อลูมิเนียมการบิน : ลักษณะเฉพาะ

2024 ผู้เขียน: Howard Calhoun | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-17 10:42

เนื่องจากความเบา ความเหนียว และความทนทานต่อการกัดกร่อน อลูมิเนียมจึงกลายเป็นวัสดุที่ขาดไม่ได้ในหลายอุตสาหกรรม อลูมิเนียมสำหรับการบินเป็นกลุ่มของโลหะผสมที่มีความแข็งแรงเพิ่มขึ้นด้วยการรวมแมกนีเซียม ซิลิกอน ทองแดง และแมงกานีส มีการเพิ่มความแข็งแรงให้กับโลหะผสมด้วยความช่วยเหลือของสิ่งที่เรียกว่า "ผลแก่วัย" - วิธีการพิเศษในการชุบแข็งภายใต้อิทธิพลของสภาพแวดล้อมในบรรยากาศที่ก้าวร้าวเป็นเวลานาน โลหะผสมนี้ถูกประดิษฐ์ขึ้นเมื่อต้นศตวรรษที่ 20 เรียกว่า duralumin ซึ่งปัจจุบันรู้จักกันในชื่อ "avial"

คำจำกัดความ. ทัศนศึกษาประวัติศาสตร์

จุดเริ่มต้นประวัติศาสตร์ของโลหะผสมอลูมิเนียมสำหรับการบิน ถือเป็นปี 1909 วิศวกรโลหะวิทยาชาวเยอรมัน Alfred Wilm ได้ทำการทดลองว่าหากโลหะผสมอลูมิเนียมที่มีการเติมทองแดงแมงกานีสและแมกนีเซียมเล็กน้อยหลังจากดับที่อุณหภูมิ 500 ° C และความเย็นอย่างรวดเร็วจะคงอยู่ที่อุณหภูมิ 20-25 องศาเป็นเวลา 4-5 วัน มันจะค่อยๆ แข็งขึ้นและแข็งแรงขึ้นโดยไม่สูญเสียความเหนียว กระบวนการนี้เรียกว่า "การแก่" หรือ "การสุก" ในกระบวนการชุบแข็งดังกล่าว อะตอมของทองแดงจะเติมโซนเล็ก ๆ มากมายที่ขอบเมล็ดพืช เส้นผ่านศูนย์กลางของอะตอมทองแดงมีขนาดเล็กกว่าอลูมิเนียม ดังนั้นจึงเกิดแรงกดทับซึ่งเป็นผลมาจากความแข็งแรงของวัสดุที่เพิ่มขึ้น

เป็นครั้งแรกที่โลหะผสมได้รับการควบคุมที่โรงงานในเยอรมัน Dürener Metallwerken และได้รับเครื่องหมายการค้า Dural จึงเป็นที่มาของชื่อ "duralumin" ต่อจากนั้น นักโลหะวิทยาชาวอเมริกัน R. Archer และ V. Jafris ได้ปรับปรุงองค์ประกอบโดยเปลี่ยนเปอร์เซ็นต์ ซึ่งส่วนใหญ่เป็นแมกนีเซียม โลหะผสมใหม่นี้มีชื่อว่า 2024 ซึ่งมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการดัดแปลงต่างๆ แม้กระทั่งตอนนี้ และโลหะผสมทั้งหมดนั้นเรียกว่า Avial โลหะผสมนี้ได้รับชื่อ "อลูมิเนียมสำหรับการบิน" เกือบจะในทันทีหลังจากการค้นพบ เนื่องจากโลหะผสมนี้ใช้แทนที่ไม้และโลหะในโครงสร้างเครื่องบินโดยสิ้นเชิง

ประเภทและลักษณะเฉพาะ

มีสามกลุ่มหลัก:

