丁文江，吳國(guó)華，李中權(quán)，肖 旅，陳玉獅

(1. 上海交通大學(xué) 輕合金精密成型國(guó)家工程研究中心，上海 200240； 2. 上海航天精密機(jī)械研究所，上海 201600)

0 引言

隨著航天航空和國(guó)防工業(yè)的快速發(fā)展，我國(guó)對(duì)高性能輕質(zhì)結(jié)構(gòu)材料的需求越來(lái)越大，并已制定了相應(yīng)的輕量化目標(biāo)，如：航空發(fā)動(dòng)機(jī)推重比不小于10，戰(zhàn)略導(dǎo)彈彈頭單位側(cè)面積質(zhì)量小于30 kg/m2，戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)質(zhì)量減小30%以上，衛(wèi)星結(jié)構(gòu)質(zhì)量減小5%左右，殲擊機(jī)的結(jié)構(gòu)質(zhì)量系數(shù)從32%～34%降至27%～28%等。鎂合金作為目前實(shí)際應(yīng)用中最輕的金屬結(jié)構(gòu)材料，能帶來(lái)巨大的減重效益[1-3]。1枚洲際導(dǎo)彈質(zhì)量若減小1 kg，則運(yùn)載火箭的起飛質(zhì)量可減小50 kg，地面設(shè)備的結(jié)構(gòu)質(zhì)量可減小100 kg；戰(zhàn)斗機(jī)質(zhì)量若減小15%，則其滑跑距離可縮短15%，航程增加20%，有效載荷質(zhì)量增加30%；噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)質(zhì)量若減小1 kg，則飛機(jī)結(jié)構(gòu)質(zhì)量可減小4 kg，升限高度提高10 m[3-4]。

純鎂的密度為1.74 g/cm3，約為鋁合金的2/3，鋅合金的1/3，鋼鐵的1/4，鈦合金的2/5，與多數(shù)工程塑料相當(dāng)。鎂合金具有較高的比強(qiáng)度和比剛度，良好的尺寸穩(wěn)定性、導(dǎo)熱導(dǎo)電性，以及優(yōu)異的鑄造、切削加工性能，并具有高阻尼、電磁屏蔽、資源豐富、易回收利用等優(yōu)點(diǎn)，被譽(yù)為“21世紀(jì)綠色工程材料”[1]。限制鎂合金在航天航空領(lǐng)域應(yīng)用的主要因素如下：高溫強(qiáng)度等材料強(qiáng)度偏低，抗蠕變性差；鎂合金鑄件容易形成縮松和熱裂紋，成品率低；鎂合金變形件塑性加工條件控制困難，導(dǎo)致組織與力學(xué)性能不穩(wěn)定[2,5]。

本文介紹了高性能鎂合金的開(kāi)發(fā)研究現(xiàn)狀及鎂合金成形技術(shù)，重點(diǎn)介紹新型鎂合金材料在我國(guó)航天航空領(lǐng)域的應(yīng)用。

1 高性能鎂合金材料開(kāi)發(fā)

1.1 非稀土鎂合金

非稀土鎂合金主要包括Mg-Al系和Mg-Zn系鎂合金。Al是鎂合金中最主要的合金化元素，與Al合金化的Mg約占鎂合金應(yīng)用總量的43%[6]?，F(xiàn)有的Mg-Al系非稀土鎂合金主要是在AZ91合金中添加Ca，Mn等元素。如ZHU等[7]研究發(fā)現(xiàn)：在Mg-9Al-2Sn合金中添加微量Mn能形成Al8(Mn, Fe)5相，起到晶粒細(xì)化和促進(jìn)時(shí)效強(qiáng)化的效果，對(duì)其進(jìn)行T6熱處理后，Mg-9Al-2Sn-0.1Mn合金的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度分別為292 MPa，154 MPa，伸長(zhǎng)率為5%。

