Aviation aluminum: mga katangian

2024 May -akda: Howard Calhoun | [email protected]. Huling binago: 2023-12-17 10:43

Dahil sa magaan, ductility at paglaban nito sa corrosion, ang aluminyo ay naging isang kailangang-kailangan na materyal sa maraming industriya. Ang aluminyo sa paglipad ay isang pangkat ng mga haluang metal na nailalarawan sa pamamagitan ng pagtaas ng lakas na may kasamang magnesiyo, silikon, tanso at mangganeso. Ang karagdagang lakas ay ibinibigay sa haluang metal sa tulong ng tinatawag na. "aging effect" - isang espesyal na paraan ng hardening sa ilalim ng impluwensya ng isang agresibong kapaligiran sa atmospera sa loob ng mahabang panahon. Ang haluang metal ay naimbento sa simula ng ika-20 siglo, na tinatawag na duralumin, na ngayon ay kilala rin bilang "avial".

Kahulugan. Makasaysayang iskursiyon

Ang simula ng kasaysayan ng aviation aluminum alloys ay itinuturing na 1909. Ang German metalurgical engineer na si Alfred Wilm ay eksperimento na itinatag na kung ang isang aluminyo na haluang metal na may bahagyang pagdaragdag ng tanso, mangganeso at magnesiyo pagkatapos ng pagsusubo sa temperatura na 500 ° C at mabilis na paglamig ay pinananatili sa temperatura na 20-25 degrees para sa 4-5 na araw, ito ay unti-unting nagiging mas mahirap at mas malakas nang hindi nawawala ang ductility. Ang pamamaraan ay tinatawag na "pagtanda" o "pagkahinog". Sa proseso ng naturang pagpapatigas, ang mga atomo ng tanso ay pumupunomaraming maliliit na zone sa mga hangganan ng butil. Ang diameter ng copper atom ay mas maliit kaysa sa aluminyo, samakatuwid, lumilitaw ang isang compressive stress, bilang isang resulta kung saan ang lakas ng materyal ay tumataas.

Sa unang pagkakataon, pinagkadalubhasaan ang haluang metal sa mga pabrika ng Aleman na Dürener Metallwerken at natanggap ang trademark na Dural, kaya tinawag na "duralumin". Kasunod nito, pinahusay ng mga metallurgist ng Amerikano na sina R. Archer at V. Jafris ang komposisyon sa pamamagitan ng pagbabago ng porsyento, pangunahin ng magnesiyo. Ang bagong haluang metal ay pinangalanang 2024, na malawakang ginagamit sa iba't ibang mga pagbabago kahit ngayon, at ang buong pamilya ng mga haluang metal ay tinatawag na Avial. Tinanggap ng haluang ito ang pangalang "aviation aluminum" halos kaagad pagkatapos nitong matuklasan, dahil ganap nitong pinalitan ang kahoy at metal sa mga istruktura ng sasakyang panghimpapawid.

Mga pangunahing uri at katangian

May tatlong pangunahing pangkat:

• Aluminum-manganese (Al-Mn) at aluminum-magnesium (Al-Mg) na pamilya. Ang pangunahing katangian ay mataas na paglaban sa kaagnasan, halos mas mababa sa purong aluminyo. Ang ganitong mga haluang metal ay nagpapahiram ng kanilang sarili sa paghihinang at hinang, ngunit hindi maganda ang pagputol. Hindi tumigas ng heat treatment.
• Corrosion-resistant alloys ng aluminum-magnesium-silicon (Al-Mg-Si) system. Ang mga ito ay pinatigas ng paggamot sa init, ibig sabihin, pagpapatigas sa temperatura na 520 ° C, na sinusundan ng mabilis na paglamig na may tubig at natural na pag-iipon para sa mga 10 araw. Ang isang natatanging katangian ng pangkat ng mga materyales na ito ay ang kanilang mataas na resistensya sa kaagnasan sa panahon ng operasyon sa ilalim ng normal na mga kondisyon at sa ilalim ng stress.
• Structural aluminum-copper-magnesium alloys (Al-Cu-Mg). Ang kanilang batayan ay aluminyo na pinaghalo na may tanso, mangganeso at magnesiyo. Sa pamamagitan ng pagpapalit ng mga proporsyon ng mga elemento ng alloying, nakukuha ang aircraft-grade aluminum, na maaaring mag-iba ang mga katangian.

