Αλουμίνιο αεροπορίας: χαρακτηριστικά

2025 Συγγραφέας: Howard Calhoun | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2025-01-24 13:14

Λόγω της ελαφρότητας, της ολκιμότητας και της αντοχής του στη διάβρωση, το αλουμίνιο έχει γίνει απαραίτητο υλικό σε πολλές βιομηχανίες. Το αεροπορικό αλουμίνιο είναι μια ομάδα κραμάτων που χαρακτηρίζεται από αυξημένη αντοχή με τη συμπερίληψη μαγνησίου, πυριτίου, χαλκού και μαγγανίου. Πρόσθετη αντοχή δίνεται στο κράμα με τη βοήθεια του λεγόμενου. "φαινόμενο γήρανσης" - μια ειδική μέθοδος σκλήρυνσης υπό την επίδραση ενός επιθετικού ατμοσφαιρικού περιβάλλοντος για μεγάλο χρονικό διάστημα. Το κράμα εφευρέθηκε στις αρχές του 20ου αιώνα, που ονομαζόταν duralumin, τώρα γνωστό και ως "avial".

Ορισμός. Ιστορική εκδρομή

Η αρχή της ιστορίας των αεροπορικών κραμάτων αλουμινίου θεωρείται το 1909. Ο Γερμανός μεταλλουργός μηχανικός Alfred Wilm διαπίστωσε πειραματικά ότι εάν ένα κράμα αλουμινίου με ελαφρά προσθήκη χαλκού, μαγγανίου και μαγνησίου μετά από σβήσιμο σε θερμοκρασία 500 ° C και ταχεία ψύξη διατηρείται σε θερμοκρασία 20-25 βαθμών για 4-5 ημέρες, σταδιακά γίνεται σκληρότερο και πιο δυνατό χωρίς να χάνει την ολκιμότητα. Η διαδικασία ονομάστηκε «γήρανση» ή «ωρίμανση». Στη διαδικασία μιας τέτοιας σκλήρυνσης, γεμίζουν άτομα χαλκούπολλές μικροσκοπικές ζώνες στα όρια των κόκκων. Η διάμετρος του ατόμου του χαλκού είναι μικρότερη από αυτή του αλουμινίου, επομένως, εμφανίζεται μια θλιπτική τάση, με αποτέλεσμα να αυξάνεται η αντοχή του υλικού.

Για πρώτη φορά, το κράμα κατασκευάστηκε στα γερμανικά εργοστάσια Dürener Metallwerken και έλαβε το εμπορικό σήμα Dural, εξ ου και το όνομα "duralumin". Στη συνέχεια, οι Αμερικανοί μεταλλουργοί R. Archer και V. Jafris βελτίωσαν τη σύνθεση αλλάζοντας το ποσοστό, κυρίως του μαγνησίου. Το νέο κράμα ονομάστηκε 2024, το οποίο χρησιμοποιείται ευρέως σε διάφορες τροποποιήσεις ακόμη και τώρα, και ολόκληρη η οικογένεια των κραμάτων ονομάζεται Avial. Αυτό το κράμα έλαβε το όνομα «αεροπορικό αλουμίνιο» σχεδόν αμέσως μετά την ανακάλυψή του, καθώς αντικατέστησε πλήρως το ξύλο και το μέταλλο στις κατασκευές αεροσκαφών.

Κύριοι τύποι και χαρακτηριστικά

Υπάρχουν τρεις κύριες ομάδες:

• Οικογένειες αλουμινίου-μαγγανίου (Al-Mn) και αλουμινίου-μαγνήσιου (Al-Mg). Το κύριο χαρακτηριστικό είναι η υψηλή αντοχή στη διάβρωση, ελάχιστα κατώτερη από το καθαρό αλουμίνιο. Τέτοια κράματα προσφέρονται καλά για συγκόλληση και συγκόλληση, αλλά είναι κακώς κομμένα. Δεν σκληραίνει με θερμική επεξεργασία.
• Ανθεκτικά στη διάβρωση κράματα του συστήματος αλουμινίου-μαγνήσιου-πυριτίου (Al-Mg-Si). Σκληρύνονται με θερμική επεξεργασία, δηλαδή, σκλήρυνση σε θερμοκρασία 520 ° C, ακολουθούμενη από γρήγορη ψύξη με νερό και φυσική παλαίωση για περίπου 10 ημέρες. Ένα ιδιαίτερο χαρακτηριστικό αυτής της ομάδας υλικών είναι η υψηλή αντοχή τους στη διάβρωση κατά τη λειτουργία υπό κανονικές συνθήκες και υπό πίεση.
• Δομικά κράματα αλουμινίου-χαλκού-μαγνησίου (Al-Cu-Mg). Η βάση τους είναι το κράμα αλουμινίου με χαλκό, μαγγάνιο και μαγνήσιο. Με την αλλαγή των αναλογιών των στοιχείων κράματος, λαμβάνεται αλουμίνιο αεροσκάφους, τα χαρακτηριστικά του οποίου μπορεί να διαφέρουν.

