Aleación de aluminio para tanque de combustible de cohetes
Los materiales estructurales están estrechamente relacionados con una serie de cuestiones como el diseño de la estructura del cuerpo del cohete, la tecnología de fabricación y procesamiento, la tecnología de preparación de materiales y la economía, y son la clave para determinar la calidad de despegue y la capacidad de carga útil del cohete. Según el proceso de desarrollo del sistema de materiales, el proceso de desarrollo de los materiales del tanque de combustible del cohete se puede dividir en cuatro generaciones. La primera generación es aleaciones de aluminio de la serie 5, es decir, aleaciones de Al-Mg. Las aleaciones representativas son las aleaciones 5A06 y 5A03. Se utilizaron para fabricar estructuras de tanques de combustible del cohete P-2 a finales de la década de 1950 y todavía se utilizan en la actualidad. Las aleaciones 5A06 que contienen entre un 5,8 % y un 6,8 % de Mg, 5A03 es una aleación de Al-Mg-Mn-Si. La segunda generación son aleaciones de la serie 2 basadas en Al-Cu. Los tanques de almacenamiento de la serie de vehículos de lanzamiento Long March de China están fabricados con aleación 2A14, una aleación de Al-Cu-Mg-Mn-Si. Desde la década de 1970 hasta la actualidad, China ha comenzado a utilizar la aleación 2219 para la fabricación de tanques de almacenamiento, una aleación de Al-Cu-Mn-V-Zr-Ti, ampliamente utilizada en la fabricación de diversos tanques de almacenamiento para vehículos de lanzamiento. Asimismo, se utiliza ampliamente en la estructura de tanques de combustible de baja temperatura para lanzamiento de armas, una aleación con excelente rendimiento a bajas temperaturas y un rendimiento integral.
Aleación de aluminio para la estructura de la cabina.
Desde el desarrollo de los vehículos de lanzamiento en China en la década de 1960 hasta ahora, las aleaciones de aluminio para la estructura de la cabina de los vehículos de lanzamiento están dominadas por las aleaciones de primera y segunda generación representadas por 2A12 y 7A09, mientras que los países extranjeros han entrado en la cuarta generación de aleaciones de aluminio estructural de cabina (aleación 7055 y aleación 7085), son ampliamente utilizadas debido a sus propiedades de alta resistencia, baja sensibilidad al temple y sensibilidad a la entalla. 7055 es una aleación de Al-Zn-Mg-Cu-Zr, y 7085 también es una aleación de Al-Zn-Mg-Cu-Zr, pero su contenido de impurezas Fe y Si es muy bajo, y el contenido de Zn es alto en 7.0% ~ 8.0%. Las aleaciones de Al-Li de tercera generación representadas por 2A97, 1460, etc. se han aplicado en industrias aeroespaciales extranjeras debido a su alta resistencia, alto módulo y alto alargamiento.
Los compuestos de matriz de aluminio reforzados con partículas ofrecen ventajas como un alto módulo y una alta resistencia, y pueden utilizarse para sustituir a las aleaciones 7A09 en la fabricación de largueros de cabina semimonocasco. El Instituto de Investigación de Metales de la Academia China de Ciencias, el Instituto de Tecnología de Harbin y la Universidad Jiaotong de Shanghái, entre otros, han realizado una extensa investigación y preparación de compuestos de matriz de aluminio reforzados con partículas, con resultados notables.