• อะลูมิเนียม-แมงกานีส (Al-Mn) และตระกูลอะลูมิเนียม-แมกนีเซียม (Al-Mg) ลักษณะสำคัญคือความต้านทานการกัดกร่อนสูง แทบไม่ด้อยกว่าอลูมิเนียมบริสุทธิ์ โลหะผสมดังกล่าวใช้ได้ดีในการบัดกรีและการเชื่อม แต่มีการตัดได้ไม่ดี ไม่ชุบแข็งด้วยความร้อน
• โลหะผสมที่ทนต่อการกัดกร่อนของระบบอลูมิเนียม-แมกนีเซียม-ซิลิกอน (Al-Mg-Si) ชุบแข็งด้วยความร้อน กล่าวคือ ชุบแข็งที่อุณหภูมิ 520 ° C ตามด้วยการทำให้เย็นลงอย่างรวดเร็วด้วยน้ำและมีอายุตามธรรมชาติประมาณ 10 วัน ลักษณะเด่นของวัสดุกลุ่มนี้คือความต้านทานการกัดกร่อนสูงระหว่างการทำงานภายใต้สภาวะปกติและภายใต้ความเครียด
• โครงสร้างอะลูมิเนียม-ทองแดง-แมกนีเซียมอัลลอยด์ (อัล-Cu-Mg). พื้นฐานของมันคืออะลูมิเนียมผสมทองแดง แมงกานีส และแมกนีเซียม ด้วยการเปลี่ยนสัดส่วนขององค์ประกอบอัลลอยด์ ทำให้ได้อะลูมิเนียมเกรดอากาศยาน ซึ่งคุณลักษณะอาจแตกต่างกัน

วัสดุในกลุ่มสุดท้ายมีคุณสมบัติทางกลที่ดี แต่มีความอ่อนไหวต่อการกัดกร่อนสูงเมื่อเทียบกับโลหะผสมกลุ่มแรกและกลุ่มที่สอง ระดับของความไวต่อการกัดกร่อนขึ้นอยู่กับประเภทของการรักษาพื้นผิว ซึ่งยังคงต้องได้รับการปกป้องด้วยสีหรืออโนไดซ์ ความต้านทานการกัดกร่อนเพิ่มขึ้นบางส่วนโดยการนำแมงกานีสเข้าสู่องค์ประกอบของโลหะผสม

นอกจากโลหะผสมหลักสามประเภทแล้ว ยังมีโลหะผสมหลอม ทนความร้อน โครงสร้างที่มีความแข็งแรงสูง และโลหะผสมอื่นๆ ที่มีคุณสมบัติที่จำเป็นสำหรับการใช้งานเฉพาะอย่าง

เครื่องหมายโลหะผสมการบิน

ในมาตรฐานสากล ตัวเลขแรกของเครื่องหมายอลูมิเนียมสำหรับการบินหมายถึงองค์ประกอบการผสมหลักของโลหะผสม:

• 1000 - อะลูมิเนียมบริสุทธิ์
• 2000 - ดูราลูมินส์ โลหะผสมที่เจือด้วยทองแดง ในช่วงเวลาหนึ่ง - โลหะผสมการบินและอวกาศที่พบบ่อยที่สุด แทนที่ด้วยอัลลอยด์ซีรีส์ 7000 มากขึ้น เนื่องจากมีความไวต่อการแตกร้าวจากการกัดกร่อนของความเค้นสูง
• 3000 - ธาตุผสม - แมงกานีส
• 4000 - ธาตุผสม - ซิลิกอน. โลหะผสมเรียกอีกอย่างว่าซิลูมิน
• 5000 - ธาตุผสม - แมกนีเซียม
• 6000 เป็นโลหะผสมที่เหนียวที่สุด ธาตุผสมคือแมกนีเซียมและซิลิกอน สามารถชุบแข็งด้วยความร้อนเพื่อเพิ่มความแข็งแรงได้ แต่สิ่งนี้พารามิเตอร์นั้นด้อยกว่าซีรีย์ 2000 และ 7000
• 7000 - อัลลอยชุบแข็งด้วยความร้อน ซึ่งเป็นอะลูมิเนียมสำหรับการบินที่ทนทานที่สุด ส่วนผสมหลักคือสังกะสีและแมกนีเซียม

