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  2. 大國重器!C919上的鋼鐵材料和新材料
    2023-06-25 14:21:28 作者:材料基 來源:材料基 分享至:

     

     

    5月28日12點31分,中國東方航空MU9191航班順利抵達北京首都國際機場,之后穿過了象征民航最高禮儀的“水門”。國產大型客機C919全球首次商業載客飛行成功。

     

    國產C919圓滿完成商業航班首飛!背后的鋼企功不可沒:中國鋼研、撫順特鋼(沙鋼集團)、寶鋼中國寶武)、舞鋼(河鋼)等,他們為C919提供了重要基礎材料或設備,包括:

     

    1、起落架主體材料---300M鋼

     

     

     


    2010年我國成立了鋼鐵研究總院牽頭、聯合撫順特殊鋼公司和寶鋼股份公司開展滿足民航客機適航認證要求的300M鋼大尺寸棒材攻關。

     

    中國商飛C919項目材料/標準件合格產品目錄中所包含的鋼材主要有9種牌號,包括4340、300M、302、321、21-6-9、440C、15-5PH、PH13-8Mo、17-7PH等,涉及國內外6家鋼材供應商,其中國內只有寶鋼股份和撫順特鋼兩家,4家國外供應商分別為塔塔鋼鐵、卡本特、奧鋼聯和奧博杜瓦。

     

    寶鋼特鋼自主研制的飛機起落架用300M獲得合格供應商資質認證,向中國商飛供貨,寶鋼還為中國商飛提供了鈦合金自由鍛件和等溫鍛件,將在后續的C919飛機上應用;撫順特鋼為大飛機項目研發了包括300M、4340高強鋼以及321、15-5PH不銹鋼在內的其他品種,目前正作為實驗料,由中國商飛進行數據實驗積累。

     

    在C919下線儀式現場,寶鋼特鋼總經理助理劉孝榮激動地說:“首架C919大型客機徐徐駛出大幕的那一刻太振奮人心了,中國人終于圓夢大型客機,寶鋼人進入民用航空材料供應商行列的十年夢想在這一刻也終于實現。”


    2、發動機吊掛保險銷、門鉸鏈等關鍵部件的材料---15-5PH沉淀硬化不銹鋼

     

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


     

     

    3、河鋼舞鋼公司自主研發的390mm大厚度20MnNiMo電渣鋼板,用于制造大飛機的核心設備——世界最大的8萬噸模鍛壓機的生產,為國產大飛機生產提供了支持。我國自主研制的8萬噸模鍛壓機是世界上最大的模鍛壓機,C919大型客機上的起落架等重要部件就由其鍛造。模鍛壓機的尺寸、整體質量和最大單件重量均為世界之首,將我國高端重大裝備的制造能力推到了國際頂級水平。該模鍛壓機承載機架所用的頂級鋼板為390mm厚的20MnNiMo電渣鋼板,全部由河鋼舞鋼公司生產制造,數量為82塊,重量為2348噸。模鍛壓機承載機架所用的頂級鋼板,是該裝備中生產難度極大的鋼種。鋼板對內部致密度、純潔度、機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,屬于國內空白品種。接到生產任務后,河鋼舞鋼公司攻堅克難,歷時6個多月,攻克多項技術難題,最終研發成功并實現生產,產品各項性能均超出國外同類產品標準。鋼板全部高質量按期交貨,助力了國產大飛機的制造。


    作為我國首次按照國際通行適航標準自行研制、具有自主知識產權的噴氣式干線客機,“大國重器”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,航空發展就流傳著“一代飛機,一代材料”的說法,形象地概括了采用高性能新材料與提高飛機性能之間的密切聯系。一份研報顯示,C919所使用的主要材料中,鋁合金占比達到65%,鈦合金占比9.3%,超高強度鋼占比6.9%,復合材料占比11.5%。

