Letalski aluminij: značilnosti

2024 Avtor: Howard Calhoun | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2023-12-17 10:40

Zaradi svoje lahkosti, duktilnosti in odpornosti proti koroziji je aluminij postal nepogrešljiv material v številnih panogah. Letalski aluminij je skupina zlitin, za katere je značilna povečana trdnost z vključitvijo magnezija, silicija, bakra in mangana. Dodatno trdnost daje zlitini s pomočjo t.i. "učinek staranja" - posebna metoda utrjevanja pod vplivom agresivnega atmosferskega okolja za dolgo časa. Zlitina je bila izumljena na začetku 20. stoletja, imenovana duralumin, zdaj znana tudi kot "avialna".

Definicija. Zgodovinski izlet

Začetek zgodovine letalskih aluminijevih zlitin se šteje za leto 1909. Nemški metalurški inženir Alfred Wilm je eksperimentalno ugotovil, da če se aluminijeva zlitina z rahlim dodatkom bakra, mangana in magnezija po gašenju pri temperaturi 500 ° C in hitrem hlajenju vzdržuje pri temperaturi 20-25 stopinj 4-5 dni, postopoma postaja trši in močnejši, ne da bi pri tem izgubil duktilnost. Postopek se je imenoval "staranje" ali "zorenje". V procesu takšnega utrjevanja se napolnijo atomi bakraveliko drobnih con na mejah zrn. Premer atoma bakra je manjši od premera aluminija, zato se pojavi tlačna napetost, zaradi katere se poveča trdnost materiala.

Prvič je bila zlitina obvladana v nemških tovarnah Dürener Metallwerken in prejela blagovno znamko Dural, od tod tudi ime "duralumin". Kasneje sta ameriška metalurga R. Archer in V. Jafris izboljšala sestavo s spremembo odstotka, predvsem magnezija. Nova zlitina je dobila ime 2024, ki se v različnih modifikacijah pogosto uporablja tudi zdaj, celotna družina zlitin pa se imenuje Avial. Ta zlitina je skoraj takoj po odkritju dobila ime letalski aluminij, saj je v konstrukcijah letal popolnoma nadomestila les in kovino.

Glavne vrste in značilnosti

Obstajajo tri glavne skupine:

• Družini aluminij-mangan (Al-Mn) in aluminij-magnezij (Al-Mg). Glavna značilnost je visoka odpornost proti koroziji, komaj slabša od čistega aluminija. Takšne zlitine so primerne za spajkanje in varjenje, vendar so slabo razrezane. Ni utrjen s toplotno obdelavo.
• Korozijsko odporne zlitine sistema aluminij-magnezij-silicij (Al-Mg-Si). Utrjene so s toplotno obdelavo, in sicer s kaljenjem pri temperaturi 520 °C, čemur sledi hitro hlajenje z vodo in naravno staranje približno 10 dni. Posebnost te skupine materialov je njihova visoka odpornost proti koroziji med delovanjem v normalnih pogojih in pod stresom.
• Konstrukcijske zlitine aluminija, bakra in magnezija (Al-Cu-Mg). Njihova osnova je aluminij, legiran z bakrom, manganom in magnezijem. S spreminjanjem razmerij legirnih elementov dobimo letalski aluminij, katerega značilnosti se lahko razlikujejo.

Materiali zadnje skupine imajo dobre mehanske lastnosti, vendar so zelo občutljivi na korozijo kot prva in druga družina zlitin. Stopnja dovzetnosti za korozijo je odvisna od vrste površinske obdelave, ki jo je treba še zaščititi z barvo ali eloksiranjem. Korozijska odpornost se delno poveča z vnosom mangana v sestavo zlitine.

Poleg treh glavnih vrst zlitin obstajajo tudi kovaške zlitine, toplotno odporne, visoko trdne strukturne in druge zlitine, ki imajo lastnosti, potrebne za določeno uporabo.

Označevanje letalskih zlitin

V mednarodnih standardih prva številka oznake letalskega aluminija označuje glavne legirne elemente zlitine:

• 1000 - čisti aluminij.
• 2000 - duralumin, zlitine, legirane z bakrom. V določenem obdobju - najpogostejša vesoljska zlitina. Vse bolj nadomeščajo zlitine serije 7000 zaradi visoke dovzetnosti za razpoke zaradi korozije.
• 3000 - legirni element - mangan.
• 4000 - legirni element - silicij. Zlitine so znane tudi kot silumini.
• 5000 - legirni element - magnezij.
• 6000 so najbolj duktilne zlitine. Legirna elementa sta magnezij in silicij. Lahko se toplotno utrdi za povečanje trdnosti, vendar toparameter je slabši od serij 2000 in 7000.
• 7000 - termično utrjene zlitine, najbolj trpežen letalski aluminij. Glavna legirna elementa sta cink in magnezij.