在Mg-Zn系合金中，Zn主要起固溶強(qiáng)化作用，熱處理后可提高合金的屈服極限。在該系合金中添加Al，Zr，Mn等元素，可進(jìn)一步提高合金力學(xué)性能。如：馮凱等[8]通過(guò)調(diào)整Zn，Al的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，系統(tǒng)研究了Mg-(5%～20%)Zn-(0～6%)Al合金的組織和性能，發(fā)現(xiàn)ZA74合金經(jīng)半固態(tài)觸變壓鑄后，抗拉強(qiáng)度達(dá)352 MPa；WANG等[9]在Mg-Zn-Al-Mn合金中添加少量Cu元素，目的是使合金能在較高溫度下固溶，促進(jìn)更多的Zn溶進(jìn)鎂基體，并增強(qiáng)隨后的時(shí)效強(qiáng)化效果。研究發(fā)現(xiàn)：Mg-8.0Zn-1.0Al-0.5Cu-0.5Mn合金的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度分別為228 MPa，372 MPa，伸長(zhǎng)率為16%。

1.2 含稀土鎂合金

稀土元素對(duì)鎂合金具有固溶和沉淀強(qiáng)化作用[10]。在Mg-Al系和Mg-Zn系合金中添加稀土元素能提高合金的室溫和高溫強(qiáng)度，提高高溫蠕變抗力，改善鑄造性能，有利于提高耐蝕性能。如ZHANG等[11]研究發(fā)現(xiàn)在AZ91壓鑄合金中添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.8%的富Y混合稀土后，初生α-Mg和共晶β-Mg17Al12相均得到細(xì)化，組織中形成了少量的Al2Y相，合金室溫拉伸的抗拉強(qiáng)度、屈服強(qiáng)度分別為270 MPa，160 MPa，伸長(zhǎng)率為11%，且在150 ℃拉伸時(shí)仍可保持較高的力學(xué)性能。此外，合金的耐蝕性能也得到大幅度提高。但此類(lèi)合金的室溫和高溫性能仍無(wú)法滿足航天航空材料的強(qiáng)度要求。

為進(jìn)一步提高鎂合金的強(qiáng)度，上海交通大學(xué)研究了Mg-Nd，Mg-Gd，Mg-Y，Mg-Dy，Mg-Sm等多個(gè)Mg-RE系合金[10]，重點(diǎn)探討了合金的強(qiáng)韌化機(jī)制，發(fā)現(xiàn)JDM1～JDM4鎂合金具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能[12]，見(jiàn)表1。

表1 JDM1～JDM4的典型力學(xué)性能

JDM1鎂合金為Mg-Nd-Zn-Zr系合金[13]。強(qiáng)化機(jī)理主要是彌散Zr化合物和垂直基面的β″(Mg3Nd)亞穩(wěn)態(tài)析出相的協(xié)同強(qiáng)化，韌化機(jī)制主要是微量Zn，Zr元素促進(jìn)室溫非基面位錯(cuò)的滑移。合金典型的室溫拉伸屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度分別為140 MPa，300 MPa，伸長(zhǎng)率為10%。

圖1 JDM2合金時(shí)效析出相Fig.1 Precipitated phase of JDM2 alloy during aging treatment

JDM3鎂合金是Mg-Y-Gd-Zn-Zr系合金[15]。其在JDM2合金基礎(chǔ)上，引入適量Zn元素，使部分稀土元素與Zn原子形成高溫穩(wěn)定的長(zhǎng)周期堆垛有序結(jié)構(gòu)(LPSO)，LPSO具有良好的高溫穩(wěn)定性和抗扭折能力，與析出相的慣析面垂直，形成“LPSO+析出相”共存強(qiáng)化單元。JDM3鎂合金在300 ℃下實(shí)驗(yàn)室試棒的抗拉強(qiáng)度大于250 MPa。

JDM4鎂合金是Mg-Gd-Y-Ag-Zr系合金[16]。其在JDM2合金基礎(chǔ)上，通過(guò)Ag元素微合金化調(diào)控鎂稀土合金中沉淀析出相形態(tài)，形成“棱柱面析出相+基面析出相”的復(fù)合強(qiáng)化。JDM4鎂合金的室溫屈服強(qiáng)度超過(guò)300 MPa，抗拉強(qiáng)度可達(dá)420 MPa。

