2024合金的更好。用它制造的零部件加倍 經(jīng)久耐用，維修期長了，保護 費用下落 了，飛機的平安 性更高了。

T3示意板材固溶處置懲罰 后顛末拉伸，然后再時效處置懲罰 （天然 時效）與發(fā)給用戶，用戶用于加工零件，由于 拉伸在用戶加工零件之前，故被稱為預拉伸，拉伸永遠 變形量為1.5%~3%。淬火后的板材內(nèi)存在著巨年夜 的內(nèi)應力，表層為壓應力，內(nèi)部為拉應力，如不用 除它們，用戶用其加工零件時會發(fā)生 變形，變成 廢品，預拉伸就是消弭 這類 淬火殘存 應力，便于機械加工工件的順遂 進行。顛末預拉伸的鋁合金板被稱為預拉伸板，多用于制造航空器蒙皮，是一類高手藝 產(chǎn)物 。預拉伸在拉伸機長進 行，中國今朝 可出產(chǎn)預拉伸板的企業(yè)有東北輕合金有限責任公司、西南鋁業(yè)（團體 ）有限責任公司、南山輕合金公司、愛勵國際（鎮(zhèn)江）有限公司等7家。

用2024型合金制造的ARJ21飛機零件還有：用2524-3511合金加工的機翼下壁板，用2324-T39合金加工的機翼梁腹板。用2026-T3511合金制造的機翼梁下緣頭，2026合金是1999年在美國鋁業(yè)協(xié)會公司注冊的一個美國Al-Cu-Mg系合金，它的Cu、Mg、Mn含量比2524合金的低一些，但相差不太年夜 ，年夜 的區(qū)分 還在于它含有0.05%~0.25%Zr與雜質(zhì)Si、Fe、Cr、Zn、Ti的含量周全 低于2524合金的，因此 它的綜合機能 比2524合金的更勝一籌，T3511示意固溶處置懲罰 后顛末拉伸的擠壓材料，拉伸永遠 變形量1%~3%。

7xxx系合金

在ARJ21支線客機構造 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%擺布，主要用了三種合金：7050、7150、7055，都是美國鋁業(yè)公司研發(fā)的新型超強度鋁合金。這3種7xxx系鋁合金撐起ARJ21客機半邊天，現(xiàn)實 上可以說是兩種合金，由于 7050合金與7150合金的主要成份 不異。

7050合金是一種高純的超硬鋁，不僅雜質(zhì)Fe、Si的含量低，并且 Mn的含量也很低，組織中脆性同化 相年夜 幅度削減 ，在主成份 中增年夜 了鋅鎂比，并用Zr代替Cr作為晶粒細化劑。由于這些成份 的改良和 過人工時效處置懲罰 ，使7050合金在連結 更高強度下，具有斷裂韌性高、疲憊 強度高、耐毀傷 容限機能 好、抗應力侵蝕 機能 好等良好綜合機能 。另外一 個凸起 長處 是有高的淬透性，特別合適 于制造厚板與鍛件、厚截面零件。在飛機上主要用7050合金制造要求高強度、高應力侵蝕 和剝落侵蝕 抗力及優(yōu)秀斷裂韌性的主承力構造 ，如機身框、隔板、機翼壁板、翼梁、翼肋、升降 架支持 零件和鉚釘?shù)取Ｉ邷貢r7050合金的強度下落 ，長時間 使用溫度不得跨越 125℃。

ARJ21客機由7050合金T7452材料的零件有后機身框、機身框、機身機翼上方機身框、搭客 窺察窗框等。

7150合金是7050合金的成長 ，Zn的含量更高一點，Mg含量略有改觀，Zn/Mg比有所提高，Cu含量稍有下落 ，因此 機能 進一步改良 了，用其T77狀況 材料制造的構造 承力件有：機翼肋緣條、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，標的目的舵肋、梁復板與梁緣頭，副翼肋與梁，縫翼與梁，前緣肋，機身地板梁下增壓區(qū)剪切角片。用T7751狀況 材料制造的承力構造 件有：機翼上下翼面上桁條、機翼梁上緣頭、垂尾長桁，與機翼對接的機身部位長桁、機身桁、地板梁下增壓區(qū)桁。

