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长征五号火箭是个货真价实的大块头，是个名副其实的“胖五”，起飞质量约870t，配12颗“大心脏”——发动机，起飞推力约10.56MN（1078t力）；低轨道（近轨道）运载能力25t，高（地球同步转移）轨道运载能力14t级，越过了国际上大型运载火箭近地轨道运载能力20t，高轨道的10t的“鸿沟”，可与美国的宇宙神五、德尔塔4、欧洲的阿里安等世界主力大型火箭比翼齐飞，完成了脱胎换骨的升级换代。

 

长征五号的“大”还体现在它的外观上，它的直径比现役火箭的大50%，它的芯级直径达5m，外围的4个助推器直径3.35m，分别比中国现役火箭的大49.3%及49.0%。

 

长五火箭“身高”约57m，比20层楼还高一点点，但比长征二号下运载火箭却矮一些。因而长五火箭可容纳多得多的推进剂。芯级火箭推进剂为-253℃的液氢与-183℃的液氧，助推器的推进剂为液氧与煤油，这在中国运载火箭发展历程中是首次，由于液氢、液氧的温度很低，所以有人把长五火箭又称之为“冰箭”，有十几万个零部件。

 

燃料箱体铝合金造

 

长征五号火箭的起飞质量870t，其中液氢（-253℃）与液氧（-183℃）的质量占90%，即这两种燃料的质量达783t。据报道，长征五号火箭的研制历时10载，突破了以12项重大关键技术为代表的247项关键技术，其中有多项是关于铝合金材料的。在关键技术中，新技术比例几乎占100%，核心技术全部拥有自主知识产权，实现了长征火箭的升级换代，使中国一跃进入航天强国，也为中国成为铝加工强国迈出了坚实的一大步。

 

长征五号火箭各大部件是用什么材料制造的未见媒体报道，但是可以肯定的是，在结构材料中铝合金肯定是主流，因为芯级火箭巨大的液氢液氧贮箱，4个助推器的液氧、煤油贮箱都应是用铝合金做的，只有铝合金才能在这种极为严峻的条件下工作：一是它们的密度小，轻巧，为钢密度的30%左右；低温性能极佳，没有低温脆性，铝合金的强度与延展性均随着温度的降低而同步上升，成为一类绝好的低温结构材料，成为很难替代的航空航天材料；可加工与可形成性能好，可焊接性能好，尤其是摩擦搅拌焊（FSW）性能，美国大型火箭低温燃料铝合金贮箱就是摩擦搅拌焊的。

 

2219铝合金是绝佳的

 

低温燃料贮箱材料

 

长征五号大型火箭的液氢（-253℃）与液氧（-183℃）贮箱是用什么铝合金焊接的，连接固定锻环是用什么铝合金环锻的，未见媒体报道，但是国外发射大型火箭用的液氢、液氧贮箱不管是美国的，还是日本与欧洲的，都是用2219型铝合金厚板（>6mm~≤10mm）焊的，板材应该是中国铝业公司所属的工厂生产的，它们有生产航空铝材60年的技术与经验，并通过了航空航天部门的认证。

 

看看2219型合金的真面目

 

2019合金是美国铝业公司（Alcoa）为航空航天工业研发的一种高强度、高韧性的高温耐热合金，1954年在美国铝业协会公司注册，2008年中国将2219与2519合金纳入国家标准GB/T3190，自此，2219及2519合金不但是美国合金，也是中国的标准合金，它们的标定化学成分见表1，除含Ti、V外，还都含0.10%~0.25%Zr。

 

2219型合金属Al-Cu-Mn系，还含有少量的Ti、V、Zr，成分相当复杂，因而合金有良好的高低温性能，Ti、V、Zr的加入可形成Al3Ti、Al3Zr、Al5V化合物，具有细化晶粒、提高再结晶温度和耐热性的作用。这类合金是20世纪50年代初期开始问世，可加工成各种各样的半成品，用于制造在200℃~300℃与在超低温下工作的零部件。

 

在Al-Cu-Mn系合金中，Cu与Mn是主要的合金化元素，Cu与Al形成化合物Al2Cu，是主要强化相，2519合金含0.05%~0.40%Mg，因其量太少，不会形成化合物，全部固溶，稍有固溶强化作用，Ti、Zr、V的化合物呈弥散质点分布于基体中，也有一些弥散强化作用。

 

