Hợp kim nhôm cho bình nhiên liệu tên lửa
Vật liệu kết cấu có liên quan chặt chẽ đến một loạt các vấn đề như thiết kế cấu trúc thân tên lửa, công nghệ chế tạo và xử lý, công nghệ chuẩn bị vật liệu và tính kinh tế, đồng thời là chìa khóa quyết định chất lượng cất cánh và khả năng tải trọng của tên lửa. Theo quy trình phát triển của hệ thống vật liệu, quy trình phát triển vật liệu thùng nhiên liệu tên lửa có thể được chia thành bốn thế hệ. Thế hệ đầu tiên là hợp kim nhôm loại 5, tức là hợp kim Al-Mg. Các hợp kim tiêu biểu là hợp kim 5A06 và 5A03. Chúng được sử dụng để chế tạo cấu trúc thùng nhiên liệu tên lửa P-2 vào cuối những năm 1950 và vẫn được sử dụng cho đến ngày nay. Hợp kim 5A06 chứa 5,8% Mg đến 6,8% Mg, 5A03 là hợp kim Al-Mg-Mn-Si. Thế hệ thứ hai là hợp kim loại 2 dựa trên Al-Cu. Các thùng chứa của loạt tên lửa đẩy Trường Chinh của Trung Quốc được chế tạo bằng hợp kim 2A14, là hợp kim Al-Cu-Mg-Mn-Si. Từ những năm 1970 đến nay, Trung Quốc đã bắt đầu sử dụng hợp kim 2219 để chế tạo bồn chứa, đây là hợp kim Al-Cu-Mn-V-Zr-Ti, được sử dụng rộng rãi trong chế tạo các loại bồn chứa của phương tiện phóng. Đồng thời, nó cũng được sử dụng rộng rãi trong kết cấu bồn chứa nhiên liệu nhiệt độ thấp dùng cho vũ khí phóng, đây là hợp kim có hiệu suất nhiệt độ thấp tuyệt vời và hiệu suất toàn diện.
Hợp kim nhôm cho kết cấu cabin
Kể từ khi phát triển các phương tiện phóng ở Trung Quốc vào những năm 1960 cho đến nay, hợp kim nhôm cho cấu trúc cabin của phương tiện phóng bị chi phối bởi thế hệ đầu tiên và hợp kim thế hệ thứ hai đại diện là 2A12 và 7A09, trong khi các nước ngoài đã bước vào thế hệ thứ tư của hợp kim nhôm cấu trúc cabin (hợp kim 7055 và hợp kim 7085), chúng được sử dụng rộng rãi vì các đặc tính cường độ cao, độ nhạy làm nguội thấp và độ nhạy khía. 7055 là hợp kim Al-Zn-Mg-Cu-Zr và 7085 cũng là hợp kim Al-Zn-Mg-Cu-Zr, nhưng hàm lượng tạp chất Fe và Si rất thấp, hàm lượng Zn cao ở mức 7,0% ~ 8,0%. Hợp kim Al-Li thế hệ thứ ba đại diện là 2A97, 1460, v.v. đã được ứng dụng trong ngành công nghiệp hàng không vũ trụ nước ngoài do độ bền cao, mô đun cao và độ giãn dài cao.
Vật liệu composite nền nhôm gia cường hạt có ưu điểm là mô đun đàn hồi cao và cường độ cao, có thể thay thế hợp kim 7A09 để chế tạo dầm cabin bán liền khối. Viện Nghiên cứu Kim loại, Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, Viện Công nghệ Cáp Nhĩ Tân, Đại học Giao thông Thượng Hải, v.v. đã có nhiều nỗ lực trong việc nghiên cứu và chế tạo vật liệu composite nền nhôm gia cường hạt, đạt được những thành tựu đáng kể.
