Szczególne miejsca zastosowania i wymagania dotyczące materiałów ze stopu aluminium dla przemysłu lotniczego

Stop aluminium lotniczego jest materiałem szkieletowym do produkcji samolotów i pojazdów lotniczych. Dzięki ciągłemu doskonaleniu wymagań dotyczących osiągów lotu, ładowności, zużycia paliwa, żywotności i niezawodności bezpieczeństwa we współczesnym projektowaniu i produkcji samolotów, coraz wyższe wymagania zostały wysunięte dla kompleksowej wydajności i efektu redukcji konstrukcji ze stopów aluminium. Wykorzystanie dużych materiałów ze stopu aluminium do frezowania CNC do produkcji integralnych elementów konstrukcyjnych ze stopu aluminium, zastępując tradycyjną kombinację wielu elementów ze stopu aluminium, może nie tylko osiągnąć znaczną redukcję masy i poprawić niezawodność procesu serwisowego, ale także zmniejszyć procesy montażu samolotów i koszty produkcji.

Ta zaawansowana metoda projektowania i produkcji nakłada bardzo surowe wymagania na materiały ze stopów aluminium: maksymalna grubość odkuwek ze stopu aluminium lub wstępnie naprężonych płyt często musi osiągnąć 150mm lub więcej, a kompleksowa wydajność komponentów o różnych grubościach jest wysoce jednolita. Jednocześnie musi mieć doskonałą wytrzymałość plastyczności na pękanie odporność na zmęczenie, odporność na korozję naprężeniową i dopasowanie odporności na korozję obierania.

Aluminium jest używane jako główny materiał pędny dla stałych dopalaczy rakietowych w promach kosmicznych ze względu na dużą gęstość energii i trudności w przypadkowym zapłonie.

Płyty ze stopu aluminium są stosowane w wielu zastosowaniach lotniczych, o złożoności i wymaganiach wydajnościowych, od prostych komponentów po główne konstrukcje nośne samolotów, takie jak Airbus A340 i Boeing 777.

Przemysł lotniczy i lotniczy od dawna polegają na stopach aluminium. Jeśli stop aluminium nie zostanie użyty w silniku, pierwszy samolot nigdy nie będzie mógł latać. Sztuczne satelity są wykonane z aluminium, dzięki czemu mogą przetrwać proces przekraczania naszej gorącej atmosfery zewnętrznej i wchodzenia w przestrzeń. Nawet dzisiaj NASA nadal wykorzystuje aluminiowe materiały hybrydowe litowo w zaawansowanych statkach kosmicznych Orion.

Niezależnie od tego, czy projektujesz komercyjne samoloty, czy konstruujesz precyzyjne promy kosmiczne, stop aluminium jest kluczowym materiałem. Stop aluminium jest najczęściej stosowany w produkcji kadłuba, skrzydeł i konstrukcji wsporczych, przynosząc szereg korzyści samolotom i inżynierii lotów kosmicznych.

Stopy aluminium stosowane w przemyśle lotniczym są używane do obsługi warunków poniżej zerowej temperatury spotykanej w kosmicznej próżni kriogenicznej. Z drugiej strony stopy aluminium stosowane w produkcji samolotów mają trwałość i odporność na różne rodzaje korozji. Wysoka stabilność tych stopów sprawia, że są one idealnym wyborem dla elementów mechanicznych, które również korzystają z wysokiej przewodności aluminium.

Zastosowanie aluminium w lotnictwie

Aluminium jest szeroko stosowane w samolotach, głównie jako elementy konstrukcyjne. Stop aluminium, ze względu na wysoką wytrzymałość właściwą, dobrą odkształcalność i wydajność przetwarzania, jest głównym materiałem konstrukcyjnym samolotu, takim jak skóra, rama, śmigło, zbiornik paliwa, panel ścienny, i wsparcie podwozia. Aluminiowy współczynnik konwersji różnych modeli samolotów może się znacznie różnić, na przykład udział materiałów ze stopu aluminium w Boeing 737 może osiągnąć 81%, podczas gdy udział materiałów ze stopu aluminium w Boeing 787 wynosi 20% ze względu na zastosowanie dużej liczby materiałów kompozytowych.

