特稿丨突破技术封锁，为C919造“7050”

科技

2023-06-12 04:06

◎ 科技日报记者雍黎

5月28日，从上海起飞的国产大飞机C919在首都机场平稳着陆，首次载客商业飞行圆满成功。

5月28日，C919首个商业航班东航MU9191飞抵北京首都国际机场。新华社记者鞠焕宗摄

那一刻，远在重庆的中铝集团西南铝业（集团）有限责任公司（以下简称西南铝）一片欢腾——C919所用铝材中，50%以上出自这家企业。

从C919立项开始，西南铝就承担了国产大飞机用铝材的研制生产任务。通过自主创新，他们突破了“从无到有”的难关，并使国产民机铝材的自主保障率不断提升。

2022年11月9日，国产C919亮相2022珠海航展。图片来源：视觉中国

从零起步瞄准第三代先进铝合金

在世界航空发展史上，有“一代飞机，一代材料”的说法。

大型客机被认为是“现代工业皇冠上的明珠”，而材料性能是决定飞机性能的首要因素。要制造国产大飞机，必须实现材料自主可控。

在制造商用飞机的主要材料中，铝合金材料占比达到65%。其中最主要的国际第三代先进铝合金——7050铝合金厚板，被称为“行业内最难铸造的铝合金之一”，此前我国还不能自主生产。

“‘7050’广泛应用于飞机机翼梁、肋、机身框、壁板等关键承力部件的制造，是不可或缺的关键性材料。”西南铝技术中心副主任工程师、项目组长周华告诉科技日报记者，7050铝合金厚板的关键生产技术，一直被发达国家视为核心技术秘密，严加封锁，“进口材料不仅价格高达每吨十几万元，还时常被国外限购。”

“没有任何经验借鉴，完全从零起步。”头发花白的西南铝技术中心主任杨荣东忆起当年，依然心潮澎湃。

2005年，西南铝与部分高校院所组成产学研联合攻关团队；同时，企业内部也抽调熔铸、压延、锻造、检测领域的专业技术人员组成项目组。他们从7050铝合金大规格铸锭制备、厚板轧制、热处理等方面入手，开始了工业化制备技术的系统性研究。

“当时大家都憋着一股劲，一定要研制出第三代先进航空铝合金！”杨荣东说。

西南铝技术员在测量C919飞机用模锻件。

百次失败打破铸锭开裂“魔咒”

7050铝合金厚板强度高、韧度高、耐疲劳、耐损伤，这对原料的纯净度和铸造技术都是前所未有的考验。当时，西南铝熔铸厂设备及工装相对落后，“7050”大规格铸锭成型是团队遇到的第一个“拦路虎”。

“新材料要求强度高，铸造时第一个难题就是容易开裂。”主管工程师陈新民说，那段时间，项目组成员从铸造开始就24小时守在炉边，等着冶炼后最终成型。

一般情况下，细微开裂不影响铝合金使用，民航材料却不行。后者安全性要求更高，不仅需要通过适航认证，所有型号的材料都必须满足各项标准，使用周期还要达到15年左右。

“当时最怕听到‘嘭’的一声，那是铸锭开裂了。”周华说，起初没有中试生产线，所有试验都直接在企业的生产线上完成，一炉原料价值四五十万元，开裂就意味着全部报废。

那段时间，铸锭开裂频发，最多时熔铸厂堆放了上千吨的开裂铸锭，损失高达上千万元。大家既心疼又着急，一边压抑着焦虑情绪，一边摸索着调整参数。项目组人员几个月吃住在办公室，根据岗位分工，有人不断计算调整合金的浓度比，有人改进熔炉的温度、冷却的方式……

“当时完全感觉不到累，只想着如何攻克这一难题。”周华说。

历经上百次失败，项目组通过对合金成分和比例的不断优化，终于打破了铸锭开裂的“魔咒”，第一块成型铸锭在2005年12月诞生。

从“跟”到“并” 民机铝材走出国门

解决了铸锭成型问题，随之而来的另一大难题又摆在项目组面前。

2008年，项目向纵深推进，相继试制出合格的60毫米、80毫米厚度厚板，但在试制100毫米、120毫米、150毫米厚度超厚板时，产品疲劳性能、高向拉伸性能频繁出现不达标的情况。项目研究犹如走进“黑洞”。

“经过反复对样品全面解剖分析，项目组创新性地对材料组织与性能关系提出了新见解。”首席工程师、时任技术质量部副主任的王正安说。

此后，项目组在坯料规格、轧制流程、参数调控等方面，经历了一次又一次验证失败，终于在2009年形成了成熟的工艺方案，试制出了合格的超厚板。

2015年，西南铝在突破了大规格铸锭制备、强变形轧制、强韧化热处理及残余应力控制等一系列关键技术后，研制出我国最大截面的7050铝合金超宽超厚预拉伸板，建立了7050铝合金预拉伸板完整的工业化制造技术体系，实现了6.0毫米至203毫米全厚度规格产品的工业化生产，并在我国航空航天工业多个重点型号装备上获得规模应用。

2018年4月，西南铝7050铝合金厚板正式通过中国民用航空适航鉴定，获得中国商飞授权，进入C919飞机合格产品目录。