Alumini d'aviació: característiques

2024 Autora: Howard Calhoun | [email protected]. Última modificació: 2023-12-17 10:21

A causa de la seva lleugeresa, ductilitat i resistència a la corrosió, l'alumini s'ha convertit en un material indispensable en moltes indústries. L'alumini d'aviació és un grup d'aliatges caracteritzats per una major resistència amb la inclusió de magnesi, silici, coure i manganès. Es dóna una força addicional a l'aliatge amb l'ajuda de l'anomenat. "efecte envelliment": un mètode especial d'enduriment sota la influència d'un ambient atmosfèric agressiu durant molt de temps. L'aliatge es va inventar a principis del segle XX, anomenat duralumini, ara també conegut com a "avial".

Definició. Excursió històrica

L'inici de la història dels aliatges d'alumini d'aviació es considera l'any 1909. L'enginyer metal·lúrgic alemany Alfred Wilm va establir experimentalment que si un aliatge d'alumini amb una lleugera addició de coure, manganès i magnesi després de l'extinció a una temperatura de 500 ° C i un refredament ràpid es manté a una temperatura de 20-25 graus durant 4-5 dies., a poc a poc es torna més dur i més fort sense perdre la ductilitat. El procediment s'anomenava "envelliment" o "maduració". En el procés d'aquest enduriment, els àtoms de coure s'omplenmoltes zones minúscules als límits del gra. El diàmetre de l'àtom de coure és més petit que el de l'alumini, per tant, apareix una tensió de compressió, com a resultat de la qual augmenta la resistència del material.

Per primera vegada, l'aliatge va ser dominat a les fàbriques alemanyes Dürener Metallwerken i va rebre la marca registrada Dural, d'aquí el nom de "duralumin". Posteriorment, els metal·lúrgics nord-americans R. Archer i V. Jafris van millorar la composició modificant el percentatge, principalment de magnesi. El nou aliatge va rebre el nom de 2024, que s'utilitza àmpliament en diverses modificacions fins i tot ara, i tota la família d'aliatges s'anomena Avial. Aquest aliatge va rebre el nom d'"alumini d'aviació" gairebé immediatament després del seu descobriment, ja que va substituir completament la fusta i el metall a les estructures d'avions.

Tipus i característiques principals

Hi ha tres grups principals:

• Famílies alumini-manganès (Al-Mn) i alumini-magnesi (Al-Mg). La característica principal és l' alta resistència a la corrosió, amb prou feines inferior a l'alumini pur. Aquests aliatges es presten bé a la soldadura i la soldadura, però estan mal tallats. No endurit amb tractament tèrmic.
• Aliatges resistents a la corrosió del sistema alumini-magnesi-silici (Al-Mg-Si). S'endureixen mitjançant tractament tèrmic, és a dir, enduriment a una temperatura de 520 ° C, seguit d'un refredament ràpid amb aigua i envelliment natural durant uns 10 dies. Una característica distintiva d'aquest grup de materials és la seva alta resistència a la corrosió durant el funcionament en condicions normals i sota estrès.
• Aliatges estructurals d'alumini-coure-magnesi (Al-Cu-Mg). La seva base és l'aliatge d'alumini amb coure, manganès i magnesi. En canviar les proporcions dels elements d'aliatge, s'obté alumini de qualitat aeronàutica, les característiques del qual poden diferir.

Els materials de l'últim grup tenen bones propietats mecàniques, però són molt susceptibles a la corrosió que la primera i la segona família d'aliatges. El grau de susceptibilitat a la corrosió depèn del tipus de tractament superficial, que encara s'ha de protegir amb pintura o anoditzat. La resistència a la corrosió augmenta parcialment amb la introducció de manganès a la composició de l'aliatge.

A més dels tres tipus principals d'aliatges, també hi ha aliatges de forja, resistents a la calor, estructurals d' alta resistència i altres que tenen les propietats necessàries per a una aplicació concreta.

Marcatatge d'aliatges d'aviació

En els estàndards internacionals, el primer dígit del marcatge d'alumini d'aviació indica els principals elements d'aliatge de l'aliatge:

• 1000 - alumini pur.
• 2000 - duraluminis, aliatges aliats amb coure. En un període determinat - l'aliatge aeroespacial més comú. Substituït cada cop més per aliatges de la sèrie 7000 a causa de l' alta susceptibilitat a l'esquerdament per corrosió per tensió.
• 3000 - element d'aliatge - manganès.
• 4000 - element d'aliatge - silici. Els aliatges també es coneixen com a silumins.
• 5000 - element d'aliatge - magnesi.
• 6000 són els aliatges més dúctils. Els elements d'aliatge són magnesi i silici. Es pot endurir per calor per augmentar la força, però aixòel paràmetre és inferior a les sèries 2000 i 7000.
• 7000: aliatges endurits tèrmicament, l'alumini d'aviació més durador. Els principals elements d'aliatge són el zinc i el magnesi.