1.3 鎂鋰合金

鎂鋰合金密度一般為1.3～1.6 g/cm3，比普通鎂合金減小1/4～1/3，且減振和電磁屏蔽性能更為優(yōu)異，是航天航空和國(guó)防工業(yè)領(lǐng)域極具發(fā)展?jié)摿Φ慕Y(jié)構(gòu)材料[4,15,17]。目前，關(guān)于鎂鋰合金的研究主要集中在Mg-Li-Al，Mg-Li-Zn或Mg-Li-Al-Zn系合金。在鎂鋰合金中添加Al，Zn分別形成時(shí)效強(qiáng)化相MgLi2Al和MgLi2Zn。但這2種相都是亞穩(wěn)相，在時(shí)效過(guò)程中容易分解成時(shí)效軟化相AlLi和MgLiZn，進(jìn)而發(fā)生過(guò)時(shí)效軟化，導(dǎo)致鎂鋰合金的長(zhǎng)期力學(xué)性能不穩(wěn)定。

研究表明：Ca，Sn，Cd，RE等同樣是鎂鋰合金的有效合金化元素。其中，稀土元素可與合金中的Al形成Al-RE第二相，如AlY，Al2Y，AL2La，Al2Ce,Al2Nd等，可有效抑制軟化相的形成，提升鎂鋰合金力學(xué)性能的穩(wěn)定性[18]。此外，Y,Gd等重稀土元素在鎂鋰合金中的固溶度較大，可起到較大的固溶強(qiáng)化效果。趙炯等[19]在Mg-8Li-3Al-2Zn(LAZ832)合金中添加少量Y元素，發(fā)現(xiàn)隨著Y元素含量的增加，合金的晶粒形貌由長(zhǎng)條狀轉(zhuǎn)變?yōu)閳A球狀，晶粒尺寸逐漸減小，Al2Y相和β-Li相的含量逐漸增加，AlLi相的含量逐漸減少，如圖2所示[19]。LAZ832-0.5Y鑄態(tài)合金組織(見(jiàn)圖2(a))主要由α-Mg，β-Li，Al2Y，AlLi相組成，固溶后的大部分AlLi相溶入基體中(見(jiàn)圖2(b))，合金的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率分別為182 MPa，263 MPa，11.8%。目前該合金已用于導(dǎo)彈艙體試制。

圖2 Mg-8Li-3Al-2Zn合金的組織形貌Fig.2 Structural morphology of Mg-8Li-3Al-2Zn alloy

2 鎂合金成形技術(shù)

鎂合金成形工藝可分為液態(tài)成形和固態(tài)成形。其中：液態(tài)成形包括重力鑄造、低壓鑄造、壓鑄、擠壓鑄造、半固態(tài)成形等；固態(tài)成形又稱(chēng)塑性加工成形，包括擠壓、軋制、鍛造、沖壓、拉深等。

2.1 重力鑄造

鎂合金可采用不同的重力鑄造方法生產(chǎn)，包括砂型鑄造、金屬模鑄造、半金屬模鑄造、熔模鑄造、殼型鑄造等。其中，砂型鑄造的成本低，適用于大鑄件的小批量生產(chǎn)。如丁文江等[2]發(fā)明了鎂合金專(zhuān)用的非占位式轉(zhuǎn)移涂料技術(shù)：先將涂料涂在模樣表面上，然后在涂料上面充填造型材料，固化后涂層自發(fā)地轉(zhuǎn)移至型芯表面。涂層完整地復(fù)制了模型表面的形狀和粗糙度，顯著降低了鑄件表面的粗糙度，提高了鑄件尺寸的精度。涂層轉(zhuǎn)移法的關(guān)鍵是陰模制備，通過(guò)與快速成形和無(wú)收縮硅橡膠復(fù)膜等技術(shù)相結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)，可解決復(fù)雜鎂合金零件表面(非加工面)對(duì)粗糙度要求高的鑄造難題。該技術(shù)已經(jīng)用于鎂合金導(dǎo)彈殼體等產(chǎn)品的生產(chǎn)。