Hợp kim Al-Li được sử dụng trong ngành hàng không vũ trụ nước ngoài
Ứng dụng thành công nhất trên các phương tiện hàng không vũ trụ nước ngoài là hợp kim Weldalite Al-Li do Constellium và Quebec RDC phát triển, bao gồm hợp kim 2195, 2196, 2098, 2198 và 2050. Hợp kim 2195: Al-4.0Cu-1.0Li-0.4Mg-0.4Ag-0.1Zr, đây là hợp kim Al-Li đầu tiên được thương mại hóa thành công để sản xuất các bình chứa nhiên liệu nhiệt độ thấp cho các vụ phóng tên lửa. Hợp kim 2196: Al-2.8Cu-1.6Li-0.4Mg-0.4Ag-0.1Zr, mật độ thấp, độ bền cao, độ dẻo dai chống gãy cao, ban đầu được phát triển cho các cấu hình khung tấm pin mặt trời Hubble, hiện nay chủ yếu được sử dụng để đùn các cấu hình máy bay. Hợp kim 2098: Al-3,5 Cu-1,1Li-0,4Mg-0,4Ag-0,1Zr, ban đầu được phát triển để sản xuất thân máy bay HSCT, do có độ bền mỏi cao nên hiện được sử dụng trong thân máy bay chiến đấu F16 và bình nhiên liệu phóng tàu vũ trụ Falcon. Hợp kim 2198: Al-3,2Cu-0,9Li-0,4Mg-0,4Ag-0,1Zr, được sử dụng để cán tấm máy bay thương mại. Hợp kim 2050: Al-3,5Cu-1,0Li-0,4Mg- 0,4Ag-0,4Mn-0,1Zr, được sử dụng để sản xuất các tấm dày thay thế các tấm dày hợp kim 7050-T7451 để sản xuất các cấu trúc máy bay thương mại hoặc các bộ phận phóng tên lửa. So với hợp kim 2195, hàm lượng Cu+Mn của hợp kim 2050 tương đối thấp để giảm độ nhạy khi tôi và duy trì các tính chất cơ học cao của tấm dày, độ bền riêng cao hơn 4%, mô đun riêng cao hơn 9% và độ dẻo dai gãy được tăng lên với khả năng chống nứt ăn mòn ứng suất cao và khả năng chống nứt mỏi cao, cũng như độ ổn định nhiệt độ cao.
Nghiên cứu của Trung Quốc về vòng rèn được sử dụng trong cấu trúc tên lửa
Cơ sở sản xuất tên lửa đẩy của Trung Quốc đặt tại Khu Phát triển Kinh tế và Công nghệ Thiên Tân. Khu vực này bao gồm khu nghiên cứu và sản xuất tên lửa, khu công nghiệp ứng dụng công nghệ hàng không vũ trụ và khu hỗ trợ phụ trợ. Khu vực này tích hợp sản xuất linh kiện tên lửa, lắp ráp linh kiện và thử nghiệm lắp ráp cuối cùng.
Bồn chứa nhiên liệu tên lửa được tạo thành từ các xi lanh nối với nhau có chiều dài từ 2m đến 5m. Bồn chứa được làm bằng hợp kim nhôm, vì vậy cần được kết nối và gia cố bằng các vòng rèn hợp kim nhôm. Ngoài ra, các đầu nối, vòng chuyển tiếp, khung chuyển tiếp và các bộ phận khác của tàu vũ trụ như tên lửa đẩy và trạm vũ trụ cũng cần sử dụng vòng rèn nối, vì vậy vòng rèn là một loại kết nối và kết cấu rất quan trọng. Southwest Aluminum (Group) Co., Ltd., Northeast Light Alloy Co., Ltd. và Northwest Aluminum Co., Ltd. đã nỗ lực rất nhiều trong việc nghiên cứu và phát triển, sản xuất và gia công vòng rèn.
Năm 2007, Southwest Aluminum đã vượt qua những khó khăn kỹ thuật như đúc quy mô lớn, rèn phôi, cán vành và biến dạng nguội, và phát triển vành rèn hợp kim nhôm có đường kính 5m. Công nghệ rèn lõi ban đầu đã lấp đầy khoảng trống trong nước và được áp dụng thành công cho tên lửa Trường Chinh-5B. Năm 2015, Southwest Aluminum đã phát triển vành rèn tổng thể hợp kim nhôm siêu lớn đầu tiên có đường kính 9m, lập kỷ lục thế giới. Năm 2016, Southwest Aluminum đã chinh phục thành công một số công nghệ cốt lõi quan trọng như cán định hình và xử lý nhiệt, và phát triển vành rèn hợp kim nhôm siêu lớn có đường kính 10m, lập kỷ lục thế giới mới và giải quyết một vấn đề kỹ thuật then chốt trong quá trình phát triển tên lửa đẩy hạng nặng của Trung Quốc.
Biên tập bởi May Jiang từ MAT Aluminum
Thời gian đăng: 01-12-2023
