從上海起飛的國產(chǎn)大飛機C919在首都機場(chǎng)平穩著(zhù)陸，首次載客商業(yè)飛行圓滿(mǎn)成功。
那一刻，遠在重慶的中鋁集團西南鋁業(yè)（集團）有限責任公司（以下簡(jiǎn)稱(chēng)西南鋁）一片歡騰——C919所用鋁材中，50%以上出自這家企業(yè)。
從C919立項開(kāi)始，西南鋁就承擔了國產(chǎn)大飛機用鋁材的研制生產(chǎn)任務(wù)。通過(guò)自主創(chuàng )新，他們突破了“從無(wú)到有”的難關(guān)，并使國產(chǎn)民機鋁材的自主保障率不斷提升。
從零起步 瞄準第三代先進(jìn)鋁合金
在世界航空發(fā)展史上，有“一代飛機，一代材料”的說(shuō)法。
大型客機被認為是“現代工業(yè)皇冠上的明珠”，而材料性能是決定飛機性能的首要因素。要制造國產(chǎn)大飛機，必須實(shí)現材料自主可控。
在制造商用飛機的主要材料中，鋁合金材料占比達到65%。其中最主要的國際第三代先進(jìn)鋁合金——7050鋁合金厚板，被稱(chēng)為“行業(yè)內最難鑄造的鋁合金之一”，此前我國還不能自主生產(chǎn)。
“‘7050’廣泛應用于飛機機翼梁、肋、機身框、壁板等關(guān)鍵承力部件的制造，是不可或缺的關(guān)鍵性材料。”西南鋁技術(shù)中心副主任工程師、項目組長(cháng)周華告訴科技日報記者，7050鋁合金厚板的關(guān)鍵生產(chǎn)技術(shù)，一直被發(fā)達國家視為核心技術(shù)秘密，嚴加封鎖，“進(jìn)口材料不僅價(jià)格高達每噸十幾萬(wàn)元，還時(shí)常被國外限購。”
“沒(méi)有任何經(jīng)驗借鑒，完全從零起步。”頭發(fā)花白的西南鋁技術(shù)中心主任楊榮東憶起當年，依然心潮澎湃。
2005年，西南鋁與部分高校院所組成產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合攻關(guān)團隊；同時(shí)，企業(yè)內部也抽調熔鑄、壓延、鍛造、檢測領(lǐng)域的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員組成項目組。他們從7050鋁合金大規格鑄錠制備、厚板軋制、熱處理等方面入手，開(kāi)始了工業(yè)化制備技術(shù)的系統性研究。
“當時(shí)大家都憋著(zhù)一股勁，一定要研制出第三代先進(jìn)航空鋁合金！”楊榮東說(shuō)。
百次失敗 打破鑄錠開(kāi)裂“魔咒”
7050鋁合金厚板強度高、韌度高、耐疲勞、耐損傷，這對原料的純凈度和鑄造技術(shù)都是前所未有的考驗。當時(shí)，西南鋁熔鑄廠(chǎng)設備及工裝相對落后，“7050”大規格鑄錠成型是團隊遇到的第一個(gè)“攔路虎”。
“新材料要求強度高，鑄造時(shí)第一個(gè)難題就是容易開(kāi)裂。”主管工程師陳新民說(shuō)，那段時(shí)間，項目組成員從鑄造開(kāi)始就24小時(shí)守在爐邊，等著(zhù)冶煉后最終成型。
一般情況下，細微開(kāi)裂不影響鋁合金使用，民航材料卻不行。后者安全性要求更高，不僅需要通過(guò)適航認證，所有型號的材料都必須滿(mǎn)足各項標準，使用周期還要達到15年左右。
“當時(shí)最怕聽(tīng)到‘嘭’的一聲，那是鑄錠開(kāi)裂了。”周華說(shuō)，起初沒(méi)有中試生產(chǎn)線(xiàn)，所有試驗都直接在企業(yè)的生產(chǎn)線(xiàn)上完成，一爐原料價(jià)值四五十萬(wàn)元，開(kāi)裂就意味著(zhù)全部報廢。
那段時(shí)間，鑄錠開(kāi)裂頻發(fā)，最多時(shí)熔鑄廠(chǎng)堆放了上千噸的開(kāi)裂鑄錠，損失高達上千萬(wàn)元。大家既心疼又著(zhù)急，一邊壓抑著(zhù)焦慮情緒，一邊摸索著(zhù)調整參數。項目組人員幾個(gè)月吃住在辦公室，根據崗位分工，有人不斷計算調整合金的濃度比，有人改進(jìn)熔爐的溫度、冷卻的方式……
“當時(shí)完全感覺(jué)不到累，只想著(zhù)如何攻克這一難題。”周華說(shuō)。
歷經(jīng)上百次失敗，項目組通過(guò)對合金成分和比例的不斷優(yōu)化，終于打破了鑄錠開(kāi)裂的“魔咒”，第一塊成型鑄錠在2005年12月誕生。
從“跟”到“并” 民機鋁材走出國門(mén)
解決了鑄錠成型問(wèn)題，隨之而來(lái)的另一大難題又擺在項目組面前。
2008年，項目向縱深推進(jìn)，相繼試制出合格的60毫米、80毫米厚度厚板，但在試制100毫米、120毫米、150毫米厚度超厚板時(shí)，產(chǎn)品疲勞性能、高向拉伸性能頻繁出現不達標的情況。項目研究猶如走進(jìn)“黑洞”。
“經(jīng)過(guò)反復對樣品全面解剖分析，項目組創(chuàng )新性地對材料組織與性能關(guān)系提出了新見(jiàn)解。”首席工程師、時(shí)任技術(shù)質(zhì)量部副主任的王正安說(shuō)。
此后，項目組在坯料規格、軋制流程、參數調控等方面，經(jīng)歷了一次又一次驗證失敗，終于在2009年形成了成熟的工藝方案，試制出了合格的超厚板。
2015年，西南鋁在突破了大規格鑄錠制備、強變形軋制、強韌化熱處理及殘余應力控制等一系列關(guān)鍵技術(shù)后，研制出我國最大截面的7050鋁合金超寬超厚預拉伸板，建立了7050鋁合金預拉伸板完整的工業(yè)化制造技術(shù)體系，實(shí)現了6.0毫米至203毫米全厚度規格產(chǎn)品的工業(yè)化生產(chǎn)，并在我國航空航天工業(yè)多個(gè)重點(diǎn)型號裝備上獲得規模應用。
2017年起，中鋁集團與中國商飛共同梳理出21種關(guān)鍵主結構鋁材，并聯(lián)合國內優(yōu)勢團隊開(kāi)展系統攻關(guān)；西南鋁成為國內首家國產(chǎn)大飛機用鋁材合格供應商，截至目前，已為C919提供了30個(gè)規格、600余件鋁合金材料。
除了配套國內航空市場(chǎng)，西南鋁制造的民機鋁材已經(jīng)走出國門(mén)。5月23日，中鋁西南鋁、波音公司、中航國際在重慶簽署鍛件項目協(xié)議，將為波音787機型提供鍛件。
“和國際先進(jìn)的鋁材料企業(yè)比，我們以前是‘跟跑’，現在到了‘并跑’的階段，爭取未來(lái)能做到‘領(lǐng)跑’行業(yè)。”西南鋁黨委書(shū)記、董事長(cháng)黎勇表示，“黨的二十大提出加快建設制造強國、航天強國，西南鋁將堅決履行‘排頭兵、主力軍、引領(lǐng)者’的使命擔當，為服務(wù)國家戰略發(fā)揮‘頂梁柱’作用！”（記者 雍黎）