2.2 低壓鑄造

利用低壓鑄造平穩(wěn)充型和順序凝固的特點(diǎn)可生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的鎂合金鑄件。上海交通大學(xué)將涂層轉(zhuǎn)移制芯技術(shù)、坩堝液體金屬密封技術(shù)與低壓鑄造技術(shù)相結(jié)合，開(kāi)發(fā)了鎂合金大型鑄件的精密低壓鑄造成型工藝，并采用雙爐熔爐、壓力轉(zhuǎn)爐方式保證鎂液的高純度。該工藝具有精密成型尺寸精度高、壓力凝固組織致密、涂層轉(zhuǎn)移表面光潔等優(yōu)勢(shì)，目前已具備研發(fā)并小批量生產(chǎn)質(zhì)量為100 kg鎂合金鑄件的能力[2]。

2.3 壓鑄

壓鑄是指在高壓作用下，將液態(tài)或半固態(tài)合金熔體以高速度壓入模具型腔，熔體在壓力下凝固成形，從而獲得尺寸精確、輪廓清晰的鑄件的方法。由于鎂合金熔點(diǎn)較低(純鎂約為650 ℃)，凝固潛熱小，凝固速度快，且合金液黏度低、流動(dòng)性好，因此特別適于壓鑄生產(chǎn)。但常規(guī)壓鑄的零件由于卷氣等原因容易產(chǎn)生氣孔而無(wú)法進(jìn)行熱處理，且無(wú)法通過(guò)時(shí)效強(qiáng)化進(jìn)一步提高性能。近幾十年來(lái)發(fā)展起來(lái)的真空壓鑄、充氧壓鑄和半固態(tài)壓鑄方法可解決該問(wèn)題[3, 20]。

2.4 擠壓鑄造

擠壓鑄造，又稱(chēng)液態(tài)模鍛，是對(duì)澆入模具型腔的液態(tài)金屬施加較高的壓力，金屬液在壓力作用下成形，從而獲得鑄件的方法[21]。該工藝結(jié)合了壓力鑄造和鍛造的優(yōu)點(diǎn)，可有效細(xì)化晶粒，減少疏松縮孔等缺陷。所得鑄件也能通過(guò)后續(xù)熱處理提高力學(xué)性能，該技術(shù)在高性能、厚壁鎂合金鑄件中具有廣泛的應(yīng)用前景。近年來(lái)，越來(lái)越多的研究人員利用擠壓鑄造技術(shù)制備鎂合金材料[18,22-24]。如WANG等[18]利用擠壓鑄造技術(shù)制備了Mg-Gd-Y-Zr合金，研究了澆注溫度和壓力對(duì)合金組織與力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明：Mg-10Gd-3Y-0.5Zr合金在壓力下凝固，能獲得細(xì)小、致密的組織，擠壓鑄造T6態(tài)合金的屈服強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率分別比金屬模鑄造合金提高了9%，19%，114%。

2.5 半固態(tài)成形

半固態(tài)成形是20世紀(jì)70年代由美國(guó)麻省理工學(xué)院提出的一種先進(jìn)金屬成形工藝[25]。該工藝與傳統(tǒng)的液態(tài)成形相比，具有成形溫度低、模具壽命長(zhǎng)、可改善生產(chǎn)條件和環(huán)境、細(xì)化晶粒、減少氣孔和疏松縮孔、提高組織致密性、提高鑄件質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)。此外，該工藝綜合了凝固加工和塑性成形的長(zhǎng)處，即成形溫度低于液態(tài)、變形抗力小于固態(tài)，可一次以大變形量近凈成形大尺寸、復(fù)雜薄壁且精度和質(zhì)量要求較高的零件。目前，用于鎂合金零件實(shí)際生產(chǎn)的只有半固態(tài)觸變射鑄成形技術(shù)[3]。該技術(shù)具有工藝簡(jiǎn)單、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，已應(yīng)用于生產(chǎn)鎂合金汽車(chē)零件、計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)器零件、筆記本電腦外殼和框架、手機(jī)外殼、航天航空工業(yè)儀器儀表等。

