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  2. 大國(guó)重器!C919上的鋼鐵材料和新材料
    2023-06-25 14:21:28 作者:材料基 來(lái)源:材料基 分享至:

     

     

    5月28日12點(diǎn)31分,中國(guó)東方航空MU9191航班順利抵達(dá)北京首都國(guó)際機(jī)場(chǎng),之后穿過(guò)了象征民航最高禮儀的“水門”。國(guó)產(chǎn)大型客機(jī)C919全球首次商業(yè)載客飛行成功。

     

    國(guó)產(chǎn)C919圓滿完成商業(yè)航班首飛!背后的鋼企功不可沒(méi):中國(guó)鋼研、撫順特鋼(沙鋼集團(tuán))、寶鋼中國(guó)寶武)、舞鋼(河鋼)等,他們?yōu)镃919提供了重要基礎(chǔ)材料或設(shè)備,包括:

     

    1、起落架主體材料---300M鋼

     

     

     


    2010年我國(guó)成立了鋼鐵研究總院牽頭、聯(lián)合撫順特殊鋼公司和寶鋼股份公司開(kāi)展?jié)M足民航客機(jī)適航認(rèn)證要求的300M鋼大尺寸棒材攻關(guān)。

     

    中國(guó)商飛C919項(xiàng)目材料/標(biāo)準(zhǔn)件合格產(chǎn)品目錄中所包含的鋼材主要有9種牌號(hào),包括4340、300M、302、321、21-6-9、440C、15-5PH、PH13-8Mo、17-7PH等,涉及國(guó)內(nèi)外6家鋼材供應(yīng)商,其中國(guó)內(nèi)只有寶鋼股份和撫順特鋼兩家,4家國(guó)外供應(yīng)商分別為塔塔鋼鐵、卡本特、奧鋼聯(lián)和奧博杜瓦。

     

    寶鋼特鋼自主研制的飛機(jī)起落架用300M獲得合格供應(yīng)商資質(zhì)認(rèn)證,向中國(guó)商飛供貨,寶鋼還為中國(guó)商飛提供了鈦合金自由鍛件和等溫鍛件,將在后續(xù)的C919飛機(jī)上應(yīng)用;撫順特鋼為大飛機(jī)項(xiàng)目研發(fā)了包括300M、4340高強(qiáng)鋼以及321、15-5PH不銹鋼在內(nèi)的其他品種,目前正作為實(shí)驗(yàn)料,由中國(guó)商飛進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)積累。

     

    在C919下線儀式現(xiàn)場(chǎng),寶鋼特鋼總經(jīng)理助理劉孝榮激動(dòng)地說(shuō):“首架C919大型客機(jī)徐徐駛出大幕的那一刻太振奮人心了,中國(guó)人終于圓夢(mèng)大型客機(jī),寶鋼人進(jìn)入民用航空材料供應(yīng)商行列的十年夢(mèng)想在這一刻也終于實(shí)現(xiàn)。”


    2、發(fā)動(dòng)機(jī)吊掛保險(xiǎn)銷、門鉸鏈等關(guān)鍵部件的材料---15-5PH沉淀硬化不銹鋼

     

    2010年由鋼鐵研究總院牽頭、聯(lián)合撫順特殊鋼股份有限公司開(kāi)展了滿足民航適航認(rèn)證要求的15-5PH沉淀硬化不銹鋼棒材及板材的技術(shù)攻關(guān)。


     

     

    3、河鋼舞鋼公司自主研發(fā)的390mm大厚度20MnNiMo電渣鋼板,用于制造大飛機(jī)的核心設(shè)備——世界最大的8萬(wàn)噸模鍛壓機(jī)的生產(chǎn),為國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)生產(chǎn)提供了支持。我國(guó)自主研制的8萬(wàn)噸模鍛壓機(jī)是世界上最大的模鍛壓機(jī),C919大型客機(jī)上的起落架等重要部件就由其鍛造。模鍛壓機(jī)的尺寸、整體質(zhì)量和最大單件重量均為世界之首,將我國(guó)高端重大裝備的制造能力推到了國(guó)際頂級(jí)水平。該模鍛壓機(jī)承載機(jī)架所用的頂級(jí)鋼板為390mm厚的20MnNiMo電渣鋼板,全部由河鋼舞鋼公司生產(chǎn)制造,數(shù)量為82塊,重量為2348噸。模鍛壓機(jī)承載機(jī)架所用的頂級(jí)鋼板,是該裝備中生產(chǎn)難度極大的鋼種。鋼板對(duì)內(nèi)部致密度、純潔度、機(jī)械性能及平直度等要求極高,加上鋼板大單重、大厚度的特點(diǎn),屬于國(guó)內(nèi)空白品種。接到生產(chǎn)任務(wù)后,河鋼舞鋼公司攻堅(jiān)克難,歷時(shí)6個(gè)多月,攻克多項(xiàng)技術(shù)難題,最終研發(fā)成功并實(shí)現(xiàn)生產(chǎn),產(chǎn)品各項(xiàng)性能均超出國(guó)外同類產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。鋼板全部高質(zhì)量按期交貨,助力了國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)的制造。


