יישום של חומרי סגסוגת אלומיניום יוקרתיים בכלי שיגור

סגסוגת אלומיניום למיכל דלק רקטות

חומרים מבניים קשורים קשר הדוק לסדרה של נושאים כגון תכנון מבנה גוף הרקטה, טכנולוגיית ייצור ועיבוד, טכנולוגיית הכנת חומרים וכלכלה, והם המפתח לקביעת איכות ההמראה של הרקטה ויכולת המטען שלה. על פי תהליך הפיתוח של מערכת החומרים, ניתן לחלק את תהליך הפיתוח של חומרי מיכלי דלק רקטיים לארבעה דורות. הדור הראשון הוא סגסוגות אלומיניום מסדרה 5, כלומר סגסוגות Al-Mg. הסגסוגות המייצגות הן סגסוגות 5A06 ו-5A03. הן שימשו לייצור מבני מיכלי דלק רקטיים P-2 בסוף שנות ה-50 ועדיין נמצאות בשימוש כיום. סגסוגות 5A06 המכילות 5.8% מגנזיום עד 6.8% מגנזיום, 5A03 היא סגסוגת Al-Mg-Mn-Si. הדור השני הוא סגסוגות מסדרה 2 מבוססות Al-Cu. מיכלי האחסון של סדרת השיגור Long March של סין עשויים מסגסוגות 2A14, שהן סגסוגת Al-Cu-Mg-Mn-Si. משנות ה-70 ועד היום, סין החלה להשתמש במיכלי אחסון מסגסוגת 2219, שהיא סגסוגת Al-Cu-Mn-V-Zr-Ti, הנמצאת בשימוש נרחב בייצור מיכלי אחסון שונים של כלי שיגור. במקביל, היא נמצאת בשימוש נרחב גם במבנה של מיכלי דלק בטמפרטורה נמוכה לשיגור נשק, שהיא סגסוגת בעלת ביצועים מצוינים בטמפרטורה נמוכה וביצועים מקיפים.

סגסוגת אלומיניום למבנה תא הנוסעים

מאז פיתוח כלי השיגור בסין בשנות ה-60 ועד היום, סגסוגות האלומיניום למבנה תא הנוסעים של כלי השיגור נשלטות על ידי סגסוגות הדור הראשון והדור השני המיוצגות על ידי 2A12 ו-7A09, בעוד שמדינות זרות נכנסו לדור הרביעי של סגסוגות אלומיניום למבנה תא הנוסעים (סגסוגת 7055 וסגסוגת 7085), הן נמצאות בשימוש נרחב בשל תכונות החוזק הגבוהות שלהן, רגישות כיבוי נמוכה ורגישות חריצים. 7055 היא סגסוגת Al-Zn-Mg-Cu-Zr, ו-7085 היא גם סגסוגת Al-Zn-Mg-Cu-Zr, אך תכולת הטומאה Fe ו-Si שלה נמוכה מאוד, ותכולת האבץ גבוהה ועומדת על 7.0%~8.0%. סגסוגות Al-Li מהדור השלישי המיוצגות על ידי 2A97, 1460 וכו' יושמו בתעשיות התעופה והחלל בחו"ל בשל חוזק גבוה, מודול גבוה והתארכות גבוהה שלהן.

לחומרים מרוכבים מאלומיניום מחוזק חלקיקים יש יתרונות של מודול גבוה וחוזק גבוה, וניתן להשתמש בהם כדי להחליף סגסוגות 7A09 לייצור קורות חיבור חצי-מונוקוקיות. המכון לחקר מתכות, האקדמיה הסינית למדעים, המכון הטכנולוגי של חרבין, אוניברסיטת שנגחאי ג'יאוטונג ועוד עשו עבודה רבה במחקר ובהכנת חומרים מרוכבים מאלומיניום מחוזק חלקיקים, עם הישגים יוצאי דופן.

