镁课堂:(二十八)优秀的航天器镁合金G04

2015年05月11日 10:15 7249次浏览 来源:   分类: 镁应用   作者:

导读: 中国科学院金属研究所是中国研发镁合金的主要基地之一,研究成功多种新型稀土变形镁合金,他们主攻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合金挤压材经热处理后有相当高的力学性能,

     中国科学院金属研究所是中国研发镁合金的主要基地之一,研究成功多种新型稀土变形镁合金,他们主攻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合金挤压材经热处理后有相当高的力学性能,Mg-Li-Zn-Y系合金有最高的比强度,Mg-2Zn-1Gd合金则有良好的韧性。他们研究成功一种高强韧Mg-Zn-Y-Zr变形镁合金(金属所内部牌号G04合金)是最有代表性的,在航天器获得了实际应用,取得了预期的减重效果。G04合金锻件的物理和力学性能如下:
  抗拉强度Rm,N/mm2   ≥280
  密度,kg/m3    1840±0.02
  热导率,W/(m·K)   >100
  弹性模量E,GN/mm2   ≥43
  线膨胀系数α,X10-6/K   <25±1
  热容量,KJ/(kg·K)   0.966
  锻件还有良好的可镀镍性能,镀层厚度应达到(20±5)μm,且均匀,表面无结瘤与漏镀,结合力方格和锉刀检验合格,表面搭接电阻小于5mΩ。
  在生产G04合金锻件时应严格工艺条件:
  熔体净化处理是关键  镁合金易氧化,且其氧化物和精炼处理用的熔剂不易清除,因为它们的密度与镁熔体的相差不大,难以分离,不沉于炉底,上浮速度也慢。镁合金的纯净度对熔体铸造性能、合金的变形加工性能、半成品的力学性能与抗腐蚀性能都有很大的影响。金属研究所采用特殊的净化处理技术,使生产的G04合金锭坯在纯净上完全符合航天器零部件的要求。
  严格控制热处理制度  在锻造之前必须对锭坯进行均匀化处理,以改善铸造组织,处理制度为:从室温加热到320℃±10℃保温4h、380℃±10℃保温2h,420℃±10℃保温8h,空冷。然后进行锻造,在36MN液压机上进行两镦两拔锻饼,锻造时必须精心控制锻造温度与锻造率,温度过高过低都会锻裂,变形率过大也会开裂,现在已成功制备达100kg的锻坯。
  锻造工艺与人工时效制度对锻件组织与性能有明显影响  锻造压下量与方向对合金组织及性能影响甚大,应严格控制锻压率与锻压方向,以保持组织与性能的稳定性。锻件的最佳人工时效制度:(170℃±10℃)/24h。经此制度处理后,锻件的组织细密均匀,综合力学性能得到很好的优化。
  锻件力学性能与其厚度关系密切  锻件尺寸特别是其最终厚度对力学性能有着明显影响。当锻件厚度为15mm左右时,合鑫的力学性能明显上升,抗拉强度可达300N/mm2~350N/mm2,厚度上升,力学性能下降。金属研究所全面掌握了锻件力学性能与其厚度的关系。
  表面镀层  航天公司用金属研究所G04合金制造的神舟六号飞船电控箱及其他航天器用的一些零部件获得了成功的应用。制造电控箱壳体的最后一道工序是进行表面镀镍处理,以确保载荷在空间环境中使用时的导电性能和电磁屏蔽特性并赋予电控箱在地面环境长时间保存时的抗腐蚀性能。金属研究所为电控箱G04合金箱壳体开发出专业的化学镀镍工艺。镀层性能如下:镀层厚度20μm±5μm,镀层厚度均匀,表面无结瘤、漏镀,结合力检验合格,表面任意两点的电阻小于1mΩ,表面搭接电阻<5mΩ,盐雾试验超过1200h,在-40℃~80℃经500次冷热循环变化无剥落、起皮。
  用G04合金制备的天宫1号、神舟6号飞船及其他几种型号航天器的一批批零部件实现了轻质材料物理性能(密度、导热、热膨胀系数、电磁屏蔽功能)、力学性能、规格尺寸(单件最大约100kg)、加工成形性能、长期储存和航天环境下的抗腐蚀性能、冷热疲劳性能等要求的综合统一,解决了航天器相关系统的减重和镁合金在此类系统服役的安全可靠性问题,圆满地完成了各自承担的航天任务,为国家和人类的航天梦想做出了重要贡献。

责任编辑:陈岩

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