用7055合金制造的零件雖不多，但都是受力年夜 的與要害 性的，如用7055-T77511合金制造機翼上壁板，升降 架接頭是用7055-T77合金鑄造 。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%，因此 年夜 扁錠的鑄造難度年夜 ，冷裂紋偏向 年夜 ，有些規(guī)格的年夜 扁錠我們至今不克不及 有經(jīng)濟效益地鑄造。

鉚釘用量近40萬個 一個也不克不及 少

自飛機問世120多年來，零部件的鉚接就是一種必弗成 少的毗連工藝，至今仍如斯 ，年夜 型計謀 運輸機與A380型特年夜 客機每架的鉚釘用量上百萬個。在從此一段相當長的時候 內(nèi)，鉚接仍將是零部件毗連的主要工藝，只不外 跟著 時候 的推移，設計的改良與焊接辦 藝 的提高 ，鉚接工作量會有所削減 ，可是削減 速度遲緩 。例如一架年夜 小與ARJ21客機相當平易近 機三四十年前每架的鉚釘用量約60萬個，而如今 仍要用40多萬個。

ARJ21支線客機用的鉚釘合金有2021、2219、3003、5052、5056、7050合金，2219合金鉚釘用于鉚接高強度的表里 構造 ，7050-T73合金鉚釘用于鉚接高強度抗侵蝕 的構造 。鉚釘在鉚接前都要顛末硫酸液陽極氧化處置懲罰 與重鉻酸鹽封孔。

鑄造鋁合金

在ARJ21支線客機制造中也用了一些鑄造鋁合金，固然 用量比變形鋁合金少很多 ，但也是弗成 或缺的，如用356及A356合金鑄造外形 構造 復雜、壁厚較薄與要求氣密性的承受中等載荷的構造 零件、儀器儀表附件、發(fā)念頭 零件、燃油泵殼體，它們是鋁-硅-鎂系合金，相當于中國的ZL101，它含6.5%~7.5%Si、0.25%~0.45%Mg；A356合金是356的改良型，不外 它的雜質(zhì)含量低與添加了微量晶粒細化元素，因此 具有更高的力學機能 。

近日，我國ARJ21新支線飛機從上海飛往成都，正式交付給成都航空公司，這是繼11月2日C919年夜 型客機總裝下線后，我國航空工業(yè)又一重年夜 沖破 ——ARJ21新支線飛機是中國初次 依照 國際平易近 航規(guī)章自行研制、具有自立 常識 產(chǎn)權的中短程新型渦扇支線飛機業(yè)內(nèi)助士示意，得益于手藝 的提高 和 國度 政策的 支持，我國平易近 用飛機制造市場廣漠，而鋁作為航空器材制造最主要 的金屬材料之一將闡揚舉足輕重的感化 ，相干 鋁企也將顯著受益。

ARJ21新支線飛機包羅根基 型、貨運型和公事 機型 等系列型號，座級78~90座，航程2225~3700千米 ，主要用于知足 從中間 城市向周邊中小城市輻射型航路 的使用要求。據(jù)悉，ARJ21交付后，憑據(jù) 行業(yè)劃定 ，新款的飛機必需 經(jīng)由過程 運行及格 核定 ，進行100小時的驗證，對彌補文件進行審查，證實 相符 平易近 航局的尺度 后才能投用，估計 交付3個月后將投放市場。

ARJ21飛機是我國平易近 機家產(chǎn)第一個投入營運的具有完全自立 常識 產(chǎn)權的飛機，初步摸索了一條“自立 研制、國際合作、國際尺度 ”的平易近 機手藝 線路 。 ARJ21依照 “主制造商——供給 商”國際通用的研制經(jīng)管模式，組建了國外系統(tǒng)供給 商的經(jīng)管系統(tǒng) 。系統(tǒng)研制由中方提出系統(tǒng)設計要乞降 手藝 指標，中方與國外供給 商進行結合 界說 ，國外供給 商進行研發(fā)，中方進行監(jiān)控、評審、審批和適航核定 ，中方最后完成飛機級系統(tǒng)集成和綜合。

中國商飛公司董事長金壯龍示意，經(jīng)由過程 ARJ21-700飛機研制，我國走完了噴氣支線客機設計、制造、實驗 、試飛全進程 ，把握 了掉 速、最小離地速度、顫振、天然 結冰、升降 架擺振等一年夜 批要害 試飛手藝 和新手藝 、新材料、新工藝，建立了平易近 機家產(chǎn)系統(tǒng) ，為C919國產(chǎn)年夜 型客機項目順遂 推動 開辟了道路，締造 了有益 前提 。