Mn是保证合金耐热性的主要元素，Ti、Zr、V也有一定的作用。Mn在铝中的扩散系数小，能降低Cu在Al中的扩散，不但使α（Al）固溶体的分解倾向减少，而且还降低了Al2Cu在高温下的聚集倾向。Mn的含量不宜>0.4%，否则可形成T相（Al12CuMn2），对合金耐热性不利。加入少量Mn，一方面因形成Al6Mn对合金耐热性有利，另一方面可降低焊缝形成裂纹倾向。

 

Mg降低2219、2319、2419合金的可焊性，其含量应不大于0.02%，但2519合金却含有0.05%~0.40%Mg，是为了提高其室温强度，有利于改善它在150℃~250℃的耐热性能。

 

杂质Zn加快Cu在铝中的扩散，对合金的性能不利。Fe会与铜形成三元化合物Al7Cu2Fe，降低α（Al）中的铜含量，使合金的强度下降，应严加控制。Si降低合金的高温（300℃）持久强度，属有害杂质。

 

热处理特性

 

2219型合金的显着特点是：高的热强性，优秀的低温性能，可在-270℃~300℃长期使用，使用温度跨度之大，居铝合金之冠；挤压材料没有挤压效应。这类合金几乎没有自然时效效果，却有显着的人工时效能力。在人工时效状态T6，既有高的强度，又有优秀的耐热性与可焊性。

 

此类合金的固溶处理温度520℃~535℃，人工时效规范160℃~170℃/（10~16）h。在固溶处理时，在合金中进行两个相反的过程：一是α（Al）+Al2Cu二元共晶及三元共晶α（Al）+Al2Cu+T（Al12CuMn2）固溶于α（Al）中，二是从α（Al）中析出含Mn相T（Al12CuMn2），呈点状弥散地分布于α（Al）基地中。淬火后获得的α（Al）是过饱和的，在人工时效时析出Al2Cu和T相，使合金强化。

 

在高温下，不但T相本身的显微硬度比Al2Cu的高，而且在高温长期负荷下其软化的百分数也比Al2Cu的少，T相还能显着提高合金的高温持久硬度。T相在高温下比Al2Cu稳定得多，不易聚集。

 

良好的低温性能

 

在铝合金中，2219型合金的低温性能久负盛誉，液氢、液氧贮箱非它莫属。2219-T62合金25℃时的抗拉强度Rm=400N/mm2，而-195℃时的为505N/mm2，提高了26.25%，25℃时的伸长率A=12%，-195℃时的却上升到16%，提高了33.33%，随着温度的降低，强度与温度同步升高，非常难能可贵，见表2。

 

2219合金的典型性能

 

2219合金薄板（厚度≤6mm）上都包覆了一层薄薄的7072合金（Cu0.10，Mn0.10，（Si+Fe）0.70，Zn0.80~1.3，Mg0.10，其他杂质每个0.05、总计0.15，其余为Al），以提高其抗腐蚀性能。

 

典型用途：洲际火箭与航天器火箭的焊接氧化剂箱与燃料箱，超声速飞机骨架与结构件。应用温度-270℃~300℃。断裂韧性高，T8材料有限高的抗应力腐蚀开裂能力。各种状态材料的典型拉伸性能见表3。

 

循环次数5×108的R.R.摩尔试验的疲劳强度103N/mm2。物理性能：20℃时密度2840kg/m3，液相线温度643℃，低熔点共晶体开始熔化温度543℃，线膨胀系数：-50℃~20℃时20.8μm/（m·k），20℃~100℃时22.5μm/（m·k），20℃~200℃时23.4μm/（m·k），20℃~300℃时24.4μm/（m·k）；体胀系数6.5×10-5m3/（m3·k）；20℃时比热容864J/（kg·k）；热导率：O状态材料的170w/（m·k），T31及T37状态的116w/（m·k），T62、T81、T87状态的130w/（m·k）。

 

电导率：20℃时的等体积电率，O状态的44%IACS，T31、T37、T351状态的28%IACS，T62、T81、T87、T851状态的30%IACS。电阻率：20℃时，O状态的39nΩ·m，T31、T37、T351状态的62nΩ·m，T62、T81、T87、T851状态的57nΩ·m。各种材料的电阻温度系数20℃时均为0.1nΩ·m/k。在25℃时的含53gNaCl及3gH2O2水溶液中对0.1N甘汞电极的电位：T31、T37、T351状态材料的-0.64V、T62、T81、T87、T851状态的-80V。