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鎂課堂:(二十八)優(yōu)秀的航天器鎂合金G04

2015年05月11日 10:15 11334次瀏覽 來源:   分類: 鎂應(yīng)用   作者:

     中國(guó)科學(xué)院金屬研究所是中國(guó)研發(fā)鎂合金的主要基地之一,研究成功多種新型稀土變形鎂合金,他們主攻Mg-Gd-Y-Zr、Mg-Zn-Y-Zr、Mg-Y-Nd、Mg-Zn-Gd、Mg-Li-Zn-Y系合金,其中的Mg-10Gd-3Y-1Zn-0.5Zr合金擠壓材經(jīng)熱處理后有相當(dāng)高的力學(xué)性能,Mg-Li-Zn-Y系合金有最高的比強(qiáng)度,Mg-2Zn-1Gd合金則有良好的韌性。他們研究成功一種高強(qiáng)韌Mg-Zn-Y-Zr變形鎂合金(金屬所內(nèi)部牌號(hào)G04合金)是最有代表性的,在航天器獲得了實(shí)際應(yīng)用,取得了預(yù)期的減重效果。G04合金鍛件的物理和力學(xué)性能如下:
  抗拉強(qiáng)度Rm,N/mm2   ≥280
  密度,kg/m3    1840±0.02
  熱導(dǎo)率,W/(m·K)   >100
  彈性模量E,GN/mm2   ≥43
  線膨脹系數(shù)α,X10-6/K   <25±1
  熱容量,KJ/(kg·K)   0.966
  鍛件還有良好的可鍍鎳性能,鍍層厚度應(yīng)達(dá)到(20±5)μm,且均勻,表面無結(jié)瘤與漏鍍,結(jié)合力方格和銼刀檢驗(yàn)合格,表面搭接電阻小于5mΩ。
  在生產(chǎn)G04合金鍛件時(shí)應(yīng)嚴(yán)格工藝條件:
  熔體凈化處理是關(guān)鍵  鎂合金易氧化,且其氧化物和精煉處理用的熔劑不易清除,因?yàn)樗鼈兊拿芏扰c鎂熔體的相差不大,難以分離,不沉于爐底,上浮速度也慢。鎂合金的純凈度對(duì)熔體鑄造性能、合金的變形加工性能、半成品的力學(xué)性能與抗腐蝕性能都有很大的影響。金屬研究所采用特殊的凈化處理技術(shù),使生產(chǎn)的G04合金錠坯在純凈上完全符合航天器零部件的要求。
  嚴(yán)格控制熱處理制度  在鍛造之前必須對(duì)錠坯進(jìn)行均勻化處理,以改善鑄造組織,處理制度為:從室溫加熱到320℃±10℃保溫4h、380℃±10℃保溫2h,420℃±10℃保溫8h,空冷。然后進(jìn)行鍛造,在36MN液壓機(jī)上進(jìn)行兩鐓兩拔鍛餅,鍛造時(shí)必須精心控制鍛造溫度與鍛造率,溫度過高過低都會(huì)鍛裂,變形率過大也會(huì)開裂,現(xiàn)在已成功制備達(dá)100kg的鍛坯。
  鍛造工藝與人工時(shí)效制度對(duì)鍛件組織與性能有明顯影響  鍛造壓下量與方向?qū)辖鸾M織及性能影響甚大,應(yīng)嚴(yán)格控制鍛壓率與鍛壓方向,以保持組織與性能的穩(wěn)定性。鍛件的最佳人工時(shí)效制度:(170℃±10℃)/24h。經(jīng)此制度處理后,鍛件的組織細(xì)密均勻,綜合力學(xué)性能得到很好的優(yōu)化。
  鍛件力學(xué)性能與其厚度關(guān)系密切  鍛件尺寸特別是其最終厚度對(duì)力學(xué)性能有著明顯影響。當(dāng)鍛件厚度為15mm左右時(shí),合鑫的力學(xué)性能明顯上升,抗拉強(qiáng)度可達(dá)300N/mm2~350N/mm2,厚度上升,力學(xué)性能下降。金屬研究所全面掌握了鍛件力學(xué)性能與其厚度的關(guān)系。
  表面鍍層  航天公司用金屬研究所G04合金制造的神舟六號(hào)飛船電控箱及其他航天器用的一些零部件獲得了成功的應(yīng)用。制造電控箱殼體的最后一道工序是進(jìn)行表面鍍鎳處理,以確保載荷在空間環(huán)境中使用時(shí)的導(dǎo)電性能和電磁屏蔽特性并賦予電控箱在地面環(huán)境長(zhǎng)時(shí)間保存時(shí)的抗腐蝕性能。金屬研究所為電控箱G04合金箱殼體開發(fā)出專業(yè)的化學(xué)鍍鎳工藝。鍍層性能如下:鍍層厚度20μm±5μm,鍍層厚度均勻,表面無結(jié)瘤、漏鍍,結(jié)合力檢驗(yàn)合格,表面任意兩點(diǎn)的電阻小于1mΩ,表面搭接電阻<5mΩ,鹽霧試驗(yàn)超過1200h,在-40℃~80℃經(jīng)500次冷熱循環(huán)變化無剝落、起皮。
  用G04合金制備的天宮1號(hào)、神舟6號(hào)飛船及其他幾種型號(hào)航天器的一批批零部件實(shí)現(xiàn)了輕質(zhì)材料物理性能(密度、導(dǎo)熱、熱膨脹系數(shù)、電磁屏蔽功能)、力學(xué)性能、規(guī)格尺寸(單件最大約100kg)、加工成形性能、長(zhǎng)期儲(chǔ)存和航天環(huán)境下的抗腐蝕性能、冷熱疲勞性能等要求的綜合統(tǒng)一,解決了航天器相關(guān)系統(tǒng)的減重和鎂合金在此類系統(tǒng)服役的安全可靠性問題,圓滿地完成了各自承擔(dān)的航天任務(wù),為國(guó)家和人類的航天夢(mèng)想做出了重要貢獻(xiàn)。

責(zé)任編輯:陳巖

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