סגסוגות אל-ליום המשמשות בתעופה וחלל בחו"ל

היישום המוצלח ביותר בכלי טיס וחלל זרים הוא סגסוגת Weldalite Al-Li שפותחה על ידי Constellium ו-Quebec RDC, כולל סגסוגות 2195, 2196, 2098, 2198 ו-2050. סגסוגת 2195: Al-4.0Cu-1.0Li-0.4Mg-0.4Ag-0.1Zr, שהיא סגסוגת ה-Al-Li הראשונה שסווחרה בהצלחה לייצור מיכלי אחסון דלק בטמפרטורה נמוכה לשיגור רקטות. סגסוגת 2196: Al-2.8Cu-1.6Li-0.4Mg-0.4Ag-0.1Zr, צפיפות נמוכה, חוזק גבוה, קשיחות שבר גבוהה, פותחה במקור עבור פרופילי שלדות פאנלים סולאריים של האבל, כיום משמשת בעיקר לייצור פרופילי מטוסים. סגסוגת 2098: Al-3.5 Cu-1.1Li-0.4Mg-0.4Ag-0.1Zr, פותחה במקור לייצור גוף מטוסי HSCT, בשל חוזק העייפות הגבוה שלה, היא משמשת כיום במיכלי דלק של מטוסי קרב F16 ומיכלי דלק לשיגור חלליות Falcon. סגסוגת 2198: Al-3.2Cu-0.9Li-0.4Mg-0.4Ag-0.1Zr, משמשת לגלגול יריעות למטוסים מסחריים. סגסוגת 2050: Al-3.5Cu-1.0Li-0.4Mg-0.4Ag-0.4Mn-0.1Zr, משמשת לייצור לוחות עבים להחלפת לוחות עבים מסגסוגת 7050-T7451 לייצור מבני מטוסים מסחריים או רכיבי שיגור רקטות. בהשוואה לסגסוגת 2195, תכולת ה-Cu+Mn בסגסוגת 2050 נמוכה יחסית כדי להפחית את רגישות הכיבוי ולשמור על תכונות מכניות גבוהות של הפלטה העבה, החוזק הסגולי גבוה ב-4%, המודולוס הסגולי גבוה ב-9%, וקשיחות השבר עולה עם עמידות גבוהה בפני סדקים בקורוזיית מאמץ ועמידות גבוהה בפני צמיחת סדקים בעייפות, כמו גם יציבות בטמפרטורה גבוהה.

מחקר של סין על טבעות חישול המשמשות במבני רקטות

בסיס ייצור רכבי השיגור של סין ממוקם באזור הפיתוח הכלכלי והטכנולוגי של טיינג'ין. הוא מורכב מאזור מחקר וייצור רקטות, אזור תעשיית יישומי טכנולוגיית תעופה וחלל ואזור תמיכה עזר. הוא משלב ייצור חלקי רקטות, הרכבת רכיבים ובדיקות הרכבה סופית.

מיכל אחסון דלק רקטי נוצר על ידי חיבור גלילים באורך של 2 מטר עד 5 מטר. מיכלי האחסון עשויים מסגסוגת אלומיניום, ולכן יש לחבר ולחזק אותם באמצעות טבעות חישול מסגסוגת אלומיניום. בנוסף, מחברים, טבעות מעבר, מסגרות מעבר וחלקים אחרים של חלליות כגון כלי שיגור ותחנות חלל צריכים גם הם להשתמש בטבעות חישול מחברות, ולכן טבעות חישול הן סוג קריטי מאוד של חלקים מחברים ומבניים. חברות Southwest Aluminum (Group) Co., Ltd., Northeast Light Alloy Co., Ltd. ו-Northwest Aluminum Co., Ltd. עשו עבודה רבה במחקר ופיתוח, ייצור ועיבוד של טבעות חישול.

בשנת 2007, חברת Southwest Aluminum התגברה על קשיים טכניים כגון יציקה בקנה מידה גדול, פתיחת בילטים, גלגול טבעות ועיוות קר, ופיתחה טבעת חישול מסגסוגת אלומיניום בקוטר של 5 מטר. טכנולוגיית חישול הליבה המקורית מילאה את הפער המקומי ויושמה בהצלחה ב-Long March-5B. בשנת 2015, Southwest Aluminum פיתחה את טבעת החישול הכוללת הראשונה מסגסוגת אלומיניום גדולה במיוחד בקוטר של 9 מטר, וקבעה שיא עולם. בשנת 2016, Southwest Aluminum כבשה בהצלחה מספר טכנולוגיות ליבה מרכזיות כגון עיצוב וגלגול וטיפול בחום, ופיתחה טבעת חישול מסגסוגת אלומיניום גדולה במיוחד בקוטר של 10 מטר, שקבעה שיא עולם חדש ופתרה בעיה טכנית מרכזית בפיתוח רכב השיגור הכבד של סין.

נערך על ידי מאי ג'יאנג מ-MAT Aluminum