    作為我國(guó)首次按照國(guó)際通行適航標(biāo)準(zhǔn)自行研制、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的噴氣式干線客機(jī),“大國(guó)重器”C919上都有哪些高科技?除鋼鐵材料外還有哪些新材料?它的名字又有什么寓意?關(guān)于C919更多信息,一張圖帶你了解↓↓↓

     

     

     

    C919的選材之道

    新材料,或許是C919最大放異彩的地方。一直以來(lái),航空發(fā)展就流傳著“一代飛機(jī),一代材料”的說(shuō)法,形象地概括了采用高性能新材料與提高飛機(jī)性能之間的密切聯(lián)系。一份研報(bào)顯示,C919所使用的主要材料中,鋁合金占比達(dá)到65%,鈦合金占比9.3%,超高強(qiáng)度鋼占比6.9%,復(fù)合材料占比11.5%。

    第三代鋁鋰合金

    在中國(guó)武術(shù)界,有著“內(nèi)練一身氣,外練筋骨皮”的說(shuō)法。C919大型客機(jī)的研發(fā),也詮釋了這一思想。它的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完全由中國(guó)商飛自主完成,并實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)制造全國(guó)產(chǎn)化。在機(jī)體主結(jié)構(gòu)上,設(shè)計(jì)人員大量使用了世界先進(jìn)的第三代鋁鋰合金材料,這在國(guó)內(nèi)尚屬首次,大大帶動(dòng)了國(guó)內(nèi)航空材料和制造的發(fā)展。
    鋁鋰合金具有密度低、強(qiáng)度高且損傷容限性優(yōu)良等特點(diǎn),用它替代常規(guī)鋁合金材料,能夠使飛機(jī)構(gòu)件的密度降低3%,重量減少10%~15%,剛度提高 15%~20%,因此被認(rèn)為是新一代飛機(jī)較為理想的結(jié)構(gòu)材料。

    T800級(jí)碳纖維復(fù)合材料

    C919大型客機(jī)是國(guó)內(nèi)首個(gè)使用T800級(jí)高強(qiáng)碳纖維復(fù)合材料的民機(jī)型號(hào)。相比T300級(jí)材料,T800級(jí)材料強(qiáng)度、模量更高,韌性更強(qiáng),具備更好的抗沖擊性,C919上受力較大的部件,如后機(jī)身和平垂尾等都使用了T800級(jí)碳纖維復(fù)合材料。

    T300屬于第一代民機(jī)復(fù)合材料,其樹脂基體為未增韌的脆性環(huán)氧樹脂基體,增強(qiáng)纖維為T300碳纖維,其拉伸強(qiáng)度約為3.5GPa,拉伸模量約為230GPa。T300呈現(xiàn)脆性材料性能特征,對(duì)沖擊載荷引起的分層損傷比較敏感,因此只能用于受力不大的次承力結(jié)構(gòu)。C919上使用的T800材料采用增韌環(huán)氧樹脂基體,增強(qiáng)纖維為T800碳纖維,拉伸強(qiáng)度和拉伸模量較T300提高50%左右,也是目前國(guó)際上民機(jī)主承力結(jié)構(gòu)應(yīng)用最為廣泛的復(fù)合材料。

    玻璃纖維復(fù)合材料

    相比碳纖維復(fù)合材料,玻璃纖維復(fù)合材料的力學(xué)性能稍低,但由于碳纖維介電常數(shù)較高,會(huì)影響雷達(dá)工作,C919大型客機(jī)的雷達(dá)罩使用了玻璃纖維復(fù)合材料。

