Liga de alumínio para tanque de combustível de foguete
Os materiais estruturais estão intimamente relacionados a uma série de questões, como o projeto da estrutura do corpo do foguete, a tecnologia de fabricação e processamento, a tecnologia de preparação de materiais e a economia, e são a chave para determinar a qualidade de decolagem e a capacidade de carga útil do foguete. De acordo com o processo de desenvolvimento do sistema de materiais, o processo de desenvolvimento de materiais para tanques de combustível de foguetes pode ser dividido em quatro gerações. A primeira geração é de ligas de alumínio da série 5, ou seja, ligas Al-Mg. As ligas representativas são as ligas 5A06 e 5A03. Elas foram usadas para fabricar estruturas de tanques de combustível de foguetes P-2 no final da década de 1950 e ainda são usadas hoje. As ligas 5A06 contêm 5,8% de Mg a 6,8% de Mg, e a 5A03 é uma liga Al-Mg-Mn-Si. A segunda geração é de ligas da série 2 à base de Al-Cu. Os tanques de armazenamento dos veículos de lançamento da série Longa Marcha da China são feitos de ligas 2A14, uma liga de Al-Cu-Mg-Mn-Si. Da década de 1970 até o presente, a China começou a utilizar a liga 2219 para a fabricação de tanques de armazenamento, uma liga de Al-Cu-Mn-V-Zr-Ti, amplamente utilizada na fabricação de diversos veículos de lançamento. Ao mesmo tempo, também é amplamente utilizada na estrutura de tanques de combustível de baixa temperatura para lançamento de armas, uma liga com excelente desempenho em baixas temperaturas e desempenho abrangente.
Liga de alumínio para estrutura de cabine
Desde o desenvolvimento de veículos de lançamento na China na década de 1960 até agora, as ligas de alumínio para a estrutura da cabine de veículos de lançamento são dominadas pelas ligas de primeira e segunda geração representadas por 2A12 e 7A09, enquanto os países estrangeiros entraram na quarta geração de ligas de alumínio estrutural da cabine (liga 7055 e liga 7085), que são amplamente utilizadas devido às suas propriedades de alta resistência, baixa sensibilidade à têmpera e sensibilidade ao entalhe. 7055 é uma liga Al-Zn-Mg-Cu-Zr, e 7085 também é uma liga Al-Zn-Mg-Cu-Zr, mas seu teor de impurezas Fe e Si são muito baixos, e o teor de Zn é alto em 7,0% ~ 8,0%. As ligas Al-Li de terceira geração representadas por 2A97, 1460, etc. têm sido aplicadas em indústrias aeroespaciais estrangeiras devido à sua alta resistência, alto módulo e alto alongamento.
Os compósitos de matriz de alumínio reforçados com partículas apresentam as vantagens de alto módulo e alta resistência, podendo ser utilizados para substituir as ligas 7A09 na fabricação de longarinas de cabine semi-monocoque. O Instituto de Pesquisa de Metais, a Academia Chinesa de Ciências, o Instituto de Tecnologia de Harbin e a Universidade Jiaotong de Xangai, entre outros, têm realizado um amplo trabalho de pesquisa e preparação de compósitos de matriz de alumínio reforçados com partículas, com resultados notáveis.
Ligas Al-Li usadas na indústria aeroespacial estrangeira
A aplicação mais bem-sucedida em veículos aeroespaciais estrangeiros é a liga Weldalite Al-Li desenvolvida pela Constellium e pela RDC de Quebec, incluindo as ligas 2195, 2196, 2098, 2198 e 2050. Liga 2195: Al-4,0Cu-1,0Li-0,4Mg-0,4Ag-0,1Zr, que é a primeira liga Al-Li a ser comercializada com sucesso para a fabricação de tanques de armazenamento de combustível de baixa temperatura para lançamentos de foguetes. Liga 2196: Al-2,8Cu-1,6Li-0,4Mg-0,4Ag-0,1Zr, baixa densidade, alta resistência, alta tenacidade à fratura, originalmente desenvolvida para perfis de estrutura de painéis solares do Hubble, agora usada principalmente para extrudar perfis de aeronaves. Liga 2098: Al-3,5 Cu-1,1Li-0,4Mg-0,4Ag-0,1Zr, originalmente desenvolvida para a fabricação de fuselagem HSCT, devido à sua alta resistência à fadiga, agora é usada na fuselagem do caça F16 e no tanque de combustível de lançamento da espaçonave Falcon. Liga 2198: Al-3,2Cu-0,9Li-0,4Mg-0,4Ag-0,1Zr, usada para laminação de chapas de aeronaves comerciais. Liga 2050: Al-3,5Cu-1,0Li-0,4Mg- 0,4Ag-0,4Mn-0,1Zr, usada para produzir chapas grossas para substituir as chapas grossas da liga 7050-T7451 para a fabricação de estruturas de aeronaves comerciais ou componentes de lançamento de foguetes. Comparado com a liga 2195, o teor de Cu+Mn da liga 2050 é relativamente baixo para reduzir a sensibilidade de têmpera e manter as altas propriedades mecânicas da placa espessa, a resistência específica é 4% maior, o módulo específico é 9% maior e a tenacidade à fratura é aumentada com alta resistência à corrosão sob tensão e alta resistência ao crescimento de trincas por fadiga, bem como alta estabilidade de temperatura.
Pesquisa da China sobre anéis de forjamento usados em estruturas de foguetes
A base de fabricação de veículos de lançamento da China está localizada na Zona de Desenvolvimento Econômico e Tecnológico de Tianjin. É composta por uma área de pesquisa e produção de foguetes, uma área de aplicação da indústria aeroespacial e uma área de apoio auxiliar. Integra a produção de peças de foguetes, a montagem de componentes e os testes de montagem final.
O tanque de armazenamento de propelente de foguete é formado por cilindros de conexão com comprimento de 2 a 5 m. Os tanques de armazenamento são feitos de liga de alumínio, portanto, precisam ser conectados e reforçados com anéis de forjamento de liga de alumínio. Além disso, conectores, anéis de transição, estruturas de transição e outras peças de naves espaciais, como veículos de lançamento e estações espaciais, também precisam usar anéis de forjamento de conexão, portanto, os anéis de forjamento são um tipo muito crítico de peças de conexão e estruturais. A Southwest Aluminum (Group) Co., Ltd., a Northeast Light Alloy Co., Ltd. e a Northwest Aluminum Co., Ltd. realizaram um amplo trabalho em pesquisa e desenvolvimento, fabricação e processamento de anéis de forjamento.
Em 2007, a Southwest Aluminum superou dificuldades técnicas, como fundição em larga escala, abertura de tarugos forjados, laminação de anéis e deformação a frio, e desenvolveu um anel de forjamento em liga de alumínio com diâmetro de 5 m. A tecnologia original de forjamento de núcleo preencheu a lacuna nacional e foi aplicada com sucesso ao Longa Marcha-5B. Em 2015, a Southwest Aluminum desenvolveu o primeiro anel de forjamento geral supergrande em liga de alumínio com diâmetro de 9 m, estabelecendo um recorde mundial. Em 2016, a Southwest Aluminum superou com sucesso uma série de tecnologias essenciais, como laminação e tratamento térmico, e desenvolveu um anel de forjamento em liga de alumínio supergrande com diâmetro de 10 m, que estabeleceu um novo recorde mundial e resolveu um importante problema técnico para o desenvolvimento do veículo de lançamento pesado da China.
Editado por May Jiang da MAT Aluminum
Horário da publicação: 01/12/2023
