Repülési alumínium: jellemzők

2024 Szerző: Howard Calhoun | [email protected]. Utoljára módosítva: 2023-12-17 10:30

Könnyűségének, hajlékonyságának és korrózióállóságának köszönhetően az alumínium számos iparágban nélkülözhetetlen anyaggá vált. A repülési alumínium ötvözetek egy csoportja, amelyet fokozott szilárdság jellemez, magnézium, szilícium, réz és mangán bevonásával. További szilárdságot ad az ötvözetnek az ún. "öregedési hatás" - speciális keményedési módszer hosszú ideig tartó agresszív légköri környezet hatására. Az ötvözetet a 20. század elején találták fel, duralumíniumnak, ma "avialnak" is nevezik.

Definíció. Történelmi kirándulás

A repülési alumíniumötvözetek történetének kezdete 1909. Alfred Wilm német kohászmérnök kísérletileg megállapította, hogy ha egy alumíniumötvözetet enyhe réz, mangán és magnézium hozzáadásával 500 °C-os hűtés és gyors hűtés után 20-25 fokos hőmérsékleten tartanak 4-5 napig., fokozatosan keményebbé és erősebbé válik anélkül, hogy elveszítené a rugalmasságát. Az eljárást "öregedésnek" vagy "érésnek" nevezték. Az ilyen keményedés során a rézatomok megtelneksok apró zóna a szemcsehatárokon. A rézatom átmérője kisebb, mint az alumíniumé, ezért nyomófeszültség lép fel, aminek következtében megnő az anyag szilárdsága.

Az ötvözetet először a német Dürener Metallwerken gyárakban sajátították el, és megkapta a Dural védjegyet, innen a „duralumin” elnevezést. Ezt követően R. Archer és V. Jafris amerikai kohászok javították az összetételt a százalékos változtatással, főleg a magnézium esetében. Az új ötvözet a 2024 nevet kapta, amelyet ma is széles körben alkalmaznak különféle módosításokban, az ötvözetek teljes családját pedig Avialnak hívják. Ez az ötvözet szinte azonnal felfedezése után kapta a „repülési alumínium” nevet, mivel teljesen felváltotta a fát és a fémet a repülőgép-szerkezetekben.

Fő típusok és jellemzők

Három fő csoport van:

• Alumínium-mangán (Al-Mn) és alumínium-magnézium (Al-Mg) családok. A fő jellemző a magas korrózióállóság, alig rosszabb, mint a tiszta alumínium. Az ilyen ötvözetek jól forrasztásra és hegesztésre alkalmasak, de rosszul vághatók. Hőkezeléssel nem keményedett.
• Az alumínium-magnézium-szilícium (Al-Mg-Si) rendszer korrózióálló ötvözetei. Hőkezeléssel keményítik, nevezetesen 520 °C-os keményítéssel, majd vízzel történő gyors hűtéssel és körülbelül 10 napig tartó természetes öregítéssel. Ennek az anyagcsoportnak a megkülönböztető jellemzője a nagy korrózióállóságuk normál körülmények között és igénybevétel mellett.
• Strukturális alumínium-réz-magnézium ötvözetek (Al-Cu-Mg). Alapjuk a rézzel, mangánnal és magnéziummal ötvözött alumínium. Az ötvözőelemek arányának megváltoztatásával repülőgép-minőségű alumíniumot kapunk, amelynek jellemzői eltérőek lehetnek.

Az utolsó csoportba tartozó anyagok jó mechanikai tulajdonságokkal rendelkeznek, de erősen érzékenyek a korrózióra, mint az első és második ötvözetcsalád. A korrózióérzékenység mértéke a felületkezelés típusától függ, amelyet még festékkel vagy eloxálással védeni kell. A korrózióállóságot részben növeli, ha mangánt viszünk be az ötvözet összetételébe.

A három fő ötvözettípuson kívül léteznek kovácsolt ötvözetek, hőálló, nagy szilárdságú szerkezeti és egyéb ötvözetek is, amelyek rendelkeznek az adott alkalmazáshoz szükséges tulajdonságokkal.

Légiközlekedési ötvözetek jelölése

A nemzetközi szabványok szerint a repülőgép-alumínium jelölés első számjegye az ötvözet fő ötvözőelemeit jelzi:

• 1000 - tiszta alumínium.
• 2000 - duralumíniumok, rézzel ötvözött ötvözetek. Egy bizonyos időszakban - a leggyakoribb repülőgép-ötvözet. Egyre inkább 7000-es sorozatú ötvözetek váltják fel a feszültségkorróziós repedésekre való nagy érzékenység miatt.
• 3000 - ötvözőelem - mangán.
• 4000 - ötvözőelem - szilícium. Az ötvözetek sziluminokként is ismertek.
• 5000 - ötvözőelem - magnézium.
• A 6000 a leginkább képlékeny ötvözetek. Az ötvözőelemek a magnézium és a szilícium. Az erő növelése érdekében hőkeményíthető, de eza paraméter alacsonyabb a 2000-es és 7000-es sorozatnál.
• 7000 - termikusan edzett ötvözetek, a legtartósabb repülési alumínium. A fő ötvözőelemek a cink és a magnézium.