Aluminium stosowane w lotnictwie jest głównie wykonane ze zdeformowanego aluminium, o stosunkowo niskim udziale odlewanych materiałów. Średnio płaskie materiały walcowane stanowią około 60% zużycia aluminium w samolotach, materiały wytłaczane (rury, pręty, profile i druty) stanowią około 28%, odkuwki stanowią około 7%, a castingi stanowią około 5%.

Zgodnie z klasyfikacją składu stopu aluminium lotnicze składa się głównie z serii 2 i serii 7. Stopy aluminium używane do budowy dużych samolotów w różnych krajach na całym świecie to głównie seria 2 o wysokiej wytrzymałości (2024, 2224, 2324, 2424, 2524 itd.) i ultra-wysokiej wytrzymałości serii 7 (7075, 7475, 7050, 7150, 7055, 7085 itp.), Stanowi odpowiednio około 38% i 45% udziału materiałów aluminiowych w samolotach cywilnych.

Ludzie przeprowadzili dogłębne i systematyczne badania nad składem i metodami syntezy, walcowaniem/wytłaczaniem/kuciem/obróbką cieplnąProcesy, obróbka części, charakterystyka wydajności materiałowej i strukturalnej stopów aluminium stosowanych w przemyśle lotniczym. Rozwój produktów materialnych utworzył serię, a szereg znaczących osiągnięć zostało dokonanych w aplikacji. Zwłaszcza od późnych lat 80. XX wieku, wraz ze stopniowym tworzeniem kryteriów tolerancji na uszkodzenia i trwałości dla samolotów, postawiono wyższe wymagania dotyczące kompleksowego działania materiałów, takich jak wytrzymałość, odporność na pękanie, odporność na korozję i odporność na zmęczenie. Obecnym kierunkiem rozwoju stopów aluminium jest opracowanie grubych materiałów płytowych o niskim naprężeniu wewnętrznym, a duża liczba grubych płyt jest wykorzystywana w procesie produkcyjnym, aby osiągnąć tworzenie integralnych elementów konstrukcyjnych, zastąpienie wcześniej zmontowanych komponentów wieloma częściami (Rysunek 2). Powszechne przyjęcie dużych integralnych konstrukcji paneli ściennych stało się ważnym środkiem dla nowej generacji samolotów w celu poprawy wydajności strukturalnej, zmniejszenia liczby części, obniżenia kosztów i skrócenia cykli rozwoju. Po przyjęciu integralnych wzmocnionych paneli ściennych w samolocie Boeing B747 liczba części spadła ze 129 do 7, co spowodowało redukcję kosztów o 25%. Żywotność propagacji pęknięć i wytrzymałość resztkowa wzrosły trzykrotnie.

Samolot pierwszej generacji, materiały pierwszej generacji, aluminium lotnicze rozwinęło się do materiału ze stopu aluminium trzeciej generacji reprezentowanego przez stop aluminium litowy. Rozwój aluminium lotniczego ma trzy etapy: pierwszy etap trwał od lat 30. do 60. Stop aluminium serii 2 sprawił, że wszystkie metalowe samoloty stały się głównym nurtem, podczas gdy stop aluminium serii 7, reprezentowany przez wczesny 7075, umożliwił samolotom pasażerskim latanie w stratosferze, z reprezentatywnymi modelami DC-3, B-29 i 70; Drugi etap trwał od lat 60. do 90. Kiedy opracowano serię nowych stopów aluminium serii 7, takich jak 7050 i 7055, które poprawiły specyficzną wytrzymałość, biorąc pod uwagę właściwości zmęczeniowe. Reprezentatywnymi modelami były seria A300 i 777; Trzeci etap trwa od 2000 roku do chwili obecnej. W konkurencji materiałów kompozytowych stopy aluminium trzeciej generacji reprezentowane przez aluminiowe stopy litowe są coraz częściej przyjmowane przez nowe modele samolotów, w tym A220, chiński C919 itp. Reprezentatywne marki to Kenlian 2050 i 2196, a także Alcoa 2099 i 2397. Oprócz aluminiowych stopów litu, kompozyty na bazie aluminium i stopy aluminium formowane superplastycznie są również kluczowymi kierunkami badań dla aluminium lotniczego.