ARJ支线客机用了哪些铝合金

    由成都航空公司技术过硬、经验丰富的拥有ARJ21飞行资质飞行员驾驶着第106架机,从上海中国商飞公司机场直飞成都双流机场,交付成都航空公司,预计于2016年3月份投放市场,初期投放成都至北京、上海、广州、深圳、武汉、西安等7条航线.这是中国继11月2日C919大飞机总装下线后,民机航空工业的又一件大事,在现代喷气式支线客机自主设计、试制、试验、试飞、取证、生产、交付等全过程方面又一重大突破.从2016年3月起中国国内航线首次拥有全部自主知识产权的Made in China的喷气式支线客机.

    根据民用航空部门的规定,新款客机在交付后,必须通过运行合格审定,进行100h飞行验证,对补充文件进行严格审查,证明完全符合民航局的相关标准后方可投放使用,这就是ARJ21为什么要到明年3月才能投入营运的原因.

    ARJ21涡扇支线客机于2002年4月正式立项由中国商用飞机公司研制,2006年9月首架前机身部段在中国第一航空工业集团西安飞机工业公司交付,2007年12月首架机在上海飞机公司总装下线,ARJ21-700飞机2008年11月在上海首飞成功,2015年3月ARJ21-700飞机完成首次航线演示飞行.ARJ21-700支线客机从正式立项至2016年投入营运历时14年.

    ARJ21客机用了哪些铝合金

    ARJ21支线客机基本上是用铝合金打造的,铝制零部件的质量超过飞机净质量的75%,常用的铝合金几乎全用了,不管是变形铝合金,还是铸造铝合金的,几乎所有系的合金都用了,大的有四五十千克的蒙皮板,小的是以克计的铆钉,ARJ21客机的零件总数上百万件,但是以紧固件最多,而在紧固件中坐第一把交椅的是古老的铆钉.铆钉问世可能有几千年了,在飞机上的应用也有112年了.

    在ARJ21支线客机主结构铝材中用的最多的是2xxx系及7xxx系合金,而且都是最新一代的合金,全是美国铝业公司提供的,万里迢迢从美国西海岸越过大洋来到中国,板材来自艾奥瓦州(Iowa)达文波特轧制厂(Davenport Works),挤压材与锻件是拉斐特厂(Lafayette Works)生产的,也有一些挤压材来自韩国的长光铝业公司,它是美国铝业公司在韩国的一个独资铝材挤压企业.2xxx系及7xxx系合金在ARJ21主结构铝材用量中占总用量的98%.接下来聊聊哪些零部件是用铝合金制,用的是什么合金与何种状态的材料.

    蒙皮全用2524-T3合金

    2524-T3合金真是一个很牛的2xxx系合金,ARJ21-700支线客机的所有蒙皮它都全包了,全是用其预拉伸板制造的,包括:机身蒙皮,后机身蒙皮,翼下机身蒙皮,与机翼对接的机身部位蒙皮,襟翼蒙皮,襟翼子翼蒙皮,垂尾蒙皮,升降舵蒙皮,平尾蒙皮,扰流板蒙皮,方向舵蒙皮与调整片,副翼蒙皮与调整片,缝翼蒙皮,升降舵调整片.2524合金1995年诞生,同年在美国铝业协会注册,而它"爷爷"的"爷爷"2024合金却是1934年诞生的.2524合金是2024合金家族的第六代,在主成分(Cu、Mg、Mn)方面它们的含量大体相等,例如2024合金含3.8%~4.9%Cu,而2524合金的为4.0%~4.5%;2024合金的镁含量为1.2%~1.8%,而2524合金含1.2%~1.6%;2024合金含0.3%~0.9%Mn,而2524合金的含量为0.45%~0.7%Mn,由此可见,2024合金的主合金元素含量范围比2524合金的宽松一些,因而2524合金的生产难度稍大一些.

    可是2524合金的杂质含量比2024合金的少得多,是一个很干净的合金,它的杂质Si、Fe、Cr含量为0.06%、0.12%、0.05%,分别只有2024合金的12%、24%、50%,其他杂质的含量也相应地大幅度下降,因而其杂质相数量少得多,合金的常规力学性能与2024合金的相当,但是其断裂韧性与抗应力腐蚀开裂能力、抗疲劳裂纹扩展能力比2024合金强,也更耐损伤容限,所以它的综合性能比2024合金的更好.用它制造的零部件更加经久耐用,维修期长了,维护费用下降了,飞机的安全性更高了.

    T3表示板材固溶处理后经过拉伸,然后再时效处理(自然时效)与发给用户,用户用于加工零件,因为拉伸在用户加工零件之前,故被称为预拉伸,拉伸永久变形量为1.5%~3%.淬火后的板材内存在着巨大的内应力,表层为压应力,内部为拉应力,如不消除它们,用户用其加工零件时会产生变形,变为废品,预拉伸就是消除这种淬火残余应力,便于机械加工工件的顺利进行.经过预拉伸的铝合金板被称为预拉伸板,多用于制造航空器蒙皮,是一类高技术产品.预拉伸在拉伸机上进行,中国目前可生产预拉伸板的企业有东北轻合金有限责任公司、西南铝业(集团)有限责任公司、南山轻合金公司、爱励国际(镇江)有限公司等7家.