    另外一些受力較小的部件,如襟翼也使用了玻璃纖維復(fù)合材料。因?yàn)椴AЮw維復(fù)合材料成本比碳纖維復(fù)合材料低,在受力較小的部件上應(yīng)用,既可以達(dá)到設(shè)計(jì)要求,又可以降低制造成本。

    芳綸蜂窩材料

    C919大型客機(jī)艙門和客貨艙地板使用了芳綸蜂窩材料,這是一種采用酚醛樹脂浸漬的芳綸紙制成的輕質(zhì)高強(qiáng)非金屬仿生芯材制品。它模仿蜜蜂的蜂巢設(shè)計(jì),具有穩(wěn)定、輕質(zhì)的結(jié)構(gòu)和很高的比強(qiáng)度,與泡沫芯材相比,它具有更高的剪切強(qiáng)度,與金屬蜂窩相比,它更加耐腐蝕。

    同時(shí),芳綸蜂窩材料還具有高韌性、良好的抗疲勞性能和防火性能,是一種比較理想的民機(jī)復(fù)合材料。

    碳纖維復(fù)材及陶瓷基復(fù)材

    航空發(fā)動(dòng)機(jī)作為“航空之花”,可以說(shuō)是航空技術(shù)和工業(yè)積累的完整體驗(yàn)。C919的發(fā)動(dòng)機(jī)為L(zhǎng)EAP-X1C發(fā)動(dòng)機(jī)。它采用了18片賽峰公司研制的碳纖維復(fù)合材料風(fēng)扇葉片以及美國(guó)通用電氣公司研制的陶瓷基復(fù)合材料渦輪部件。 

    芳砜綸纖維

    芳砜綸簡(jiǎn)稱PSA纖維,由聚砜酰胺組成。其主要特點(diǎn)是優(yōu)良的電絕緣性和耐熱性,此外,阻燃性高,極限氧指數(shù)超過(guò)30%,耐化學(xué)穩(wěn)定性好,除了幾種極性很強(qiáng)的溶劑和濃硫酸之外,在常溫下對(duì)化學(xué)品均具有良好的穩(wěn)定性。芳砜綸不僅可以制作多種耐高溫濾材和高溫高壓電器中的絕緣材料,而且還可加工成運(yùn)輸工具中的高級(jí)阻燃織物等。

    據(jù)悉,C919機(jī)艙內(nèi)部將首次啟用芳砜綸纖維制作椅罩、門簾,將使得飛機(jī)減重30公斤以上,每架飛機(jī)能夠節(jié)省超萬(wàn)元成本。 

    橡膠化合物

    其實(shí)飛機(jī)輪胎所使用的材料與汽車輪胎基本相同,主要區(qū)別則來(lái)自飛機(jī)輪胎采用了更高強(qiáng)度的橡膠化合物,以至于飛機(jī)輪胎能被充氣到200磅/平方英寸的氣壓,這相當(dāng)于汽車輪胎氣壓的6倍,C919使用的就是來(lái)自米其林的Air X子午線輪胎。

    C919

    作為“現(xiàn)代工業(yè)皇冠上的明珠”的大飛機(jī)項(xiàng)目,是一個(gè)國(guó)家科技水平、制造能力、經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)和綜合國(guó)力的集中體現(xiàn),是衡量一國(guó)制造業(yè)先進(jìn)水平的制高點(diǎn)。

    發(fā)展大飛機(jī),不但能夠帶動(dòng)新材料、現(xiàn)代制造等領(lǐng)域關(guān)鍵技術(shù)的群體突破,還將帶動(dòng)流體力學(xué)、固體力學(xué)等諸多基礎(chǔ)學(xué)科的重大進(jìn)展,將會(huì)全面地、大幅度地提高我國(guó)科技水平。

    不少航空業(yè)內(nèi)人士均表示,隨著國(guó)內(nèi)航空產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平不斷提升,大飛機(jī)的國(guó)產(chǎn)化水平將持續(xù)提升,大飛機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈帶動(dòng)制造業(yè)水平整體向高端化奮進(jìn),其高附加值的特性會(huì)慢慢展現(xiàn)。圍繞C919的商用及量產(chǎn),大飛機(jī)產(chǎn)業(yè)鏈整體孕育萬(wàn)億元空間

     

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