หลักที่สองของเครื่องหมายคือหมายเลขซีเรียลของการดัดแปลงโลหะผสมอลูมิเนียมหลังจากตัวเลขเดิม - หมายเลข "0" ตัวเลขสองหลักสุดท้ายคือจำนวนของโลหะผสมเอง ซึ่งเป็นข้อมูลเกี่ยวกับความบริสุทธิ์โดยสิ่งเจือปน หากมีประสบการณ์โลหะผสม เครื่องหมาย X ตัวที่ 5 จะถูกเพิ่ม

วันนี้ เกรดอลูมิเนียมสำหรับการบินที่พบบ่อยที่สุด: 1100, 2014, 2017, 3003, 2024, 2219, 2025, 5052, 5056. คุณสมบัติที่โดดเด่นของโลหะผสมเหล่านี้คือ: เบา, ความเหนียว, ความแข็งแรงดี, ทนต่อแรงเสียดทาน การกัดกร่อนและการรับน้ำหนักสูง ในอุตสาหกรรมอากาศยาน โลหะผสมที่ใช้กันอย่างแพร่หลายคืออลูมิเนียมอากาศยาน 6061 และ 7075

องค์ประกอบ

โลหะผสมหลักของอะลูมิเนียมสำหรับการบิน ได้แก่ ทองแดง แมกนีเซียม ซิลิกอน แมงกานีส สังกะสี เปอร์เซ็นต์ขององค์ประกอบเหล่านี้โดยน้ำหนักในโลหะผสมนั้นพิจารณาจากลักษณะเฉพาะ เช่น ความแข็งแรง ความยืดหยุ่น ความต้านทานต่อความเครียดทางกล ฯลฯ ฐานของโลหะผสมคืออลูมิเนียม องค์ประกอบการผสมหลักคือทองแดง (2.2-5.2% โดยน้ำหนัก) แมกนีเซียม (0. 2-2.7%) และแมงกานีส (0.2-1%)

กลุ่มโลหะผสมอลูมิเนียมสำหรับการบินที่มีซิลิกอน (4-13% โดยน้ำหนัก) ที่มีองค์ประกอบการผสมอื่นๆ เล็กน้อย - ทองแดง แมงกานีส แมกนีเซียม สังกะสี ไททาเนียม เบริลเลียม ใช้ทำชิ้นส่วนที่ซับซ้อน หรือที่เรียกว่า silumin หรือ cast aluminium alloy ตระกูลอะลูมิเนียม-แมกนีเซียมอัลลอยด์(มวล 1-13%) กับองค์ประกอบอื่นๆ มีความเหนียวและทนต่อการกัดกร่อนสูง

บทบาทของทองแดงในเครื่องบินอลูมิเนียม

การมีอยู่ของทองแดงในองค์ประกอบของโลหะผสมสำหรับการบินนั้นมีส่วนช่วยในการชุบแข็ง แต่ในขณะเดียวกันก็ส่งผลเสียต่อความต้านทานการกัดกร่อน ทองแดงหลุดออกจากขอบเกรนระหว่างกระบวนการชุบแข็ง ทำให้โลหะผสมไวต่อการเกิดรูพรุน การกัดกร่อนของความเครียด และการกัดกร่อนตามขอบเกรน บริเวณที่อุดมด้วยทองแดงจะเป็นขั้วไฟฟ้าแบบคาโทดิกมากกว่าเมทริกซ์อะลูมิเนียมโดยรอบ ดังนั้นจึงเสี่ยงต่อการกัดกร่อนของกัลวานิกมากกว่า การเพิ่มปริมาณทองแดงในมวลของโลหะผสมสูงถึง 12% จะเพิ่มคุณสมบัติความแข็งแรงเนื่องจากการเสริมการกระจายตัวในช่วงอายุมากขึ้น ด้วยปริมาณทองแดงมากกว่า 12% โลหะผสมจะเปราะ