    用2024型合金制造的ARJ21飞机零件还有:用2524-3511合金加工的机翼下壁板,用2324-T39合金加工的机翼梁腹板.用2026-T3511合金制造的机翼梁下缘头,2026合金是1999年在美国铝业协会公司注册的一个美国Al-Cu-Mg系合金,它的Cu、Mg、Mn含量比2524合金的低一些,但相差不太大,大的区别还在于它含有0.05%~0.25%Zr与杂质Si、Fe、Cr、Zn、Ti的含量全面低于2524合金的,因而它的综合性能比2524合金的更胜一筹,T3511表示固溶处理后经过拉伸的挤压材料,拉伸永久变形量1%~3%.

    7xxx系合金

    在ARJ21支线客机结构制造中,用得最多的是2xxx系的2524合金,在铝合金总量中它占60%;其次是7xxx系合金占35%左右,主要用了三种合金:7050、7150、7055,都是美国铝业公司研发的新型超强度铝合金.这3种7xxx系铝合金撑起ARJ21客机半边天,实际上可以说是两种合金,因为7050合金与7150合金的主要成分相同.

    7050合金是一种高纯的超硬铝,不但杂质Fe、Si的含量低,而且Mn的含量也很低,组织中脆性夹杂相大幅度减少,在主成分中增大了锌镁比,并用Zr取代Cr作为晶粒细化剂.由于这些成分的改进以及过人工时效处理,使7050合金在保持更高强度下,具有断裂韧性高、疲劳强度高、耐损伤容限性能好、抗应力腐蚀性能好等优良综合性能.另一个突出优点是有高的淬透性,特别适合于制造厚板与锻件、厚截面零件.在飞机上主要用7050合金制造要求高强度、高应力腐蚀和剥落腐蚀抗力及良好断裂韧性的主承力结构,如机身框、隔板、机翼壁板、翼梁、翼肋、起落架支撑零件和铆钉等.升高温时7050合金的强度下降,长期使用温度不得超过125℃.

    ARJ21客机由7050合金T7452材料的零件有后机身框、机身框、机身机翼上方机身框、旅客观察窗框等.

    7150合金是7050合金的发展,Zn的含量更高一点,Mg含量略有变动,Zn/Mg比有所提高,Cu含量稍有下降,因而性能进一步改善了,用其T77状态材料制造的结构承力件有:机翼肋缘条、翼肋腹条,襟翼肋、襟翼梁缘头、襟翼梁腹板、垂尾梁缘头、垂尾腹板、垂尾肋、升降舵肋与梁、平尾肋、梁腹与梁缘头,方向舵肋、梁复板与梁缘头,副翼肋与梁,缝翼与梁,前缘肋,机身地板梁下增压区剪切角片.用T7751状态材料制造的承力结构件有:机翼上下翼面上桁条、机翼梁上缘头、垂尾长桁,与机翼对接的机身部位长桁、机身桁、地板梁下增压区桁.

    用7055合金制造的零件虽不多,但都是受力大的与关键性的,如用7055-T77511合金制造机翼上壁板,起落架接头是用7055-T77合金锻造.在7xxx系合金中,7055合金是合金化元素平均总含量最高的之一,为12.35%,铁与硅的平均总含又最低,仅0.125%,因而大扁锭的铸造难度大,冷裂纹倾向大,有些规格的大扁锭我们至今不能有经济效益地铸造.

    铆钉用量近40万个 一个也不能少

    自飞机问世120多年来,零部件的铆接就是一种必不可少的连接工艺,至今仍如此,大型战略运输机与A380型特大客机每架的铆钉用量上百万个.在今后一段相当长的时间内,铆接仍将是零部件连接的主要工艺,只不过随着时间的推移,设计的改进与焊接技术的进步,铆接工作量会有所减少,但是减少速度缓慢.例如一架大小与ARJ21客机相当民机三四十年前每架的铆钉用量约60万个,而现在仍要用40多万个.

    ARJ21支线客机用的铆钉合金有2014、2219、3003、5052、5056、7050合金,2219合金铆钉用于铆接高强度的内外结构,7050-T73合金铆钉用于铆接高强度抗腐蚀的结构.铆钉在铆接前都要经过硫酸液阳极氧化处理与重铬酸盐封孔.

    铸造铝合金

    在ARJ21支线客机制造中也用了一些铸造铝合金,虽然用量比变形铝合金少得多,但也是不可或缺的,如用356及A356合金铸造形状结构复杂、壁厚较薄与要求气密性的承受中等载荷的结构零件、仪器仪表附件、发动机零件、燃油泵壳体,它们是铝-硅-镁系合金,相当于中国的ZL101,它含6.5%~7.5%Si、0.25%~0.45%Mg;A356合金是356的改进型,不过它的杂质含量低与添加了微量晶粒细化元素,因而具有更高的力学性能.

    ARJ21客机用的铸造铝合金还有:413.0,360,355,A357,Tens-50,380,A380合金等.