Zrakoplovni aluminij: karakteristike

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja promjena: 2023-12-17 10:29

Zbog svoje lakoće, duktilnosti i otpornosti na koroziju, aluminij je postao nezamjenjiv materijal u mnogim industrijama. Zrakoplovni aluminij je skupina legura koje karakterizira povećana čvrstoća s uključivanjem magnezija, silicija, bakra i mangana. Dodatnu čvrstoću legura dobiva uz pomoć tzv. "efekt starenja" - posebna metoda stvrdnjavanja pod utjecajem agresivnog atmosferskog okruženja dulje vrijeme. Legura je izumljena početkom 20. stoljeća, nazvana duralumin, sada poznata i kao "avijalna".

Definicija. Povijesni izlet

Početkom povijesti zrakoplovnih aluminijskih legura smatra se 1909. godina. Njemački metalurški inženjer Alfred Wilm eksperimentalno je ustanovio da se aluminijska legura s blagim dodatkom bakra, mangana i magnezija nakon gašenja na temperaturi od 500 ° C i brzog hlađenja održava na temperaturi od 20-25 stupnjeva tijekom 4-5 dana., postupno postaje tvrđi i jači bez gubitka duktilnosti. Postupak je nazvan "starenje" ili "sazrijevanje". U procesu takvog stvrdnjavanja atomi bakra se punemnogo sićušnih zona na granicama zrna. Promjer atoma bakra je manji od promjera aluminija, stoga se pojavljuje tlačno naprezanje, zbog čega se povećava čvrstoća materijala.

Po prvi put, legura je savladana u njemačkim tvornicama Dürener Metallwerken i dobila je zaštitni znak Dural, otuda i naziv "duralumin". Nakon toga su američki metalurzi R. Archer i V. Jafris poboljšali sastav promjenom postotka, uglavnom magnezija. Nova legura nazvana je 2024, koja se i sada naširoko koristi u raznim modifikacijama, a cijela obitelj legura zove se Avial. Ova je legura gotovo odmah nakon otkrića dobila naziv "aluminij za zrakoplovstvo", budući da je u potpunosti zamijenila drvo i metal u konstrukcijama zrakoplova.

Glavne vrste i karakteristike

Postoje tri glavne grupe:

• Obitelji aluminij-mangana (Al-Mn) i aluminij-magnezija (Al-Mg). Glavna karakteristika je visoka otpornost na koroziju, jedva inferiorna u odnosu na čisti aluminij. Takve se legure dobro podnose lemljenju i zavarivanju, ali su slabo rezane. Nije otvrdnuto toplinskom obradom.
• Legure otporne na koroziju sustava aluminij-magnezij-silicij (Al-Mg-Si). Stvrdnjavaju se toplinskom obradom, odnosno stvrdnjavanjem na temperaturi od 520°C, nakon čega slijedi brzo hlađenje vodom i prirodno starenje oko 10 dana. Posebna karakteristika ove grupe materijala je njihova visoka otpornost na koroziju tijekom rada u normalnim uvjetima i pod opterećenjem.
• Konstrukcijske legure aluminija, bakra i magnezija (Al-Cu-Mg). Njihova osnova je aluminij legiran bakrom, manganom i magnezijem. Promjenom udjela legirajućih elemenata dobiva se aluminij za zrakoplove, čije se karakteristike mogu razlikovati.

Materijali posljednje skupine imaju dobra mehanička svojstva, ali su vrlo osjetljivi na koroziju od prve i druge obitelji legura. Stupanj osjetljivosti na koroziju ovisi o vrsti površinske obrade, koju još treba zaštititi bojom ili eloksiranjem. Otpornost na koroziju djelomično se povećava uvođenjem mangana u sastav legure.

Osim tri glavne vrste legura, postoje i legure za kovanje, otporne na toplinu, strukturne i druge legure visoke čvrstoće koje imaju svojstva potrebna za određenu primjenu.

Označavanje zrakoplovnih legura

U međunarodnim standardima, prva znamenka oznake zrakoplovnog aluminija označava glavne legirne elemente legure:

• 1000 - čisti aluminij.
• 2000 - duralumin, legure legirane bakrom. U određenom razdoblju - najčešća zrakoplovna legura. Sve više zamjenjuju legurama serije 7000 zbog visoke osjetljivosti na korozijsko pucanje pod naprezanjem.
• 3000 - legirajući element - mangan.
• 4000 - legirajući element - silicij. Legure su također poznate kao silumini.
• 5000 - legirajući element - magnezij.
• 6000 su najduktilnije legure. Legirajući elementi su magnezij i silicij. Može se toplinski očvrsnuti radi povećanja čvrstoće, ali ovoparametar je inferioran u odnosu na serije 2000 i 7000.
• 7000 - termički kaljene legure, najtrajniji zrakoplovni aluminij. Glavni legirajući elementi su cink i magnezij.