Ang mga materyales ng huling grupo ay may magagandang mekanikal na katangian, ngunit mas madaling kapitan ng kaagnasan kaysa sa una at pangalawang pamilya ng mga haluang metal. Ang antas ng pagkamaramdamin sa kaagnasan ay depende sa uri ng paggamot sa ibabaw, na kailangan pa ring protektahan ng pintura o anodizing. Bahagyang nadaragdagan ang resistensya ng kaagnasan sa pamamagitan ng pagpasok ng manganese sa komposisyon ng haluang metal.

Bilang karagdagan sa tatlong pangunahing uri ng mga haluang metal, mayroon ding mga forging alloy, lumalaban sa init, mataas na lakas na istruktura at iba pang mga haluang metal na may mga katangiang kinakailangan para sa isang partikular na aplikasyon.

Pagmarka ng mga haluang metal ng aviation

Sa mga internasyonal na pamantayan, ang unang digit ng aviation aluminum marking ay nagpapahiwatig ng mga pangunahing elemento ng alloying ng haluang metal:

• 1000 - purong aluminyo.
• 2000 - mga duralumin, mga haluang metal na pinaghalo sa tanso. Sa isang tiyak na panahon - ang pinaka-karaniwang aerospace haluang metal. Mas pinapalitan ng 7000 series na alloy dahil sa mataas na susceptibility sa stress corrosion cracking.
• 3000 - alloying element - manganese.
• 4000 - alloying element - silicon. Ang mga haluang metal ay kilala rin bilang mga silumin.
• 5000 - alloying element - magnesium.
• Ang 6000 ay ang pinaka-ductile na haluang metal. Ang mga magkakahalo na elemento ay magnesiyo at silikon. Maaaring patigasin ng init upang madagdagan ang lakas, ngunit itoang parameter ay mas mababa sa 2000 at 7000 series.
• 7000 - mga haluang metal na pinatigas ng thermally, ang pinakamatibay na aviation aluminum. Ang mga pangunahing elemento ng alloying ay zinc at magnesium.

Ang pangalawang digit ng pagmamarka ay ang serial number ng pagbabago ng aluminum alloy pagkatapos ng orihinal - ang numerong "0". Ang huling dalawang digit ay ang bilang ng haluang metal mismo, impormasyon tungkol sa kadalisayan nito sa pamamagitan ng mga impurities. Kung ang haluang metal ay naranasan, ang ikalimang "X" ay idaragdag sa pagmamarka.

Ngayon, ang pinakakaraniwang mga grado ng aviation aluminum: 1100, 2014, 2017, 3003, 2024, 2219, 2025, 5052, 5056. Ang mga natatanging tampok ng mga haluang ito ay: liwanag, ductility, mahusay na lakas ng friction, kaagnasan at mataas na pagkarga. Sa industriya ng sasakyang panghimpapawid, ang pinakamalawak na ginagamit na mga haluang metal ay 6061 at 7075 na aluminyo ng sasakyang panghimpapawid.

Komposisyon

Ang mga pangunahing elemento ng alloying ng aviation aluminum ay: copper, magnesium, silicon, manganese, zinc. Ang porsyento ng mga elementong ito ayon sa timbang sa haluang metal ay tinutukoy ng mga katangian tulad ng lakas, kakayahang umangkop, paglaban sa mekanikal na stress, atbp. Ang base ng haluang metal ay aluminyo, ang mga pangunahing elemento ng alloying ay tanso (2.2-5.2% ng timbang), magnesium (0. 2-2.7%) at manganese (0.2-1%).

Isang pamilya ng aviation alloys ng aluminum na may silicon (4-13% ayon sa timbang) na may maliit na nilalaman ng iba pang alloying elements - copper, manganese, magnesium, zinc, titanium, beryllium. Ginagamit upang gumawa ng mga kumplikadong bahagi, na kilala rin bilang silumin o cast aluminum alloy. pamilya ng aluminyo-magnesium haluang metal(1-13% mass) kasama ng iba pang elemento ay may mataas na ductility at corrosion resistance.