A jelölés második számjegye az alumíniumötvözet módosításának sorozatszáma az eredeti után - a "0" szám. Az utolsó két számjegy magának az ötvözetnek a száma, a szennyeződések tisztaságára vonatkozó információ. Ha az ötvözet tapasztalható, a jelöléshez egy ötödik „X” kerül.

Ma a repülőgép-alumínium legelterjedtebb minőségei: 1100, 2014, 2017, 3003, 2024, 2219, 2025, 5052, 5056. Ezen ötvözetek megkülönböztető jellemzői: könnyűség, hajlékonyság, jó súrlódási szilárdság, korrózió és nagy terhelés. A repülőgépiparban a legszélesebb körben használt ötvözetek a 6061 és 7075 repülőgépalumínium.

Összetétel

A repülési alumínium fő ötvözőelemei a következők: réz, magnézium, szilícium, mangán, cink. Ezen elemek tömegszázalékát az ötvözetben olyan jellemzők határozzák meg, mint szilárdság, rugalmasság, mechanikai igénybevétellel szembeni ellenállás stb. Az ötvözet alapja alumínium, a fő ötvözőelemek a réz (2,2-5,2 tömeg%), magnézium (0,2-2,7%) és mangán (0,2-1%).

Szilíciummal (4-13 tömegszázalék) készült repülési ötvözetcsalád, amely kis mennyiségű egyéb ötvözőelemet – réz, mangán, magnézium, cink, titán, berillium – tartalmaz. Összetett alkatrészek készítésére használják, más néven szilumin vagy öntött alumíniumötvözet. alumínium-magnézium ötvözet család(1-13 tömeg%) más elemekkel nagy rugalmassággal és korrózióállósággal rendelkeznek.

A réz szerepe a repülőgépalumíniumban

A réz jelenléte a repülési ötvözet összetételében hozzájárul annak keményedéséhez, ugyanakkor rossz hatással van a korrózióállóságára. A réz az oltási folyamat során a szemcsehatároknál kiesik, és érzékenysé teszi az ötvözetet a lyukasztásra, a feszültségkorrózióra és a szemcseközi korrózióra. A rézben gazdag területek galvanikusan katódosabbak, mint a környező alumíniummátrix, ezért érzékenyebbek a galvanikus korrózióra. Az ötvözet tömegének réztartalmának akár 12%-os növelése növeli a szilárdsági tulajdonságokat az öregedés során bekövetkező diszperziós erősödés miatt. 12%-nál nagyobb réztartalommal az ötvözet törékennyé válik.

Alkalmazási területek

Az alumíniumötvözetek a legkeresettebb fémek. A repülőgép-minőségű alumínium könnyű súlya és szilárdsága miatt ez az ötvözet jó választás számos iparág számára a repülőgépektől a háztartási cikkekig (mobiltelefonok, fejhallgatók, zseblámpák). Az alumíniumötvözeteket a hajógyártásban, az autóiparban, az építőiparban, a vasúti közlekedésben és a nukleáris iparban használják.

A mérsékelt réztartalmú ötvözetek széles körben keresettek (2014, 2024 stb.). Az ezekből az ötvözetekből készült profilok nagy korrózióállósággal, jó megmunkálhatósággal és ponthegeszthetőséggel rendelkeznek. Repülőgépek, nehéz járművek és katonai felszerelések kritikus szerkezeteinek készítésére használják.

Repülőgép-minőségű alumínium csatlakozási jellemzők

A repülési ötvözetek hegesztése kizárólag inert gázok védőkörnyezetében történik. Az előnyös gázok a következők: hélium, argon vagy ezek keverékei. A héliumnak nagyobb a hővezető képessége. Ez meghatározza a hegesztési környezet kedvezőbb hőmérsékleti mutatóit, ami lehetővé teszi a vastag falú szerkezeti elemek kényelmes csatlakoztatását. A védőgázok keverékének használata hozzájárul a teljesebb gázelszíváshoz. Ebben az esetben a hegesztési varratban a pórusok kialakulásának valószínűsége jelentősen csökken.

Repülőgépes alkalmazások

A repülési alumíniumötvözetek eredetileg kifejezetten légiközlekedési berendezések gyártásához készültek. Ezekből készülnek a repülőgép karosszériái, hajtóműalkatrészei, alváz, üzemanyagtartályok, rögzítőelemek stb.. A kabin belsejében repülési alumínium alkatrészeket használnak.

A 2xxx sorozatú alumíniumötvözeteket magas hőmérsékletnek kitett alkatrészek gyártásához használják. A kis terhelésű egységek, üzemanyag-, hidraulika- és olajrendszerek alkatrészei 3xxx, 5xxx és 6xxx ötvözetből készülnek. A repülőgépiparban a legszélesebb körben alkalmazták az Alloy 7075-öt, amelyből jelentős terhelés mellett, alacsony hőmérsékleten, magas korrózióállósággal rendelkező elemeket készítenek. Az ötvözet alapja az alumínium, a fő ötvözőelemek pedig a magnézium, a cink és a réz. Repülőgép szerkezetek teljesítményprofilja, héjelemek készülnek belőle.