การใช้วัสดุโลหะผสมอะลูมิเนียมคุณภาพสูงในยานยนต์ส่งตัว

อลูมิเนียมอัลลอยด์สำหรับถังเชื้อเพลิงจรวด

วัสดุโครงสร้างมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับประเด็นต่างๆ เช่น การออกแบบโครงสร้างตัวจรวด เทคโนโลยีการผลิตและการแปรรูป เทคโนโลยีการเตรียมวัสดุ และความประหยัด และเป็นกุญแจสำคัญในการพิจารณาคุณภาพการบินขึ้นและความสามารถในการบรรทุกของจรวด ตามกระบวนการพัฒนาของระบบวัสดุ กระบวนการพัฒนาวัสดุถังเชื้อเพลิงจรวดสามารถแบ่งออกเป็นสี่ชั่วอายุคน รุ่นแรกคือโลหะผสมอะลูมิเนียมซีรีส์ 5 ซึ่งก็คือโลหะผสม Al-Mg โลหะผสมที่เป็นตัวแทนคือโลหะผสม 5A06 และ 5A03 ใช้ในการผลิตโครงสร้างถังเชื้อเพลิงจรวด P-2 ในปลายทศวรรษ 1950 และยังคงใช้อยู่ในปัจจุบัน โลหะผสม 5A06 ที่ประกอบด้วย 5.8% Mg ถึง 6.8% Mg, 5A03 เป็นโลหะผสม Al-Mg-Mn-Si รุ่นที่สองคือโลหะผสม 2 ซีรีส์ที่ใช้ Al-Cu ถังเก็บยานพาหนะปล่อยจรวดซีรีส์ Long March ของจีนทำจากโลหะผสม 2A14 ซึ่งเป็นโลหะผสม Al-Cu-Mg-Mn-Si ตั้งแต่ปี 1970 ถึงปัจจุบัน จีนเริ่มใช้ถังเก็บการผลิตโลหะผสม 2219 ซึ่งเป็นโลหะผสม Al-Cu-Mn-V-Zr-Ti ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตถังเก็บยานพาหนะยิงต่างๆ ในเวลาเดียวกัน ยังใช้กันอย่างแพร่หลายในโครงสร้างของถังเชื้อเพลิงอุณหภูมิต่ำสำหรับการยิงอาวุธ ซึ่งเป็นโลหะผสมที่มีประสิทธิภาพการทำงานที่อุณหภูมิต่ำที่ยอดเยี่ยมและประสิทธิภาพที่ครอบคลุม

อลูมิเนียมอัลลอยด์สำหรับโครงสร้างห้องโดยสาร

นับตั้งแต่มีการพัฒนายานพาหนะสำหรับปล่อยตัวในประเทศจีนในทศวรรษ 1960 จนถึงปัจจุบัน อลูมิเนียมอัลลอยด์สำหรับโครงสร้างห้องโดยสารของยานพาหนะสำหรับส่งตัวถูกครอบงำโดยรุ่นแรกและโลหะผสมรุ่นที่สองแสดงโดย 2A12 และ 7A09 ในขณะที่ต่างประเทศได้เข้าสู่รุ่นที่สี่ของ อลูมิเนียมอัลลอยด์โครงสร้างห้องโดยสาร (โลหะผสม 7055 และโลหะผสม 7085) มีการใช้กันอย่างแพร่หลายเนื่องจากมีคุณสมบัติความแข็งแรงสูง ความไวในการดับต่ำ และความไวของรอยบาก 7055 เป็นโลหะผสม Al-Zn-Mg-Cu-Zr และ 7085 ก็เป็นโลหะผสม Al-Zn-Mg-Cu-Zr เช่นกัน แต่ปริมาณ Fe และ Si ที่ไม่บริสุทธิ์นั้นต่ำมาก และปริมาณ Zn สูงถึง 7.0% ~8.0% โลหะผสม Al-Li รุ่นที่สามที่แสดงโดย 2A97, 1460 ฯลฯ ถูกนำมาใช้ในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศต่างประเทศเนื่องจากมีความแข็งแรงสูง โมดูลัสสูง และการยืดตัวสูง

คอมโพสิตอะลูมิเนียมเมทริกซ์เสริมแรงด้วยอนุภาคมีข้อดีคือโมดูลัสสูงและความแข็งแรงสูง และสามารถใช้แทนโลหะผสม 7A09 เพื่อผลิตคานกั้นห้องโดยสารแบบกึ่งโมโนโคกได้ สถาบันวิจัยโลหะ, สถาบันวิทยาศาสตร์จีน, สถาบันเทคโนโลยีฮาร์บิน, มหาวิทยาลัย Shanghai Jiaotong ฯลฯ ได้ทำงานมากมายในการวิจัยและการเตรียมคอมโพสิตเมทริกซ์อะลูมิเนียมเสริมแรงด้วยอนุภาค ด้วยความสำเร็จที่โดดเด่น

