李多;徐贺年;王祝堂
【摘 要】欧洲空中客车公司的A380飞机是目前最大的客机之一,所用铝材占飞机结构净质量的61％.主要介绍A380飞机的有关参数和所用铝合金的研发、加工生产概况.A380飞机与波音B747-400相比,约多提供35％的座位和49％的地板空间.该飞机使用的铝合金来自两个方面:经过全面提升性能的现有铝合金和研发性能优异的新一代铝合金.大部分研究工作在伊苏瓦尔轧制厂进行,历时近7年. 【期刊名称】《轻合金加工技术》
【年(卷),期】2015(043)001
【总页数】7页(P1-7)
【关键词】华南理工化工学院A380飞机;研发;化学成分;技术参数
【作 者】李多;徐贺年;王祝堂
【作者单位】东北轻合金有限责任公司,黑龙江哈尔滨150060;东北轻合金有限责任公司,黑龙江哈尔滨150060;中国有金属加工工业协会,北京100814
【正文语种】中 文
【中图分类】TG146.21
A380飞机是目前最大的客机之一，外形尺寸大，起飞质量大，结构质量大，因此，对所用结构材料的性能有不同寻常的要求，有些零部件的选材着眼于静态性能，而另一些则侧重于损伤容限，还有一些对二者都有高的要求。为此，加铝-客空材料小组(Alcan-Airbus Integrated Project Teams)从两方面展开工作:一方面对现有铝合金的性能进行全面提高，另一方面致力于研发性能优秀的新合金。
现在大飞机的结构材料仍立足于铝合金，例如在超大型A380机的结构材料中，铝合金占61%，复合材料占22%，钛合金与钢占10%，纤维金属夹层(fiber metal laminate)材料占3%。而复合材料在飞机结构中的用量在不断上升，它在A320飞机中的用量只占12%，而在A380飞机中的却上升到22%。
关于金属(主要是铝)与复合材料在飞机结构材料中的用量竞争，空客公司早在1990年就定下了目标:如以1990年标准金属加工工艺为基准，在未来，复合材料占质量的比例为20%～30%，占成本的比例为20%～40%。当然材料用量的增加是渐进的。
2005年4月27日，空客A380大飞机从法国图卢兹(Toulouse)机场起飞，实现了圆满的成功首飞。早在1998年，空客公司的设计人员与加铝航空航天部(Alcan Aerospace，那时称普基-航空航天部Pechiney Aerospace)的工程师就对即将设计制造的A3××飞机用的先进合金的供应与加工进行深入的探讨。结论为:为新A3××系飞机提供一批制造机身及机翼的性能优异的铝合金及研发制造新合金大型结构件的工艺与装备需要7年。 与空客公司于1998年4月举行首次技术联络会议后，双方同意组建若干个集成产品小组(IPT，integrated product team)，其职责是:为大飞机的各种结构遴选合金与加工制造工艺。
1 职责与设备改扩建
根据分工要求，加拿大铝业公司提供A380大飞机所有的铝合金零部件材料。因此，必需配数码相机如何选择
置适合加工大飞机大尺寸零部件的装备，机翼是飞机的最大部件。空客公司的职责是确定最大零件的尺寸，但必须适合加拿大铝业公司装备的加工能力。
在合金开发方面，加拿大铝业公司研发非常适合A380飞机的系列新型铝合金，同时大力发掘现有的航空铝合金的潜力，发挥其优势，也可以用于制造大飞机的某些零部件。空客公司的任务是紧跟加铝公司的合金研究步伐，及时用可能提供的材料设计大飞机。
大部分研究工作在加拿大铝业公司的伊苏瓦尔(Issoire)轧制厂进行，确定A380飞机用的铝合金厚板的最大长度为36 m(约为翼展的二分之一)。为了生产这种从未加工过的超大规格铝合金厚板，需要做的工作还有:
第一部落首先完善生产这种板材的硬件，开发加工制造它们的工艺窍门(know-how)，其中最关键的是先进合金大扁锭的铸造，用这些锭轧制上、下内翼壁板(upper and lower inner wing panels)厚板，以及用这种厚板集成铣削上机翼外壁板(upper integrally machined outer wing panel)。所谓集成铣削就是在数控机床上的电脑控制下，在厚板上雕铣出过去是由多个零件组装成的整体部件，例如客机的乘客进舱门，过去是由近50个零件组装的，现在可用一块约厚60 mm的板材集成铣削而成。
