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航天飞船为何选用铝合金

2021-06-21

  “神州十二”的成功发射,再次证明中国航天工程的大发展。关于航天飞船的制造业再次成为人们追逐的热点。

作为一家专业生产铝镁锰屋面板的厂家,我们的产品如航天事业般发生着突飞猛进的势头。今天小编带领大家一起认识下航天器上在铝合金方面的应用。

首先了解下航天器用两大类结构材料金属材料与复合材料。金属材料具有成熟的使用性能和加工制造基础,一直以来都是卫星结构材料的首选;复合材料作为新兴材料,其密度低、可设计性强等突出优势备受科研人员青睐,并有逐渐代替金属作为卫星主结构材料的趋势。

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铝合金作为航天飞船的主要制造材料,从燃料舱、载人舱(逃逸舱)、轨道舱都需要大量的铝合金材料。那么,航空航天用铝合金主要有哪些呢?
   铝合金大型挤压型材、铝锂合金、铝合金厚板、铝合金铸件成为航空航天的铝合金首选品种规格多、构件尺寸大、形状复杂、工艺大等这些高合金化铝材特点明显,在铝合金材料研发生产进程中,攻克多个工艺难题,取得熔铸、热加工、热处理等多项科研成果。

金属材料的特点是可焊接,主要卫星密封壳体结构中,接头、支架等承力结构件上也有适用。金属材料中,合金钢是工业界使用最广泛的结构材料,但是在航空航天领域除了少部分结构采用合金钢以外,主要都采用更加轻质的铝合金、钛合金、镁合金等。在比模量相当的情况下,轻质合金的密度低很多。
  在轻质合金中,铝合金价格相对便宜,导热性、导电性良好且抗腐蚀性能好,是目前卫星上应用最广泛的轻金属材料。部分铝合金还具有良好的低温性能,随着温度的下降,其强度和塑性都有所增加。在经典的航天飞机时代,乘员舱、前机身、中机身、后机身、垂尾、襟翼、升降副翼和水平尾翼均由铝合金制造。在美国,研究和应用较多的主要有7075、7475和7055等7系铝合金。这些成分的铝合金不仅具有高强度,而且具有高韧性,一直是各国航天材料研究人员追求的目标。受限于材料制备技术的发展,高强铝合金在我国的应用较少,但是要实现航天器的轻量化设计,这始终是一个值得研究的方向。
   目前应用在航天器上的铝合金主要有铝合金厚板、铝蜂窝板和铝——锂合金等。其中,铝合金厚板具有高强度、良好的韧性、抗应力性能和抗剥落腐蚀性能,而且其断裂韧性较好,抗疲劳裂纹扩展能力强,作为航天航空用材料具有很好的综合性能。另外,铝蜂窝夹芯板结构以其比强度高、比刚度高、隔热隔振性能好、可设计性强等特点,被广泛应用于航空航天领域,已成为现代卫星主要的承力结构。20世纪80年代发展起来的铝——锂合金由于锂的添加可以降低合金的密度,增加刚度,同时仍然保持较高的强度、较好的抗腐蚀性和抗疲劳性以及适宜的延展性,被认为是21世纪航空航天领域最理想的结构材料。上述三类铝合金因在航空航天领域的优异表现,都将是我国在铝合金方面研究努力的方向与重点。
  综上所述,铝合金在航天航空领域中的应用,主要因为其实一种超高强度变形铝合金,具有较好的力学和加工性能,固溶处理后塑性好,热处理强化效果好,一般在150℃(甚至更高)以下有高的强度,韧性好,是理想的结构材料。

 


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