Ang papel ng tanso sa aluminyo ng sasakyang panghimpapawid

Ang pagkakaroon ng tanso sa komposisyon ng haluang metal ng aviation ay nakakatulong sa pagtigas nito, ngunit sa parehong oras ay may masamang epekto sa resistensya ng kaagnasan nito. Ang pag-drop out sa mga hangganan ng butil sa panahon ng proseso ng pagsusubo, ginagawa ng tanso ang haluang metal na madaling kapitan sa pitting, stress corrosion, at intergranular corrosion. Ang mga lugar na mayaman sa tanso ay mas galvanically cathodic kaysa sa nakapalibot na aluminum matrix at samakatuwid ay mas mahina sa galvanic corrosion. Ang pagtaas sa nilalaman ng tanso sa masa ng haluang metal hanggang sa 12% ay nagpapataas ng mga katangian ng lakas dahil sa pagpapalakas ng pagpapakalat sa panahon ng pagtanda. Sa nilalamang tanso na higit sa 12%, nagiging malutong ang haluang metal.

Mga lugar ng aplikasyon

Ang mga aluminyo na haluang metal ay ang pinaka hinahangad na metal para sa pagbebenta. Ang magaan na bigat ng aircraft-grade aluminum at ang lakas nito ay ginagawang magandang pagpipilian ang haluang ito para sa maraming industriya mula sa sasakyang panghimpapawid hanggang sa mga gamit sa bahay (mga mobile phone, headphone, flashlight). Ginagamit ang mga aluminyo na haluang metal sa paggawa ng barko, sasakyan, konstruksyon, transportasyon sa riles, at industriyang nuklear.

Ang mga haluang metal na may katamtamang nilalamang tanso ay malawakang hinihiling (2014, 2024 atbp.). Ang mga profile na gawa sa mga haluang ito ay may mataas na resistensya sa kaagnasan, mahusay na machinability, at spot weldability. Ginagamit ang mga ito sa paggawa ng mga kritikal na istruktura para sa sasakyang panghimpapawid, mabibigat na sasakyan, kagamitang militar.

Mga feature ng koneksyon sa aluminyo na grade-aircraft

Ang welding ng aviation alloys ay isinasagawa ng eksklusibo sa isang proteksiyon na kapaligiran ng mga inert na gas. Ang mga ginustong gas ay: helium, argon o isang halo nito. Ang helium ay may mas mataas na thermal conductivity. Tinutukoy nito ang mas kanais-nais na mga tagapagpahiwatig ng temperatura ng kapaligiran ng hinang, na ginagawang posible na kumportable na kumonekta sa mga elemento ng istruktura na may makapal na pader. Ang paggamit ng pinaghalong mga proteksiyon na gas ay nag-aambag sa isang mas kumpletong pag-alis ng gas. Sa kasong ito, ang posibilidad na magkaroon ng pore formation sa weld ay makabuluhang nabawasan.

Mga application ng eroplano

Aviation aluminum alloys ay orihinal na espesyal na nilikha para sa pagtatayo ng mga kagamitan sa paglipad. Ang mga katawan ng sasakyang panghimpapawid, mga bahagi ng makina, chassis, mga tangke ng gasolina, mga fastener, atbp. ay ginawa mula sa mga ito. Ginagamit ang mga piyesa ng aluminyo sa paglipad sa loob ng cabin.

2xxx series aluminum alloys ay ginagamit para sa paggawa ng mga bahaging nakalantad sa mataas na temperatura. Ang mga bahagi ng mga lightly loaded na unit, fuel, hydraulic at oil system ay gawa sa 3xxx, 5xxx at 6xxx alloys. Ang Alloy 7075 ay nakatanggap ng pinakamalawak na aplikasyon sa industriya ng sasakyang panghimpapawid. Ang mga elemento ay ginawa mula dito para sa operasyon sa ilalim ng makabuluhang pagkarga, mababang temperatura na may mataas na pagtutol sa kaagnasan. Ang batayan ng haluang metal ay aluminyo, at ang mga pangunahing elemento ng haluang metal ay magnesiyo, sink at tanso. Ang mga power profile ng mga istruktura ng sasakyang panghimpapawid, mga elemento ng balat ay ginawa mula dito.