โลหะผสมอัล-ลีที่ใช้ในการบินและอวกาศต่างประเทศ

การใช้งานที่ประสบความสำเร็จมากที่สุดในยานพาหนะการบินและอวกาศต่างประเทศคือโลหะผสม Weldalite Al-Li ที่พัฒนาโดย Constellium และ Quebec RDC ซึ่งรวมถึงโลหะผสม 2195, 2196, 2098, 2198 และ 2050 โลหะผสม 2195: Al-4.0Cu-1.0Li-0.4Mg-0.4Ag-0.1Zr ซึ่งเป็นโลหะผสม Al-Li ตัวแรกที่ประสบความสำเร็จในเชิงพาณิชย์สำหรับการผลิตถังเก็บเชื้อเพลิงอุณหภูมิต่ำสำหรับการปล่อยจรวด โลหะผสม 2196: Al-2.8Cu-1.6Li-0.4Mg-0.4Ag-0.1Zr มีความหนาแน่นต่ำ มีความแข็งแรงสูง มีความทนทานต่อการแตกหักสูง เดิมพัฒนาขึ้นสำหรับโปรไฟล์กรอบแผงโซลาร์เซลล์ของฮับเบิล ซึ่งปัจจุบันส่วนใหญ่ใช้สำหรับการอัดโปรไฟล์เครื่องบิน โลหะผสมปี 2098: Al-3.5 Cu-1.1Li-0.4Mg-0.4Ag-0.1Zr เดิมพัฒนาขึ้นเพื่อการผลิตลำตัว HSCT เนื่องจากมีความแข็งแรงเมื่อยล้าสูง ปัจจุบันจึงใช้ในลำตัวเครื่องบินรบ F16 และยานอวกาศ Falcon Launch Fuel Tank . โลหะผสม 2198: Al-3.2Cu-0.9Li-0.4Mg-0.4Ag-0.1Zr ใช้สำหรับรีดแผ่นเครื่องบินพาณิชย์ โลหะผสม 2050: Al-3.5Cu-1.0Li-0.4Mg- 0.4Ag-0.4Mn-0.1Zr ใช้ในการผลิตแผ่นหนาเพื่อทดแทนแผ่นโลหะผสมหนา 7050-T7451 สำหรับการผลิตโครงสร้างเครื่องบินเชิงพาณิชย์หรือส่วนประกอบในการยิงจรวด เมื่อเทียบกับโลหะผสม 2195 ปริมาณ Cu + Mn ของโลหะผสม 2050 ค่อนข้างต่ำเพื่อลดความไวในการดับและรักษาคุณสมบัติเชิงกลสูงของแผ่นหนา ความแข็งแรงจำเพาะสูงกว่า 4% โมดูลัสจำเพาะสูงกว่า 9% และความเหนียวของการแตกหักจะเพิ่มขึ้นด้วยความต้านทานการแตกร้าวจากการกัดกร่อนจากความเค้นสูงและความต้านทานการเติบโตของรอยแตกเมื่อยล้าสูง รวมถึงความเสถียรที่อุณหภูมิสูง

งานวิจัยของจีนเกี่ยวกับการตีวงแหวนที่ใช้ในโครงสร้างจรวด

ฐานการผลิตรถยนต์เปิดตัวของจีนตั้งอยู่ในเขตพัฒนาเศรษฐกิจและเทคโนโลยีเทียนจิน ประกอบด้วยพื้นที่วิจัยและผลิตจรวด พื้นที่อุตสาหกรรมการประยุกต์ใช้เทคโนโลยีการบินและอวกาศ และพื้นที่สนับสนุนเสริม โดยผสมผสานการผลิตชิ้นส่วนจรวด การประกอบชิ้นส่วน การทดสอบการประกอบขั้นสุดท้าย

ถังเก็บเชื้อเพลิงจรวดถูกสร้างขึ้นโดยการเชื่อมต่อกระบอกสูบที่มีความยาว 2 ม. ถึง 5 ม. ถังเก็บทำจากอลูมิเนียมอัลลอยด์ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องเชื่อมต่อและเสริมความแข็งแรงด้วยแหวนตีโลหะผสมอลูมิเนียม นอกจากนี้ ตัวเชื่อมต่อ วงแหวนทรานซิชัน เฟรมทรานซิชัน และส่วนอื่นๆ ของยานอวกาศ เช่น ยานอวกาศและสถานีอวกาศ จำเป็นต้องใช้วงแหวนปลอมเชื่อมต่อด้วย ดังนั้นวงแหวนปลอมจึงเป็นประเภทการเชื่อมต่อและชิ้นส่วนโครงสร้างที่สำคัญมาก Southwest Aluminium (Group) Co., Ltd., Northeast Light Alloy Co., Ltd. และ Northwest Aluminium Co., Ltd. ได้ทำงานมากมายในการวิจัยและพัฒนา การผลิต และการแปรรูปแหวนตีขึ้นรูป

ในปี 2550 Southwest Aluminium เอาชนะปัญหาทางเทคนิค เช่น การหล่อขนาดใหญ่ การตีเหล็กแท่งเล็ก การรีดแหวน และการเสียรูปด้วยความเย็น และพัฒนาแหวนการตีโลหะผสมอลูมิเนียมที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 5 เมตร เทคโนโลยีการตีแกนแบบดั้งเดิมช่วยเติมเต็มช่องว่างภายในประเทศ และนำไปใช้กับ Long March-5B ได้สำเร็จ ในปี 2015 Southwest Aluminium ได้พัฒนาแหวนฟอร์จโดยรวมอลูมิเนียมอัลลอยด์ขนาดใหญ่พิเศษตัวแรกที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 9 ม. ซึ่งสร้างสถิติโลก ในปี 2016 Southwest Aluminium ประสบความสำเร็จในการเอาชนะเทคโนโลยีหลักที่สำคัญหลายประการ เช่น การรีดขึ้นรูปและการบำบัดความร้อน และพัฒนาแหวนตีขึ้นรูปโลหะผสมอลูมิเนียมขนาดใหญ่พิเศษที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 10 ม. ซึ่งสร้างสถิติโลกใหม่และแก้ไขปัญหาทางเทคนิคที่สำคัญที่สำคัญ สำหรับการพัฒนายานยิงสำหรับงานหนักของจีน

เรียบเรียงโดย May Jiang จาก MAT Aluminium