Τα υλικά της τελευταίας ομάδας έχουν καλές μηχανικές ιδιότητες, αλλά είναι πολύ ευαίσθητα στη διάβρωση από την πρώτη και τη δεύτερη οικογένεια κραμάτων. Ο βαθμός ευαισθησίας στη διάβρωση εξαρτάται από τον τύπο της επιφανειακής επεξεργασίας, η οποία πρέπει ακόμα να προστατεύεται με βαφή ή ανοδίωση. Η αντοχή στη διάβρωση αυξάνεται εν μέρει με την εισαγωγή μαγγανίου στη σύνθεση του κράματος.

Εκτός από τους τρεις κύριους τύπους κραμάτων, υπάρχουν επίσης κράματα σφυρηλάτησης, ανθεκτικά στη θερμότητα, δομικά κράματα υψηλής αντοχής και άλλα κράματα που έχουν τις απαραίτητες ιδιότητες για μια συγκεκριμένη εφαρμογή.

Σήμανση αεροπορικών κραμάτων

Στα διεθνή πρότυπα, το πρώτο ψηφίο της σήμανσης αεροπορικού αλουμινίου υποδεικνύει τα κύρια στοιχεία κράματος του κράματος:

• 1000 - καθαρό αλουμίνιο.
• 2000 - ντουραλουμίνες, κράματα σε κράμα χαλκού. Σε μια ορισμένη περίοδο - το πιο κοινό κράμα αεροδιαστημικής. Αντικαθίσταται ολοένα και περισσότερο από κράματα της σειράς 7000 λόγω της υψηλής ευαισθησίας σε ρωγμές λόγω διάβρωσης λόγω καταπόνησης.
• 3000 - στοιχείο κράματος - μαγγάνιο.
• 4000 - στοιχείο κράματος - πυρίτιο. Τα κράματα είναι επίσης γνωστά ως σιλουμίνες.
• 5000 - στοιχείο κράματος - μαγνήσιο.
• Τα 6000 είναι τα πιο όλκιμα κράματα. Στοιχεία κράματος είναι το μαγνήσιο και το πυρίτιο. Μπορεί να σκληρυνθεί με θερμότητα για να αυξήσει την αντοχή, αλλά αυτόη παράμετρος είναι κατώτερη από τις σειρές 2000 και 7000.
• 7000 - θερμικά σκληρυμένα κράματα, το πιο ανθεκτικό αλουμίνιο της αεροπορίας. Τα κύρια στοιχεία κραμάτων είναι ο ψευδάργυρος και το μαγνήσιο.

Το δεύτερο ψηφίο της σήμανσης είναι ο σειριακός αριθμός της τροποποίησης του κράματος αλουμινίου μετά το αρχικό - ο αριθμός "0". Τα τελευταία δύο ψηφία είναι ο αριθμός του ίδιου του κράματος, πληροφορίες σχετικά με την καθαρότητά του από ακαθαρσίες. Εάν το κράμα είναι έμπειρο, προστίθεται ένα πέμπτο "Χ" στη σήμανση.

Σήμερα, οι πιο συνηθισμένες ποιότητες αεροπορικού αλουμινίου: 1100, 2014, 2017, 3003, 2024, 2219, 2025, 5052, 5056. Χαρακτηριστικά αυτών των κραμάτων είναι: ελαφρότητα, αντοχή στην τριβή,, διάβρωση και υψηλά φορτία. Στη βιομηχανία αεροσκαφών, τα πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα κράματα είναι το αλουμίνιο αεροσκαφών 6061 και 7075.

Σύνθεση

Τα κύρια στοιχεία κράματος του αεροπορικού αλουμινίου είναι: χαλκός, μαγνήσιο, πυρίτιο, μαγγάνιο, ψευδάργυρος. Το ποσοστό αυτών των στοιχείων κατά βάρος στο κράμα καθορίζεται από χαρακτηριστικά όπως αντοχή, ευκαμψία, αντοχή σε μηχανικές καταπονήσεις κ.λπ. Η βάση του κράματος είναι αλουμίνιο, τα κύρια στοιχεία κράματος είναι ο χαλκός (2,2-5,2% κατά βάρος). μαγνήσιο (0, 2-2,7%) και μαγγάνιο (0,2-1%).

Μια οικογένεια αεροπορικών κραμάτων αλουμινίου με πυρίτιο (4-13% κατά βάρος) με μικρή περιεκτικότητα σε άλλα κράματα - χαλκό, μαγγάνιο, μαγνήσιο, ψευδάργυρο, τιτάνιο, βηρύλλιο. Χρησιμοποιείται για την κατασκευή σύνθετων εξαρτημάτων, γνωστά και ως σιλουμίνιο ή χυτό κράμα αλουμινίου. οικογένεια κράματος αλουμινίου-μαγνήσιου(1-13% μάζα) με άλλα στοιχεία έχουν υψηλή ολκιμότητα και αντοχή στη διάβρωση.