2.6 塑性成形

塑性成形包括擠壓、鍛造、軋制、沖壓、拉深等[1]。其中，鎂合金擠壓有以下優(yōu)點(diǎn)：可細(xì)化晶粒，可通過(guò)保留擠壓纖維織構(gòu)提高強(qiáng)度，可獲得優(yōu)良的表面質(zhì)量及良好的尺寸精度。目前，鎂合金管材、棒材、型材、帶材等產(chǎn)品主要采用擠壓成形。但鎂合金擠壓也存在擠壓速度慢、變形抗力大、擠壓加工后由于形成織構(gòu)而造成材料力學(xué)性能的各向異性等缺點(diǎn)[25]。

鎂合金鍛造一般有2種方式：自由鍛和模鍛。常用來(lái)鍛造的鎂合金有ZK系列和AZ系列。鎂合金鍛件的力學(xué)性能通常取決于鍛造過(guò)程中所產(chǎn)生的應(yīng)變硬化程度。鍛造溫度越低，其應(yīng)變硬化效果越顯著。但如果溫度過(guò)低，則鍛件容易開(kāi)裂；如果溫度過(guò)高，則鍛件氧化嚴(yán)重[3]。為解決航天航空領(lǐng)域應(yīng)用中大尺寸鎂合金鍛件制備的技術(shù)難題，上海交通大學(xué)基于大尺寸半連續(xù)鑄造坯料，將鎂合金塑性變形計(jì)算機(jī)模擬與實(shí)際鍛造工藝相結(jié)合，開(kāi)發(fā)了鎂合金大型鍛件成型技術(shù)[2]。通過(guò)半連續(xù)鑄造方式制備大尺寸坯料，可制備的最大鑄錠坯料可達(dá)φ400 mm；通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬確定鍛造工藝，確保鍛件各個(gè)方向的總變形量和變形溫升均勻，減小鍛件的各向異性；通過(guò)鍛件實(shí)際鍛造工藝與計(jì)算機(jī)模擬的對(duì)比研究，提高后續(xù)計(jì)算機(jī)模擬的準(zhǔn)確度；通過(guò)鍛造后續(xù)熱處理，調(diào)整鍛件的力學(xué)性能。

鎂合金一般采用軋制成形的方法生產(chǎn)帶材及板材。軋制過(guò)程可細(xì)化晶粒，改善鎂合金組織，顯著提高鎂合金的力學(xué)性能。軋制溫度是鎂合金軋制過(guò)程中的關(guān)鍵參數(shù)。軋制溫度過(guò)低時(shí)，高應(yīng)力集中，導(dǎo)致孿晶形核和切變斷裂；軋制溫度過(guò)高時(shí)，晶粒容易長(zhǎng)大，使板材熱脆傾向增大[1]。

3 鎂合金在航天航空領(lǐng)域的應(yīng)用

當(dāng)前，世界各國(guó)開(kāi)展了一系列項(xiàng)目對(duì)鎂合金展開(kāi)深入研究，取得了諸多成果[26-27]。如歐盟在框架計(jì)劃 (framework programme for research，F(xiàn)P)中開(kāi)展的“變形鎂合金在航空航天器的應(yīng)用(aeronautical application of wrought magnesium，AEROMAG)”項(xiàng)目，共有空中客車(chē)公司、歐洲空客直升機(jī)公司(Eurocopter)、意大利阿萊尼亞(Alenia)公司、圣彼得堡輕金屬研究院、莫斯科航空材料研究院，以及7所大學(xué)、8個(gè)鎂材生產(chǎn)企業(yè)等20家單位參與，全方位研究鎂合金(主要為Mg-Al-Zn，Mg-Zn-Zr-RE，Mg-Y-RE系合金)的冶煉、成形工藝、燃燒性能、表面處理、連接技術(shù)和結(jié)構(gòu)性能等。結(jié)果表明：鎂合金可取代中等強(qiáng)度的5xxx鋁合金，對(duì)于某一項(xiàng)性能鎂合金可達(dá)到甚至超過(guò)高強(qiáng)度的2xxx合金，但綜合考慮強(qiáng)度、疲勞、加工、耐蝕、耐溫等性能，沒(méi)有一種鎂合金可與2xxx鋁合金等同。這說(shuō)明在較長(zhǎng)一段時(shí)間之內(nèi)，鎂合金無(wú)法在結(jié)構(gòu)制造層面上部分代替鋁合金，但可在航空工業(yè)中廣泛應(yīng)用。此外，共有12個(gè)單位參與了航空工業(yè)鎂合金的成形新技術(shù)的研究。該項(xiàng)目采用鍛造、超塑性成形、彎輥、橡皮囊液壓成形、拉深和蠕變成形等不同成形技術(shù)制備不同航天航空零件，開(kāi)發(fā)了許多可行的傳統(tǒng)鎂合金和新型鎂合金商業(yè)化成形方法。