พื้นที่สมัคร

อลูมิเนียมอัลลอยด์เป็นโลหะที่มีผู้ต้องการขายมากที่สุด น้ำหนักเบาของอะลูมิเนียมเกรดอากาศยานและความแข็งแกร่งทำให้โลหะผสมนี้เป็นตัวเลือกที่ดีสำหรับอุตสาหกรรมต่างๆ ตั้งแต่เครื่องบินไปจนถึงของใช้ในครัวเรือน (โทรศัพท์มือถือ หูฟัง ไฟฉาย) อะลูมิเนียมอัลลอยด์ถูกนำมาใช้ในการต่อเรือ ยานยนต์ การก่อสร้าง การขนส่งทางรถไฟ และอุตสาหกรรมนิวเคลียร์

โลหะผสมที่มีปริมาณทองแดงปานกลางเป็นที่ต้องการอย่างกว้างขวาง (2014, 2024 เป็นต้น) โปรไฟล์ที่ทำจากโลหะผสมเหล่านี้มีความต้านทานการกัดกร่อนสูง สามารถแปรรูปได้ดี และเชื่อมเฉพาะจุด ใช้สำหรับสร้างโครงสร้างที่สำคัญสำหรับเครื่องบิน ยานพาหนะหนัก ยุทโธปกรณ์

คุณสมบัติการเชื่อมต่ออะลูมิเนียมเกรดอากาศยาน

การเชื่อมโลหะผสมสำหรับการบินจะดำเนินการในสภาพแวดล้อมที่ป้องกันก๊าซเฉื่อยเท่านั้น ก๊าซที่พึงประสงค์คือ: ฮีเลียม อาร์กอนหรือของผสมของพวกมัน ฮีเลียมมีค่าการนำความร้อนสูงกว่า สิ่งนี้กำหนดตัวบ่งชี้อุณหภูมิที่ดีขึ้นของสภาพแวดล้อมการเชื่อมซึ่งทำให้สามารถเชื่อมต่อองค์ประกอบโครงสร้างที่มีผนังหนาได้อย่างสะดวกสบาย การใช้ส่วนผสมของก๊าซป้องกันมีส่วนช่วยในการกำจัดก๊าซอย่างสมบูรณ์ยิ่งขึ้น ในกรณีนี้ โอกาสที่การเกิดรูพรุนในรอยเชื่อมจะลดลงอย่างมาก

การสมัครเครื่องบิน

อลูมิเนียมอัลลอยด์สำหรับการบินนั้นถูกสร้างขึ้นมาเพื่อการก่อสร้างอุปกรณ์การบินโดยเฉพาะ ตัวเครื่องบิน ชิ้นส่วนเครื่องยนต์ แชสซี ถังเชื้อเพลิง ตัวยึด ฯลฯ ทำจากชิ้นส่วนเหล่านี้ ชิ้นส่วนอลูมิเนียมสำหรับการบินใช้ในห้องโดยสาร

2xxx ซีรีส์อะลูมิเนียมอัลลอยด์ใช้สำหรับการผลิตชิ้นส่วนที่สัมผัสกับอุณหภูมิสูง ชิ้นส่วนของหน่วยโหลดเบา เชื้อเพลิง ระบบไฮดรอลิก และระบบน้ำมันทำจากโลหะผสม 3xxx, 5xxx และ 6xxx ล้อแม็ก 7075 ได้รับการนำไปใช้อย่างกว้างขวางที่สุดในอุตสาหกรรมอากาศยาน ส่วนประกอบต่างๆ ทำขึ้นเพื่อการใช้งานภายใต้ภาระหนัก อุณหภูมิต่ำ และมีความทนทานต่อการกัดกร่อนสูง พื้นฐานของโลหะผสมคืออลูมิเนียม และองค์ประกอบการผสมหลักคือแมกนีเซียม สังกะสี และทองแดง โปรไฟล์พลังของโครงสร้างเครื่องบิน องค์ประกอบของผิวหนังทำมาจากมัน