為C919造“7050”——國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)用鋁材自主研制紀(jì)實(shí)

【創(chuàng)新故事】

◎本報(bào)記者 雍 黎

5月28日，從上海起飛的國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)C919在首都機(jī)場(chǎng)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(jiǎn)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(kāi)始，西南鋁就承擔(dān)了國(guó)產(chǎn)大飛機(jī)用鋁材的研制生產(chǎn)任務(wù)。通過(guò)自主創(chuàng)新，他們突破了“從無(wú)到有”的難關(guān)，并使國(guó)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(shuō)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(guó)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(guó)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(guó)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。”西南鋁技術(shù)中心副主任工程師、項(xiàng)目組長(zhǎng)周華告訴科技日?qǐng)?bào)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(guó)家視為核心技術(shù)秘密，嚴(yán)加封鎖，“進(jìn)口材料不僅價(jià)格高達(dá)每噸十幾萬(wàn)元，還時(shí)常被國(guó)外限購(gòu)。”

“沒(méi)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(duì)；同時(shí)，企業(yè)內(nèi)部也抽調(diào)熔鑄、壓延、鍛造、檢測(cè)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(kāi)始了工業(yè)化制備技術(shù)的系統(tǒng)性研究。

“當(dāng)時(shí)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(shuō)。

百次失敗 打破鑄錠開(kāi)裂“魔咒”

7050鋁合金厚板強(qiáng)度高、韌度高、耐疲勞、耐損傷，這對(duì)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(shí)，西南鋁熔鑄廠設(shè)備及工裝相對(duì)落后，“7050”大規(guī)格鑄錠成型是團(tuán)隊(duì)遇到的第一個(gè)“攔路虎”。

“新材料要求強(qiáng)度高，鑄造時(shí)第一個(gè)難題就是容易開(kāi)裂?！敝鞴芄こ處熽愋旅裾f(shuō)，那段時(shí)間，項(xiàng)目組成員從鑄造開(kāi)始就24小時(shí)守在爐邊，等著冶煉后最終成型。

一般情況下，細(xì)微開(kāi)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(guò)適航認(rèn)證，所有型號(hào)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(shí)最怕聽(tīng)到‘嘭’的一聲，那是鑄錠開(kāi)裂了?！敝苋A說(shuō)，起初沒(méi)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(jià)值四五十萬(wàn)元，開(kāi)裂就意味著全部報(bào)廢。

那段時(shí)間，鑄錠開(kāi)裂頻發(fā)，最多時(shí)熔鑄廠堆放了上千噸的開(kāi)裂鑄錠，損失高達(dá)上千萬(wàn)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(gè)月吃住在辦公室，根據(jù)崗位分工，有人不斷計(jì)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(shí)完全感覺(jué)不到累，只想著如何攻克這一難題?！敝苋A說(shuō)。

歷經(jīng)上百次失敗，項(xiàng)目組通過(guò)對(duì)合金成分和比例的不斷優(yōu)化，終于打破了鑄錠開(kāi)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(guó)門(mén)

解決了鑄錠成型問(wèn)題，隨之而來(lái)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(shí)，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(guò)反復(fù)對(duì)樣品全面解剖分析，項(xiàng)目組創(chuàng)新性地對(duì)材料組織與性能關(guān)系提出了新見(jiàn)解?！笔紫こ處煛r(shí)任技術(shù)質(zhì)量部副主任的王正安說(shuō)。

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(guó)最大截面的7050鋁合金超寬超厚預(yù)拉伸板，建立了7050鋁合金預(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(guó)航空航天工業(yè)多個(gè)重點(diǎn)型號(hào)裝備上獲得規(guī)模應(yīng)用。

2017年起，中鋁集團(tuán)與中國(guó)商飛共同梳理出21種關(guān)鍵主結(jié)構(gòu)鋁材，并聯(lián)合國(guó)內(nèi)優(yōu)勢(shì)團(tuán)隊(duì)開(kāi)展系統(tǒng)攻關(guān)；西南鋁成為國(guó)內(nèi)首家國(guó)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(gè)規(guī)格、600余件鋁合金材料。

除了配套國(guó)內(nèi)航空市場(chǎng)，西南鋁制造的民機(jī)鋁材已經(jīng)走出國(guó)門(mén)。5月23日，中鋁西南鋁、波音公司、中航國(guó)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(guó)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(zhēng)取未來(lái)能做到‘領(lǐng)跑’行業(yè)?！蔽髂箱X黨委書(shū)記、董事長(zhǎng)黎勇表示，“黨的二十大提出加快建設(shè)制造強(qiáng)國(guó)、航天強(qiáng)國(guó)，西南鋁將堅(jiān)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(guó)家戰(zhàn)略發(fā)揮‘頂梁柱’作用！”

來(lái)源：科技日?qǐng)?bào)