在航天航空領(lǐng)域，鎂合金被廣泛應(yīng)用于制造飛機(jī)、導(dǎo)彈、飛船、衛(wèi)星上的重要構(gòu)件，以減小零件質(zhì)量，提高飛行器的機(jī)動(dòng)性能，降低航天器的發(fā)射成本[2]。圖3為美國(guó)海軍研發(fā)的AGM-154C無(wú)動(dòng)力滑翔制導(dǎo)炸彈[28]。2007年，美國(guó)雷聲公司采用改進(jìn)后的AZ91E合金和AZ91D合金制備AGM-154C連接艙艙體、尾艙艙體、翼片骨架、設(shè)備箱箱體等，力學(xué)性能和耐蝕能力均能滿足侵徹型制導(dǎo)炸彈的整體要求。德國(guó)金牛座系統(tǒng)公司和瑞典博福斯公司合作開(kāi)發(fā)的動(dòng)能侵徹和毀傷導(dǎo)彈KEPD-350(見(jiàn)圖4)于2010年交付使用，該導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)中的加強(qiáng)框、壁板、舵面、隔板等30余種零件分別應(yīng)用了約100 kg的GW83，ZK61等高性能鎂合金[28]。2015年，德國(guó)座椅制造商ZIM Flugsitz GmbH公司利用美國(guó)Magnesium Eletron公司提供的Elektron?43鎂合金成功生產(chǎn)了航空座椅，該座椅在保持強(qiáng)度和韌性的前提下，可取代現(xiàn)有鋁合金座椅，質(zhì)量減小25%[3]。