El segon dígit del marcatge és el número de sèrie de la modificació de l'aliatge d'alumini després de l'original: el número "0". Els dos últims dígits són el nombre del propi aliatge, informació sobre la seva puresa per impureses. Si l'aliatge és experimentat, s'afegeix una cinquena "X" al marcatge.

Avui, els graus més comuns d'alumini d'aviació: 1100, 2014, 2017, 3003, 2024, 2219, 2025, 5052, 5056. Les característiques distintives d'aquests aliatges són: lleugeresa, ductilitat, bona resistència a la fricció,, corrosió i altes càrregues. A la indústria aeronàutica, els aliatges més utilitzats són l'alumini per a avions 6061 i 7075.

Composició

Els principals elements d'aliatge de l'alumini d'aviació són: coure, magnesi, silici, manganès, zinc. El percentatge d'aquests elements en pes a l'aliatge ve determinat per característiques com la resistència, la flexibilitat, la resistència a l'esforç mecànic, etc. La base de l'aliatge és l'alumini, els principals elements d'aliatge són el coure (2,2-5,2% en pes), magnesi (0,2-2,7%) i manganès (0,2-1%).

Una família d'aliatges aeri d'alumini amb silici (4-13% en pes) amb un petit contingut d' altres elements d'aliatge: coure, manganès, magnesi, zinc, titani, beril·li. S'utilitza per fer peces complexes, també conegudes com a silumin o aliatge d'alumini fos. família d'aliatges d'alumini i magnesi(1-13% de massa) amb altres elements tenen una alta ductilitat i resistència a la corrosió.

El paper del coure en l'alumini d'avions

La presència de coure en la composició de l'aliatge d'aviació contribueix al seu enduriment, però al mateix temps té un efecte dolent en la seva resistència a la corrosió. Desapareixent als límits del gra durant el procés d'extinció, el coure fa que l'aliatge sigui susceptible a picades, corrosió per estrès i corrosió intergranular. Les zones riques en coure són més galvànicament catòdiques que la matriu d'alumini circumdant i, per tant, són més vulnerables a la corrosió galvànica. Un augment del contingut de coure en la massa de l'aliatge fins a un 12% augmenta les propietats de resistència a causa de l'enfortiment de la dispersió durant l'envelliment. Amb un contingut de coure superior al 12%, l'aliatge es torna trencadís.

Àrees d'aplicació

Els aliatges d'alumini són el metall més buscat a la venda. El pes lleuger de l'alumini de qualitat aeronàutica i la seva resistència fan que aquest aliatge sigui una bona opció per a moltes indústries, des d'avions fins a articles per a la llar (telèfons mòbils, auriculars, llanternes). Els aliatges d'alumini s'utilitzen en la construcció naval, l'automoció, la construcció, el transport ferroviari i la indústria nuclear.

Els aliatges amb un contingut moderat de coure són àmpliament demandats (2014, 2024, etc.). Els perfils fets d'aquests aliatges tenen una alta resistència a la corrosió, bona mecanització i soldabilitat per punts. S'utilitzen per fer estructures crítiques per a avions, vehicles pesants, equipament militar.

Funcions de connexió d'alumini de qualitat aeronàutica

La soldadura d'aliatges d'aviació es realitza exclusivament en un entorn protector de gasos inerts. Els gasos preferits són: heli, argó o una barreja d'aquests. L'heli té una conductivitat tèrmica més alta. Això determina indicadors de temperatura més favorables de l'entorn de soldadura, cosa que permet connectar amb força comoditat elements estructurals de paret gruixuda. L'ús d'una mescla de gasos protectors contribueix a una eliminació més completa del gas. En aquest cas, la probabilitat de formació de porus a la soldadura es redueix significativament.

Aplicacions per a aeronaus

Els aliatges d'alumini d'aviació es van crear originalment especialment per a la construcció d'equips d'aviació. A partir d'ells es fabriquen carrosseries d'avions, peces de motor, xassís, dipòsits de combustible, elements de subjecció, etc. A l'interior de la cabina s'utilitzen peces d'alumini d'aviació.

Els aliatges d'alumini de la sèrie 2xxx s'utilitzen per a la producció de peces exposades a altes temperatures. Les peces de les unitats de càrrega lleugera, els sistemes de combustible, hidràulics i d'oli estan fetes d'aliatges 3xxx, 5xxx i 6xxx. L'aliatge 7075 ha rebut l'aplicació més àmplia a la indústria aeronàutica, amb elements que es fan per funcionar sota càrrega important, temperatures baixes i alta resistència a la corrosió. La base de l'aliatge és l'alumini, i els principals elements d'aliatge són magnesi, zinc i coure. Els perfils de potència de les estructures d'aeronaus, els elements de la pell estan fets d'ell.