镁合金助推长征七号火箭首发

月日我国新一代运载火箭长征七号在海南文昌航天发射场点火升空约秒后载荷组合体与火箭成功分离进入近地点千米远地点千米的椭圆轨道这标志着长征七号运载火箭首次发射圆满成功据悉中科院金属所设计研制的镁合金重要部件应用于长征七号火箭为其首发成功提供了重要技术支撑也显示了高强镁合金熔铸技术及应用取得关键进展

镁合金具有低密度高比强度高比刚度等优点小型非承力或次承力砂型精密铸造件已有小规模应用但砂型精密铸造大尺寸薄壁承力结构件的制造和应用在技术和工艺上仍受到限制主要技术和工艺困难源于镁合金自身的物理化学特性例如液态镁合金容易氧化燃烧一次夹杂和二次夹杂倾向都很高镁合金凝固温度区间宽凝固时体积收缩大加之冒口自重小导致补缩效率低铸件疏松倾向高镁合金的比热容小凝固速率比铝等其它金属材料相对快容易形成冷隔浇不足微裂纹等缺陷镁合金线收缩也比铝合金大热处理时更容易变形镁合金表面容易腐蚀因此镁合金砂型精密铸件的冶金质量和缺陷铸件力学性能均匀性稳定性控制以及表面处理技术一直是大尺寸薄壁承力结构件应用的关键瓶颈技术

长征七号运载火箭上设计的镁合金铸件采用高强度镁合金制造尺寸大结构特殊且复杂且铸件冶金质量要求高需有承载能力曾被定为短线风险的技术瓶颈其研制进度始终受到有关各方的高度关注

中国工程院院士中国科学院金属研究所研究员柯伟中国科学院金属所研究员陈荣石单大勇韩恩厚带领镁合金及其应用创新团队经过六年多的艰苦努力全流程自主设计了工艺总方案铸造工艺方案热处理工艺方案机械加工工艺方案表面处理工艺方案等完成了树脂砂型准备熔炼铸造化学分析力学分析缺陷处理夹杂检测热处理数控机械加工X射线探伤表面荧光检测三坐标尺寸检测零件表面打磨抛光表面处理等十五道大工序的研究开发任务

在产品研制过程中研究人员系统且细致地研究和设计了铸造工装模具浇注和补缩冒口系统冷铁铸造圆角和加强筋型腔排气孔布置方案砂型阻燃剂冶炼工艺方案浇注保护和砂型型腔保护防热处理变形工艺机械加工防变形工艺及专用工装表面处理工艺及工装等由于镁合金铸件的冶金质量对工艺参数高度敏感为了精确控制每道工序的工艺参数课题组制定了个工艺文件及个生产记录文件来控制研制过程的工艺技术状态即使如此每进行一步研究人员都需现场确认工艺方案和工艺参数并亲自动手实施从工艺预研初样研制到试样研制的三个阶段共经过三次工艺方案论证两次转段工艺方案评审和论证两次工艺归零管理和论证共进行了多次实验目前已可以基本稳定获得组织致密化学成分力学性能尺寸精度重量及表面防护均满足设计要求的产品