圖3 AGM-154C聯(lián)合防區(qū)外武器Fig.3 AGM-154C joint defense zone weapon

圖4 KEPD-350防區(qū)外對(duì)地攻擊導(dǎo)彈Fig.4 KEPD-350 off-site ground attack missile

我國(guó)用于航空航天工業(yè)中的鎂合金主要有鑄造稀土鎂合金(ZM2，ZM3，ZM4，ZM5，ZM6，ZM9)和變形稀土鎂合金(MB25，MB26)。目前，我國(guó)殲擊機(jī)、轟炸機(jī)、直升機(jī)、運(yùn)輸機(jī)、機(jī)載雷達(dá)、地空導(dǎo)彈、運(yùn)載火箭、人造衛(wèi)星和飛船上均選用了稀土鎂合金構(gòu)件[1]。有關(guān)高校、研究所和航空航天企業(yè)對(duì)鎂合金在航天航空領(lǐng)域的應(yīng)用也做了相關(guān)研究工作[3]。如：哈爾濱工業(yè)大學(xué)、華中科技大學(xué)采用等溫精密鍛造工藝、反重力真空低壓消失模鑄造方法等研發(fā)生產(chǎn)了鎂合金機(jī)匣、飛機(jī)導(dǎo)輪和排氣管；北京衛(wèi)星制造廠突破了大型鎂合金表面的防腐處理、機(jī)械加工、焊接技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了大型鎂合金結(jié)構(gòu)件在多個(gè)航天器上的應(yīng)用；中國(guó)科學(xué)院金屬研究所研發(fā)的G04鎂合金已成功用于“神舟六號(hào)”載人飛船的電控箱，為其減重約13 kg，并使用G04鎂合金成功制造出“天宮一號(hào)”等型號(hào)中的航天器零部件；上海交通大學(xué)輕合金精密成型國(guó)家工程研究中心采用涂層轉(zhuǎn)移精密鑄造技術(shù)、大型鑄件低壓鑄造技術(shù)、鎂合金大型鍛件成型技術(shù)、溫?zé)釘D壓工藝等結(jié)合JDM1～JDM4鎂合金，制備了多種航天航空部件，滿足了某衛(wèi)星和火星探測(cè)器的使用要求，實(shí)現(xiàn)了20%～30%的減重效果。圖5為衛(wèi)星支架。圖6為某空天飛行器系列部件。圖7為CZ-6運(yùn)載火箭所需的近1.5 t高性能大規(guī)格鍛件，其尺寸為400 mm×250 mm×210 mm。研究人員已研制出100件防爆盒類(lèi)零件，比鋁合金產(chǎn)品質(zhì)量減小30%，并具有更好的阻尼減振性能。采用高強(qiáng)度JDM合金研制成功的大尺寸鍛件，達(dá)到2024鋁合金大鍛件的水平。圖8為某型戰(zhàn)斗機(jī)導(dǎo)彈發(fā)射架，質(zhì)量比之前產(chǎn)品減小25%。圖9為美國(guó)波音民用飛機(jī)公司研發(fā)的大飛機(jī)座骨椅架，該公司已完成了燃燒實(shí)驗(yàn)、靜態(tài)及部分動(dòng)態(tài)實(shí)驗(yàn)。圖10為我國(guó)自主設(shè)計(jì)的新一代發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣蓋。圖11為某型武裝直升機(jī)的傳動(dòng)系統(tǒng)鎂合金機(jī)匣部件，突破了Mg-Y-RE鎂稀土合金伸長(zhǎng)率低的瓶頸，在大型復(fù)雜薄壁鎂合金鑄造工藝技術(shù)方面取得了一系列重大突破。圖12為某輕型導(dǎo)彈艙體，滿足了艙體內(nèi)表面(非加工面)對(duì)粗糙度的要求。上海航天精密機(jī)械研究所實(shí)現(xiàn)了Mg-Gd-Y系列鑄造鎂合金的批量工程化應(yīng)用，飛行器結(jié)構(gòu)件質(zhì)量較以往產(chǎn)品減小25%，如圖13所示。

圖5 衛(wèi)星支架(尺寸為300 mm×300 mm×300 mm)Fig.5 Satellite bracket(size：300 mm×300 mm×300 mm)

圖6 某空天飛行器系列部件Fig.6 Parts of aerospace vehicle series

圖7 鎂合金在運(yùn)載火箭中的應(yīng)用Fig.7 Application of magnesium alloy in launch vehicle

圖8 某殲擊機(jī)導(dǎo)彈彈射架(尺寸為2 300 mm×300 mm×160 mm)Fig.8 Fighter missile projectile(size：2 300 mm×300 mm×160 mm)

圖9 大飛機(jī)座骨椅架Fig.9 Large aircraft seat frame

圖10 某新型發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)匣蓋(尺寸為500 mm×220 mm×50 mm)Fig.10 New-type engine cover(size：500 mm×220 mm×50 mm)

圖11 某新型武裝直升機(jī)傳動(dòng)系統(tǒng)鎂合金機(jī)匣部件Fig.11 Magnesium alloy machine parts for transmissionsystem of new-type gunship

圖12 某輕型導(dǎo)彈艙體Fig.12 Light missile nacelle

圖13 Mg-Gd-Y鑄造鎂合金艙體Fig.13 Mg-Gd-Y cast magnesium alloy cabin

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)航天航空事業(yè)的飛速發(fā)展，輕質(zhì)高性能鎂合金材料在航天航空領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，為航天航空制造業(yè)輕量化作出了重要貢獻(xiàn)。我國(guó)是鎂合金資源大國(guó)，應(yīng)進(jìn)一步加快發(fā)展鎂合金科技，提升我國(guó)鎂產(chǎn)業(yè)的技術(shù)水平，使我國(guó)鎂產(chǎn)業(yè)從資源優(yōu)勢(shì)向經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)變。新型鎂合金材料在航天航空領(lǐng)域的應(yīng)用需要相關(guān)高校、科研院所和航天航空企業(yè)相互合作，在技術(shù)上不斷創(chuàng)新，不斷擴(kuò)大鎂合金在航天航空領(lǐng)域的應(yīng)用范圍。