    第三代鋁鋰合金

    在中國武術界,有著“內練一身氣,外練筋骨皮”的說法。C919大型客機的研發,也詮釋了這一思想。它的結構設計完全由中國商飛自主完成,并實現生產制造全國產化。在機體主結構上,設計人員大量使用了世界先進的第三代鋁鋰合金材料,這在國內尚屬首次,大大帶動了國內航空材料和制造的發展。
    鋁鋰合金具有密度低、強度高且損傷容限性優良等特點,用它替代常規鋁合金材料,能夠使飛機構件的密度降低3%,重量減少10%~15%,剛度提高 15%~20%,因此被認為是新一代飛機較為理想的結構材料。

    T800級碳纖維復合材料

    C919大型客機是國內首個使用T800級高強碳纖維復合材料的民機型號。相比T300級材料,T800級材料強度、模量更高,韌性更強,具備更好的抗沖擊性,C919上受力較大的部件,如后機身和平垂尾等都使用了T800級碳纖維復合材料。

    T300屬于第一代民機復合材料,其樹脂基體為未增韌的脆性環氧樹脂基體,增強纖維為T300碳纖維,其拉伸強度約為3.5GPa,拉伸模量約為230GPa。T300呈現脆性材料性能特征,對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構。C919上使用的T800材料采用增韌環氧樹脂基體,增強纖維為T800碳纖維,拉伸強度和拉伸模量較T300提高50%左右,也是目前國際上民機主承力結構應用最為廣泛的復合材料。

    玻璃纖維復合材料

    相比碳纖維復合材料,玻璃纖維復合材料的力學性能稍低,但由于碳纖維介電常數較高,會影響雷達工作,C919大型客機的雷達罩使用了玻璃纖維復合材料。

    另外一些受力較小的部件,如襟翼也使用了玻璃纖維復合材料。因為玻璃纖維復合材料成本比碳纖維復合材料低,在受力較小的部件上應用,既可以達到設計要求,又可以降低制造成本。

    芳綸蜂窩材料

    C919大型客機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高強非金屬仿生芯材制品。它模仿蜜蜂的蜂巢設計,具有穩定、輕質的結構和很高的比強度,與泡沫芯材相比,它具有更高的剪切強度,與金屬蜂窩相比,它更加耐腐蝕。

    同時,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復合材料。

    碳纖維復材及陶瓷基復材

    航空發動機作為“航空之花”,可以說是航空技術和工業積累的完整體驗。C919的發動機為LEAP-X1C發動機。它采用了18片賽峰公司研制的碳纖維復合材料風扇葉片以及美國通用電氣公司研制的陶瓷基復合材料渦輪部件。 

    芳砜綸纖維

    芳砜綸簡稱PSA纖維,由聚砜酰胺組成。其主要特點是優良的電絕緣性和耐熱性,此外,阻燃性高,極限氧指數超過30%,耐化學穩定性好,除了幾種極性很強的溶劑和濃硫酸之外,在常溫下對化學品均具有良好的穩定性。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,而且還可加工成運輸工具中的高級阻燃織物等。

    據悉,C919機艙內部將首次啟用芳砜綸纖維制作椅罩、門簾,將使得飛機減重30公斤以上,每架飛機能夠節省超萬元成本。 

    橡膠化合物

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

    C919

    作為“現代工業皇冠上的明珠”的大飛機項目,是一個國家科技水平、制造能力、經濟基礎和綜合國力的集中體現,是衡量一國制造業先進水平的制高點。

    發展大飛機,不但能夠帶動新材料、現代制造等領域關鍵技術的群體突破,還將帶動流體力學、固體力學等諸多基礎學科的重大進展,將會全面地、大幅度地提高我國科技水平。

    不少航空業內人士均表示,隨著國內航空產業技術水平不斷提升,大飛機的國產化水平將持續提升,大飛機產業鏈帶動制造業水平整體向高端化奮進,其高附加值的特性會慢慢展現。圍繞C919的商用及量產,大飛機產業鏈整體孕育萬億元空間

     

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