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航天飛船為何選用鋁合金

2021-06-21

  “神州十二”的成功發射,再次證明中國航天工程的大發展。關于航天飛船的制造業再次成為人們追逐的熱點。

作為一家專業生產鋁鎂錳屋面板的廠家,我們的產品如航天事業般發生著突飛猛進的勢頭。今天小編帶領大家一起認識下航天器上在鋁合金方面的應用。

首先了解下航天器用兩大類結構材料金屬材料與復合材料。金屬材料具有成熟的使用性能和加工制造基礎,一直以來都是衛星結構材料的首選;復合材料作為新興材料,其密度低、可設計性強等突出優勢備受科研人員青睞,并有逐漸代替金屬作為衛星主結構材料的趨勢。

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鋁合金作為航天飛船的主要制造材料,從燃料艙、載人艙(逃逸艙)、軌道艙都需要大量的鋁合金材料。那么,航空航天用鋁合金主要有哪些呢?
   鋁合金大型擠壓型材、鋁鋰合金、鋁合金厚板、鋁合金鑄件成為航空航天的鋁合金首選。品種規格多、構件尺寸大、形狀復雜、工藝大等這些高合金化鋁材特點明顯,在鋁合金材料研發生產進程中,攻克多個工藝難題,取得熔鑄、熱加工、熱處理等多項科研成果。

金屬材料的特點是可焊接,主要衛星密封殼體結構中,接頭、支架等承力結構件上也有適用。金屬材料中,合金鋼是工業界使用Z廣泛的結構材料,但是在航空航天領域除了少部分結構采用合金鋼以外,主要都采用更加輕質的鋁合金、鈦合金、鎂合金等。在比模量相當的情況下,輕質合金的密度低很多。
  在輕質合金中,鋁合金價格相對便宜,導熱性、導電性良好且抗腐蝕性能好,是目前衛星上應用Z廣泛的輕金屬材料。部分鋁合金還具有良好的低溫性能,隨著溫度的下降,其強度和塑性都有所增加。在經典的航天飛機時代,乘員艙、前機身、中機身、后機身、垂尾、襟翼、升降副翼和水平尾翼均由鋁合金制造。在美國,研究和應用較多的主要有7075、7475和7055等7系鋁合金。這些成分的鋁合金不僅具有高強度,而且具有高韌性,一直是各國航天材料研究人員追求的目標。受限于材料制備技術的發展,高強鋁合金在我國的應用較少,但是要實現航天器的輕量化設計,這始終是一個值得研究的方向。
   目前應用在航天器上的鋁合金主要有鋁合金厚板、鋁蜂窩板和鋁——鋰合金等。其中,鋁合金厚板具有高強度、良好的韌性、抗應力性能和抗剝落腐蝕性能,而且其斷裂韌性較好,抗疲勞裂紋擴展能力強,作為航天航空用材料具有很好的綜合性能。另外,鋁蜂窩夾芯板結構以其比強度高、比剛度高、隔熱隔振性能好、可設計性強等特點,被廣泛應用于航空航天領域,已成為現代衛星主要的承力結構。20世紀80年代發展起來的鋁——鋰合金由于鋰的添加可以降低合金的密度,增加剛度,同時仍然保持較高的強度、較好的抗腐蝕性和抗疲勞性以及適宜的延展性,被認為是21世紀航空航天領域Z理想的結構材料。上述三類鋁合金因在航空航天領域的優異表現,都將是我國在鋁合金方面研究努力的方向與重點。
  綜上所述,鋁合金在航天航空領域中的應用,主要因為其實一種超高強度變形鋁合金,具有較好的力學和加工性能,固溶處理后塑性好,熱處理強化效果好,一般在150℃(甚至更高)以下有高的強度,韌性好,是理想的結構材料。

 


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