C919是中國具有 自立 常識 產(chǎn)權的中短程商用干線飛機，尺度 航程型設計航程為4075千米 ，增年夜 航程型設計航程為5555千米 ，可知足 航空公司對分歧 航路 的運營需求。C919客機的成長 方針是為平易近 用航空市場供應 平安 、舒適、節(jié)能、環(huán)保、具有競爭力的中短程單通道商用運輸機。在市場定位上，以國內(nèi)為切入點，同時統(tǒng)籌 國外市場，供應 多品級 、多種航程的產(chǎn)物 。

今朝 ，C919年夜 型客機國表里 用戶數(shù)目 為21家，總定單 數(shù)到達 了517架。C919首架機打算于2021年首飛。憑據(jù) 展望，C919成功進入市場 后，總銷量有望到達 2000架次擺布，中國無年夜 型平易近 用客機的時期 也將成為汗青 。業(yè)內(nèi)助士示意，ARJ21和C919的成功自研，不僅成為平易近 機家產(chǎn)成長 的歷 史性轉折，還將為與航空業(yè)緊密親密相干 的鋁加工業(yè)帶來巨年夜 市場。

鋁合金憑仗 密度小、強度適中、易加工成形、耐侵蝕 性強，資本 雄厚 、可收受接管 性強等怪異的優(yōu)勢，成為航空器制造的主要要害 性構造 材料。 高強鋁合金具有密度低、強度高、熱加工機能 好等長處 ，其制成的板材、擠壓型材、轂件等在航空航天構件上有普遍 的運用 前景。好比 高強鋁合金厚板作為主要承力 構件，使用比例占飛機上總鋁材用量的30%~35%。今朝 ，運用 在航空平易近 機的鋁合金材料主要有：鋁合金鑄件、鋁合金鍛件、年夜 斷面鋁合金擠壓型材、鋁合金厚 板等。

據(jù)悉，ARJ21飛機的選材以鋁合金為主，鋁制零部件的質(zhì)量占飛機凈質(zhì)量的75%，ARJ21飛機用的鋁合金年夜 體上與波音B777飛機的不異，選用 綜合機能 優(yōu)秀的第四代高強耐毀傷 鋁合金制造主體構造 件;而C919的前機身、中機身、中后機身、機頭與機翼的構造 件則幾近 滿是 用鋁材制造的，C919的鋁 制工作總質(zhì)量占飛機總凈質(zhì)量的65%。

航空運輸和通用航空辦事 需求的接續(xù)增加為飛機制造業(yè)成長 締造 了廣漠的市場空間。估計 將來 10 年，全球將需要干線飛機1.2萬架、支線飛機0.27萬架、通用飛機1.83萬架、直升機1.2萬架，總價值約2萬億美元;同時，跟著 我國空域經(jīng)管改造 和 低空空域開放的推動 ，國內(nèi)通用飛機、直升機和無人機市場巨年夜 。

國際航空運輸協(xié)會(IATA)查詢拜訪 告訴中示意，再過20年中國將在飛機乘客數(shù)目 方面跨越 美國成為全球最年夜 的航空市場：2034年全球飛機乘客總數(shù)將 增加一倍，到達 74億人，在年均增速為5.2%的情形 下，2034年中國將有11.9億乘客，跨越 2021年7.58億人;美國市場的飛機乘客數(shù)目 將以平 均3.1%的速度增加，這能讓乘客數(shù)目 在2034年到達 11.6億人。與此同時，該協(xié)會展望，2029年中國就會成為世界第一位 。

憑據(jù) 空客展望，將來 20年，中國新增飛機總數(shù)為5363架，個中 包羅單通道飛機3567架、雙通道飛機1477架、超年夜 型飛機319架。

中國鋁加工業(yè)顛末量 年的成長 ，已成為國際公認的鋁材出產(chǎn)年夜 國，今朝 ，不管 是鋁合金熔煉裝備 、軋制裝備 、還是鋁合金擠壓裝備 和 精束裝 備 ，現(xiàn)代化的一 流鋁加工裝備 之數(shù)目 對全球列國 而言是最多的，但由于根蒂根基 研究和 高端手藝 的微弱 ，航空航天工業(yè)所用的高端鋁材方面還是短板。我國自1956年有了現(xiàn)代化的 鋁加工業(yè)以來，所需航空鋁合金厚板一向 處于凈進口狀況 。