Druga številka oznake je serijska številka modifikacije aluminijeve zlitine po originalni - številka "0". Zadnji dve števki sta številka same zlitine, informacija o njeni čistosti po nečistočah. Če je zlitina izkušena, se oznaki doda peti "X".

Danes so najpogostejši razredi letalskega aluminija: 1100, 2014, 2017, 3003, 2024, 2219, 2025, 5052, 5056. Posebnosti teh zlitin so: lahkotnost, zračnost, duktilnost, korozijo in visokimi obremenitvami. V letalski industriji sta najbolj razširjeni zlitine 6061 in 7075 letalski aluminij.

Sestava

Glavni legirni elementi letalskega aluminija so: baker, magnezij, silicij, mangan, cink. Odstotek teh elementov po masi v zlitini določajo lastnosti, kot so trdnost, fleksibilnost, odpornost na mehanske obremenitve itd. Osnova zlitine je aluminij, glavni legirni elementi so baker (2,2-5,2 mas. %), magnezij (0,2-2,7%) in mangan (0,2-1%).

Družina letalskih zlitin aluminija s silicijem (4-13 mas. %) z majhno vsebnostjo drugih legirnih elementov - bakra, mangana, magnezija, cinka, titana, berilija. Uporablja se za izdelavo kompleksnih delov, znanih tudi kot silumin ali lita aluminijeva zlitina. družina aluminij-magnezijevih zlitin(1-13% mase) z drugimi elementi imajo visoko duktilnost in odpornost proti koroziji.

Vloga bakra v letalskem aluminiju

Prisotnost bakra v sestavi letalske zlitine prispeva k njenemu utrjevanju, a hkrati slabo vpliva na njeno odpornost proti koroziji. Baker, ki izpade na mejah zrn med postopkom kaljenja, naredi zlitino občutljivo na korozijo, korozijo pod napetostjo in medgranularno korozijo. Območja, bogata z bakrom, so bolj galvansko katodna kot okoliška aluminijasta matrica in so zato bolj občutljiva na galvansko korozijo. Povečanje vsebnosti bakra v masi zlitine do 12 % poveča trdnostne lastnosti zaradi disperzijske krepitve med staranjem. Z vsebnostjo bakra več kot 12 % zlitina postane krhka.

Območja uporabe

Aluminijeve zlitine so najbolj iskana kovina za prodajo. Zaradi majhne teže letalskega aluminija in njegove trdnosti je ta zlitina dobra izbira za številne industrije, od letal do gospodinjskih predmetov (mobilni telefoni, slušalke, svetilke). Aluminijeve zlitine se uporabljajo v ladjedelništvu, avtomobilski industriji, gradbeništvu, železniškem prometu in jedrski industriji.

Zlitine z zmerno vsebnostjo bakra so zelo zahtevane (2014, 2024 itd.). Profili iz teh zlitin imajo visoko korozijsko odpornost, dobro obdelovalnost in točkovno varjenje. Uporabljajo se za izdelavo kritičnih struktur za letala, težka vozila, vojaško opremo.

Funkcije povezav iz aluminija za letalske kakovosti

Varjenje letalskih zlitin se izvaja izključno v zaščitnem okolju inertnih plinov. Prednostni plini so: helij, argon ali njihova mešanica. Helij ima višjo toplotno prevodnost. To določa ugodnejše temperaturne kazalnike varilnega okolja, kar omogoča precej udobno povezavo debelostenskih konstrukcijskih elementov. Uporaba mešanice zaščitnih plinov prispeva k popolnejši odstranitvi plina. V tem primeru se verjetnost nastanka por v zvaru znatno zmanjša.

Aplikacije za letala

Letalske aluminijeve zlitine so bile prvotno ustvarjene posebej za izdelavo letalske opreme. Iz njih so izdelane karoserije letal, deli motorjev, šasije, rezervoarji za gorivo, pritrdilni elementi itd. V notranjosti kabine se uporabljajo deli iz letalskega aluminija.

2xxx serije aluminijevih zlitin se uporabljajo za proizvodnjo delov, izpostavljenih visokim temperaturam. Deli rahlo obremenjenih agregatov, gorivnih, hidravličnih in oljnih sistemov so izdelani iz zlitin 3xxx, 5xxx in 6xxx. Najširšo uporabo v letalski industriji je dobila zlitina 7075. Iz nje so izdelani elementi za delovanje pri znatnih obremenitvah, nizkih temperaturah z visoko odpornostjo proti koroziji. Osnova zlitine je aluminij, glavni legirni elementi pa so magnezij, cink in baker. Iz nje so izdelani močnostni profili letalskih konstrukcij, kožni elementi.