A380飞机用的铝合金板需用又大又重的扁锭轧制，因此，不但要对铸造设备进行现代化的技术改造，而且对轧制车间的各种相应设备也应作大型化的改扩建，例如热轧机辊道应加长，固溶处理炉、预拉伸机、从美国引进的水浸式超声探伤槽、仿形铣床(contouring machine)等都需要加大与进行技术升级改造。
过去伊苏瓦尔轧制厂生产的厚板比现在要生产的短一些也窄一些，因此对装卸工具应作较大的改造或从新制作，同时安全性也显得更加重要。如何翻转也是值得重视的，因为机翼壁板两面需铣(括)削(skim)一层，处理一面后，要用大型翻转机翻过来再处理另一面。
商洛学院图书馆设备改造与扩建工作完成后，成功地铸出了质量达20 t的2×××系及7×××系铝合金大扁锭，很快生产出36 m长的(铝加工业从未生产过的)特长特宽航空级铝合金厚板。通过试生产，工艺过程也得到了完善。
大飞机翼梁(spar)是用7×××系铝合金制造的。为了生产这种大翼梁，加拿大铝业公司确定由美国华盛顿州雷文斯伍德轧制厂(Ravenswood Works)铸造质量为10 t的大型7×××系铝合金扁锭，1998年这种最大的锭成功下线。尔后，将铸造设备及铸造研发团队(R＆D Casting Research Team)转移到法国伊苏瓦尔轧制厂，2001年在法国较为顺利地铸得17 t
重的7×××系铝合金扁锭。这是一种很富挑战性的工作，在生产2×××系及7×××系铝合金大锭时，熔炼-铸造工序最为关键，中国可以铸造2×××系各种牌号铝合金各种尺寸的扁锭，但有个别7×××系铝合金某些尺寸的大扁锭还不能批量生产，或者成品率很低。
2003年以来，伊苏瓦尔轧制厂可以铸造所需要的7×××系铝合金的任何尺寸的大扁锭。大厚板轧制工艺、热处理与精整工艺也已得到全面升级与进一步完善。可以满足2030年以前航空工业对铝平轧产品(FRPs)的需求。
2 A380大飞机用铝合金的发展
2.1 机翼合金
王宝强书法100幅2.1.1 翼梁合金
考虑到飞机设计在不断地向高层次发展，机翼设计也在不断更新，要求材料产业提供性能更加优秀的铝材，必须研发一批能满足机翼不同大零件制造要求的合金，诸如制造各种壁板(panels)、纵梁(桁条，stringers)、翼梁(小梁，spars)、翼肋(ribs)等用的铝材。
例如，为了制造翼梁迫切需要静态力学性能与断裂韧性全面超过7010/50-T7651的铝合金材料。另外翼梁合金还必须有良好的冷延伸能力(expansion ability)，即应有相当大的伸长率，还应有相当高的可切削性能。雷文斯伍德轧制厂的研发部门与法国沃雷普研究所研制的7040-T7651铝合金材料具有高的静态力学性能、高的断裂韧性、低的残余应力(LRS，low residual stress)、良好的冷延伸能力。由于7040-T7651铝合金有良好综合性能，A380飞机的两个翼梁——内前翼梁(inner front spar)及内中心翼梁(inner center spar)选用此合金厚板制造，这是世界上从未制造过的最大翼梁。
7040及7140铝合金都以沃雷普研究所的名义分别于1996年及2004年在美国铝业协会公司(The Aluminum Association，Inc.)技术处注册，它们的化学成分见表1。由于它们都是杂质含量很低的合金，因而各项性能得到全面提高。
表1 7040型合金的化学成分(质量分数/%)Tab.1 Compositions of 7040 aluminum alloy(wt/%)合金 Si Fe Cu Mn Mg Cr Zn Ti Zr 其他杂质每个 合计Al 7040 0.10 0.13 1.5～2.3 0.04 1.2～2.4 0.04 5.7～6.7 0.06 0.05～1.2 0.05 0.15其余7140 0.10 0.13 1.3～2.3 0.04 1.5～2.4 0.04 6.2～7.0 0.06 0.05～1.2 0.05 0.15其余
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