Ο ρόλος του χαλκού στο αλουμίνιο αεροσκαφών

Η παρουσία χαλκού στη σύνθεση του αεροπορικού κράματος συμβάλλει στη σκλήρυνσή του, αλλά ταυτόχρονα έχει άσχημη επίδραση στην αντοχή του στη διάβρωση. Πέφτοντας στα όρια των κόκκων κατά τη διάρκεια της διαδικασίας σβέσης, ο χαλκός καθιστά το κράμα ευαίσθητο σε διάβρωση, διάβρωση λόγω τάσης και διακοκκώδη διάβρωση. Οι πλούσιες σε χαλκό περιοχές είναι πιο καθοδικά γαλβανικά από την περιβάλλουσα μήτρα αλουμινίου και επομένως είναι πιο ευάλωτες στη γαλβανική διάβρωση. Η αύξηση της περιεκτικότητας σε χαλκό στη μάζα του κράματος έως και 12% αυξάνει τις ιδιότητες αντοχής λόγω της ενίσχυσης της διασποράς κατά τη γήρανση. Με περιεκτικότητα σε χαλκό μεγαλύτερη από 12%, το κράμα γίνεται εύθραυστο.

Περιοχές εφαρμογής

Τα κράματα αλουμινίου είναι το πιο περιζήτητο μέταλλο προς πώληση. Το μικρό βάρος του αλουμινίου για αεροσκάφη και η αντοχή του καθιστούν αυτό το κράμα μια καλή επιλογή για πολλές βιομηχανίες, από αεροσκάφη μέχρι είδη οικιακής χρήσης (κινητά τηλέφωνα, ακουστικά, φακοί). Τα κράματα αλουμινίου χρησιμοποιούνται στη ναυπηγική, την αυτοκινητοβιομηχανία, τις κατασκευές, τις σιδηροδρομικές μεταφορές και την πυρηνική βιομηχανία.

Τα κράματα με μέτρια περιεκτικότητα σε χαλκό έχουν μεγάλη ζήτηση (2014, 2024 κ.λπ.). Τα προφίλ που κατασκευάζονται από αυτά τα κράματα έχουν υψηλή αντοχή στη διάβρωση, καλή μηχανική ικανότητα και δυνατότητα συγκόλλησης σε σημεία. Χρησιμοποιούνται για την κατασκευή κρίσιμων κατασκευών για αεροσκάφη, βαρέα οχήματα, στρατιωτικό εξοπλισμό.

Λειτουργίες σύνδεσης αλουμινίου για αεροσκάφη

Η συγκόλληση αεροπορικών κραμάτων πραγματοποιείται αποκλειστικά σε προστατευτικό περιβάλλον αδρανών αερίων. Τα προτιμώμενα αέρια είναι: ήλιο, αργό ή μίγμα αυτών. Το ήλιο έχει υψηλότερη θερμική αγωγιμότητα. Αυτό καθορίζει πιο ευνοϊκούς δείκτες θερμοκρασίας του περιβάλλοντος συγκόλλησης, γεγονός που καθιστά δυνατή την αρκετά άνετη σύνδεση δομικών στοιχείων με παχύ τοίχωμα. Η χρήση ενός μείγματος προστατευτικών αερίων συμβάλλει στην πληρέστερη απομάκρυνση του αερίου. Σε αυτή την περίπτωση, η πιθανότητα σχηματισμού πόρων στη συγκόλληση μειώνεται σημαντικά.

Εφαρμογές αεροσκαφών

Τα κράματα αλουμινίου της αεροπορίας δημιουργήθηκαν αρχικά ειδικά για την κατασκευή εξοπλισμού αεροπορίας. Από αυτά κατασκευάζονται αμαξώματα αεροσκαφών, εξαρτήματα κινητήρα, σασί, δεξαμενές καυσίμων, συνδετήρες κ.λπ. Στο εσωτερικό της καμπίνας χρησιμοποιούνται εξαρτήματα αλουμινίου αεροσκαφών.

Τα κράματα αλουμινίου της σειράς 2xxx χρησιμοποιούνται για την παραγωγή εξαρτημάτων που εκτίθενται σε υψηλές θερμοκρασίες. Τα μέρη των μονάδων ελαφρού φορτίου, τα καύσιμα, τα υδραυλικά συστήματα και τα συστήματα λαδιού είναι κατασκευασμένα από κράματα 3xxx, 5xxx και 6xxx. Το κράμα 7075 έχει λάβει την ευρύτερη εφαρμογή στη βιομηχανία αεροσκαφών. Από αυτό κατασκευάζονται στοιχεία για λειτουργία υπό σημαντικό φορτίο, χαμηλές θερμοκρασίες με υψηλή αντοχή στη διάβρωση. Η βάση του κράματος είναι το αλουμίνιο και τα κύρια κράματα είναι το μαγνήσιο, ο ψευδάργυρος και ο χαλκός. Από αυτό κατασκευάζονται προφίλ ισχύος δομών αεροσκαφών, στοιχεία δέρματος.