Aleaciones de Al-Li utilizadas en la industria aeroespacial extranjera
La aplicación más exitosa en vehículos aeroespaciales extranjeros es la aleación Weldalite Al-Li desarrollada por Constellium y Quebec RDC, que incluye las aleaciones 2195, 2196, 2098, 2198 y 2050. Aleación 2195: Al-4.0Cu-1.0Li-0.4Mg-0.4Ag-0.1Zr, que es la primera aleación Al-Li que se comercializa con éxito para la fabricación de tanques de almacenamiento de combustible de baja temperatura para lanzamientos de cohetes. Aleación 2196: Al-2.8Cu-1.6Li-0.4Mg-0.4Ag-0.1Zr, baja densidad, alta resistencia, alta tenacidad a la fractura, desarrollada originalmente para perfiles de marcos de paneles solares Hubble, ahora se utiliza principalmente para extruir perfiles de aeronaves. Aleación 2098: Al-3,5 Cu-1,1 Li-0,4 Mg-0,4 Ag-0,1 Zr, desarrollada originalmente para la fabricación del fuselaje del HSCT, debido a su alta resistencia a la fatiga, ahora se utiliza en el fuselaje del caza F16 y en el tanque de combustible de lanzamiento del avión espacial Falcon. Aleación 2198: Al-3,2 Cu-0,9 Li-0,4 Mg-0,4 Ag-0,1 Zr, utilizada para laminar chapas para aviones comerciales. Aleación 2050: Al-3,5 Cu-1,0 Li-0,4 Mg-0,4 Ag-0,4 Mn-0,1 Zr, utilizada para producir placas gruesas que sustituyan a las placas gruesas de aleación 7050-T7451 para la fabricación de estructuras de aviones comerciales o componentes de lanzamiento de cohetes. En comparación con la aleación 2195, el contenido de Cu + Mn de la aleación 2050 es relativamente bajo para reducir la sensibilidad al temple y mantener las altas propiedades mecánicas de la placa gruesa, la resistencia específica es un 4% mayor, el módulo específico es un 9% mayor y la tenacidad a la fractura aumenta con alta resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión y alta resistencia al crecimiento de grietas por fatiga, así como alta estabilidad a la temperatura.
Investigación china sobre anillos forjados utilizados en estructuras de cohetes
La base de fabricación de vehículos de lanzamiento de China se encuentra en la Zona de Desarrollo Económico y Tecnológico de Tianjin. Está compuesta por un área de investigación y producción de cohetes, un área industrial de aplicaciones de tecnología aeroespacial y un área de apoyo auxiliar. Integra la producción de piezas de cohetes, el ensamblaje de componentes y las pruebas de ensamblaje final.
El tanque de almacenamiento de propulsante para cohetes se forma conectando cilindros de 2 a 5 m de longitud. Los tanques de almacenamiento están hechos de aleación de aluminio, por lo que deben conectarse y reforzarse con anillos de forja de aleación de aluminio. Además, los conectores, anillos de transición, bastidores de transición y otras piezas de naves espaciales, como vehículos de lanzamiento y estaciones espaciales, también requieren anillos de forja de conexión, por lo que estos son piezas de conexión y estructurales muy importantes. Southwest Aluminum (Group) Co., Ltd., Northeast Light Alloy Co., Ltd. y Northwest Aluminum Co., Ltd. han dedicado una gran cantidad de tiempo a la investigación, el desarrollo, la fabricación y el procesamiento de anillos de forja.
En 2007, Southwest Aluminum superó dificultades técnicas como la fundición a gran escala, la apertura de palanquillas de forja, el laminado de anillos y la deformación en frío, y desarrolló un anillo de forja de aleación de aluminio con un diámetro de 5 m. La tecnología original de forja de núcleo llenó el vacío nacional y se aplicó con éxito al Long March-5B. En 2015, Southwest Aluminum desarrolló el primer anillo de forja de aleación de aluminio de gran tamaño con un diámetro de 9 m, estableciendo un récord mundial. En 2016, Southwest Aluminum dominó con éxito varias tecnologías clave, como el laminado y el tratamiento térmico, y desarrolló un anillo de forja de aleación de aluminio de gran tamaño con un diámetro de 10 m, que estableció un nuevo récord mundial y resolvió un importante problema técnico clave para el desarrollo del vehículo de lanzamiento de alta resistencia de China.
Editado por May Jiang de MAT Aluminum
Hora de publicación: 01-dic-2023