Druga znamenka oznake je serijski broj modifikacije aluminijske legure iza originalne - broj "0". Zadnje dvije znamenke su broj same legure, informacija o njezinoj čistoći po nečistoćama. Ako je legura iskusna, oznaci se dodaje peti "X".

Danas su najčešće vrste zrakoplovnog aluminija: 1100, 2014, 2017, 3003, 2024, 2219, 2025, 5052, 5056. Osobine ovih legura su: lakoća, trenje, otpornost na duktilnost, korozija i visoka opterećenja. U industriji zrakoplova, najčešće korištene legure su 6061 i 7075 zrakoplovni aluminij.

Sastav

Glavni legirajući elementi zrakoplovnog aluminija su: bakar, magnezij, silicij, mangan, cink. Masinski postotak ovih elemenata u leguri određen je karakteristikama kao što su čvrstoća, fleksibilnost, otpornost na mehanička naprezanja itd. Osnova legure je aluminij, glavni legirni elementi su bakar (2,2-5,2% po težini), magnezij (0,2-2,7%) i mangan (0,2-1%).

Obitelj zrakoplovnih legura aluminija sa silicijem (4-13% po težini) s malim sadržajem drugih legirajućih elemenata - bakra, mangana, magnezija, cinka, titana, berilija. Koristi se za izradu složenih dijelova, također poznatih kao silumin ili lijevana aluminijska legura. obitelj aluminij-magnezijevih legura(1-13% mase) s ostalim elementima imaju visoku duktilnost i otpornost na koroziju.

Uloga bakra u zrakoplovnom aluminiju

Prisutnost bakra u sastavu zrakoplovne legure doprinosi njenom stvrdnjavanju, ali u isto vrijeme loše utječe na njegovu otpornost na koroziju. Ispadajući na granicama zrna tijekom procesa kaljenja, bakar čini leguru osjetljivom na piting, naponsku koroziju i međugranularnu koroziju. Područja bogata bakrom galvanski su katodnija od okolne aluminijske matrice i stoga su osjetljivija na galvansku koroziju. Povećanje sadržaja bakra u masi legure do 12% povećava svojstva čvrstoće zbog disperzijskog jačanja tijekom starenja. Sa sadržajem bakra većim od 12%, legura postaje lomljiva.

Područja primjene

Aluminijske legure su najtraženiji metal za prodaju. Mala težina zrakoplovnog aluminija i njegova čvrstoća čine ovu leguru dobrim izborom za mnoge industrije od zrakoplova do kućanskih predmeta (mobilni telefoni, slušalice, svjetiljke). Aluminijske legure koriste se u brodogradnji, automobilskoj industriji, građevinarstvu, željezničkom prometu i nuklearnoj industriji.

Legure s umjerenim udjelom bakra su široko tražene (2014., 2024. itd.). Profili izrađeni od ovih legura imaju visoku otpornost na koroziju, dobru obradivost i točkastu zavarljivost. Koriste se za izradu kritičnih struktura za zrakoplove, teška vozila, vojnu opremu.

Aluminijske veze za zrakoplove

Zavarivanje zrakoplovnih legura izvodi se isključivo u zaštitnom okruženju inertnih plinova. Poželjni plinovi su: helij, argon ili njihova mješavina. Helij ima veću toplinsku vodljivost. To određuje povoljnije temperaturne pokazatelje okoline zavarivanja, što omogućuje prilično udobno povezivanje konstrukcijskih elemenata debelih stijenki. Korištenje mješavine zaštitnih plinova pridonosi potpunijem uklanjanju plina. U ovom slučaju, vjerojatnost stvaranja pora u zavaru je značajno smanjena.

Prijave za zrakoplove

Zrakoplovne aluminijske legure izvorno su stvorene posebno za izradu zrakoplovne opreme. Od njih se izrađuju karoserije zrakoplova, dijelovi motora, šasije, spremnici goriva, pričvrsni elementi itd. U unutrašnjosti kabine koriste se dijelovi od zrakoplovnog aluminija.

2xxx serije aluminijskih legura koriste se za proizvodnju dijelova izloženih visokim temperaturama. Dijelovi lako opterećenih jedinica, sustava goriva, hidraulike i ulja izrađeni su od legura 3xxx, 5xxx i 6xxx. Najširu primjenu u zrakoplovnoj industriji dobila je legura 7075. Od nje se izrađuju elementi za rad pod značajnim opterećenjem, niskim temperaturama s visokom otpornošću na koroziju. Osnova legure je aluminij, a glavni legirajući elementi su magnezij, cink i bakar. Od njega se izrađuju energetski profili konstrukcija zrakoplova, elementi kože.