在我國具有 自立 常識 產(chǎn)權的支線客機ARJ21-700與C919年夜 型客機的用材中，鋁合金零部件的質(zhì)量占到飛機總質(zhì)量的65%~75%。憑據(jù) 打算， 到 2021年，ARJ21支線客機、C919年夜 飛機所用30%以上的鋁合金材料將采取 國產(chǎn)鋁材，但是 中國商飛上海飛機設計研究院副總工章駿日前在出席 “2021新材料國際成長 趨向 高層論壇”時示意，今朝 中國的年夜 飛機C919上國產(chǎn)材料使用的比例只有5%~6%。中國年夜 飛機對鋁合金材料的需求增添 了中國 鋁加工企業(yè)航空平易近 機鋁合金研發(fā)和范圍 化出產(chǎn)的緊急 感。

日前，國度 工信部原材料工業(yè)司、裝備工業(yè)司結合 在上海組織召開第一次“平易近 機鋁材上下流 合作機制”工作會議。工業(yè)和信息化部原材料司司長周長益示意， 為鞭策 平易近 機鋁材跨行業(yè)協(xié)同立異 ，工業(yè)和信息化部將牽頭成立“平易近 機鋁材上下流 合作機制”，并聚焦航空鋁材研發(fā)、出產(chǎn)和運用 要害 環(huán)節(jié)，推動 航空鋁材完全自立 供 應，建立自立 立異 的材料系統(tǒng) 和裝備手藝 系統(tǒng) ，充實闡揚合作機建造 用，加年夜 對重點商標 研制和平臺扶植 支持，完美 平易近 機鋁材運用 指導 政策和尺度 系統(tǒng) ，激勸國企平易近 企互為增進 和軍平易近 融會 。

全球第二年夜 、亞洲最年夜 的工業(yè)鋁擠壓產(chǎn)物 研發(fā)制造商中國忠旺作為“平易近 機鋁材上下流 合作機制”的成員之一加入了此次會議。據(jù)悉，作為平易近 營鋁企的領跑者， 中國忠旺早已起頭了在航空航天用鋁范疇 的摸索和實踐：2021年針對航空航天范疇 對鋁型材的規(guī)格、特征 及嚴厲 的質(zhì)量要求，忠旺啟動了“7075航空擠壓棒 材”的研發(fā)項目;2021年，忠旺平易近 機用7075合金薄壁型材構造 件開辟 成功，知足 了平易近 用飛機設計制造的需求，為公司進入飛機制造范疇 打下根蒂根基 ;2021 年，忠旺還與沈陽航空航天算 夜 學、中航沈飛平易近 用飛機有限責任公司三方結合 建立 了遼寧航空航天鋁合金研發(fā)結合 嘗試室等。忠旺團體 現(xiàn)已可出產(chǎn)合用 于飛機部件用的 高強度鋁合金板材、棒材、管材和 分歧 斷面的鋁擠壓產(chǎn)物 。

另外 ，忠旺的天津鋁壓延材項目至今已準備 了五年之久，該項目第一期年設計產(chǎn)能為180萬噸，包羅兩條出產(chǎn)線，今朝 第一條出產(chǎn)線的廠房扶植 及裝備 安裝 已根基 完成，現(xiàn)正進行最后階段的裝備 調(diào)試。第一條出產(chǎn)線主要出產(chǎn)鋁合金中厚板，包羅航空航天、船舶、商用車及軌道車輛等范疇 使用的交通運輸板材及化工容器 用板材等，投產(chǎn)后有望改變 國內(nèi)高端鋁板產(chǎn)物 依靠 進口的場面。

“平易近 機鋁材自立 化的成長 要求勢勢必 年夜 力鞭策 國內(nèi)高端鋁材的進一步成長 。”業(yè)內(nèi)助士示意，“由于對手藝 的要求特別很是高，一些具有 范圍 和實力根蒂根基 的鋁企將 率先受益，這些企業(yè)常常 已 具有 世界上頂尖的現(xiàn)代化鋁加工手藝 裝備，也在增強 研發(fā)力度，積極引入行業(yè)人材 ，加上國度 政策的鞭策 落實，國產(chǎn)航空鋁材有望早日 實現(xiàn)"彎道超車"。

ARJ21客機用的鑄造鋁合金還有：413.0，360，355，A357，Tens-50，380，A380合金等。