אלומיניום תעופה: מאפיינים

2024 מְחַבֵּר: Howard Calhoun | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-17 10:27

בשל קלילותו, משיכותו ועמידותו בפני קורוזיה, האלומיניום הפך לחומר הכרחי בתעשיות רבות. אלומיניום תעופה הוא קבוצה של סגסוגות המאופיינת בחוזק מוגבר עם הכללת מגנזיום, סיליקון, נחושת ומנגן. חוזק נוסף ניתן לסגסוגת בעזרת מה שנקרא. "אפקט הזדקנות" - שיטה מיוחדת להתקשות בהשפעת סביבה אטמוספרית אגרסיבית למשך זמן רב. הסגסוגת הומצאה בתחילת המאה ה-20, הנקראת duralumin, הידועה כיום גם בשם "עופות".

הגדרה. טיול היסטורי

תחילת ההיסטוריה של סגסוגות אלומיניום תעופה נחשבת לשנת 1909. המהנדס המתכות הגרמני אלפרד וילם קבע בניסוי שאם סגסוגת אלומיניום עם תוספת קלה של נחושת, מנגן ומגנזיום לאחר כיבוי בטמפרטורה של 500 מעלות צלזיוס וקירור מהיר נשמרת בטמפרטורה של 20-25 מעלות למשך 4-5 ימים., הוא הופך בהדרגה לקשה וחזק יותר מבלי לאבד משיכות. ההליך נקרא "הזדקנות" או "התבגרות". בתהליך של התקשות כזו, אטומי נחושת מתמלאיםאזורים זעירים רבים בגבולות התבואה. קוטר אטום הנחושת קטן מזה של אלומיניום, לכן, מופיע מתח לחיצה, כתוצאה מכך חוזק החומר עולה.

לראשונה, הסגסוגת עברה מאסטר במפעלים הגרמניים Dürener Metallwerken וקיבלה את הסימן המסחרי Dural, ומכאן השם "duralumin". לאחר מכן, המטלורגים האמריקאים ר. ארצ'ר ו-V. Jafris שיפרו את ההרכב על ידי שינוי האחוז, בעיקר של מגנזיום. הסגסוגת החדשה קיבלה את השם 2024, שנמצאת בשימוש נרחב בשינויים שונים גם עכשיו, וכל משפחת הסגסוגות נקראת Avial. סגסוגת זו קיבלה את השם "אלומיניום תעופתי" כמעט מיד לאחר גילויה, מכיוון שהיא החליפה לחלוטין עץ ומתכת במבני מטוסים.

סוגים ומאפיינים עיקריים

ישנן שלוש קבוצות עיקריות:

• משפחות אלומיניום-מנגן (Al-Mn) ואלומיניום-מגנזיום (Al-Mg). המאפיין העיקרי הוא עמידות בפני קורוזיה גבוהה, בקושי נחותה מאלומיניום טהור. סגסוגות כאלה מתאימות היטב להלחמה וריתוך, אך נחתכות בצורה גרועה. לא מתקשה על ידי טיפול בחום.
• סגסוגות עמידות בפני קורוזיה של מערכת אלומיניום-מגנזיום-סיליקון (Al-Mg-Si). הם מתקשים על ידי טיפול בחום, כלומר, התקשות בטמפרטורה של 520 מעלות צלזיוס, ולאחר מכן קירור מהיר עם מים והזדקנות טבעית למשך כ-10 ימים. מאפיין ייחודי של קבוצת חומרים זו הוא עמידותם הגבוהה בפני קורוזיה במהלך פעולה בתנאים רגילים ותחת לחץ.
• סגסוגות אלומיניום-נחושת-מגנזיום מבניות (אל-Cu-Mg). הבסיס שלהם הוא אלומיניום סגסוגת עם נחושת, מנגן ומגנזיום. על ידי שינוי הפרופורציות של אלמנטים סגסוגים, מתקבל אלומיניום ברמת מטוסים, שמאפייניו עשויים להיות שונים.

לחומרים מהקבוצה האחרונה יש תכונות מכניות טובות, אך רגישים מאוד לקורוזיה מאשר המשפחות הראשונה והשנייה של סגסוגות. מידת הרגישות לקורוזיה תלויה בסוג טיפול פני השטח, שעדיין צריך להגן על ידי צבע או אילגון. עמידות בפני קורוזיה מוגברת חלקית על ידי החדרת מנגן להרכב הסגסוגת.

בנוסף לשלושת הסוגים העיקריים של סגסוגות, יש גם סגסוגות פרזול, עמידות חום, סגסוגות מבניות בעלות חוזק גבוה וסגסוגות אחרות בעלות התכונות הנחוצות ליישום מסוים.

סימון של סגסוגות תעופה

בתקנים בינלאומיים, הספרה הראשונה של סימון האלומיניום התעופתי מציינת את מרכיבי הסגסוגת העיקריים של הסגסוגת:

• 1000 - אלומיניום טהור.
• 2000 - duralumins, סגסוגות סגסוגות עם נחושת. בתקופה מסוימת - סגסוגת התעופה והחלל הנפוצה ביותר. הוחלף יותר ויותר בסגסוגות מסדרה 7000 עקב רגישות גבוהה לסדקים בקורוזיה.
• 3000 - אלמנט סגסוגת - מנגן.
• 4000 - אלמנט סגסוגת - סיליקון. סגסוגות ידועות גם בשם silumins.
• 5000 - יסוד סגסוגת - מגנזיום.
• 6000 הן הסגסוגות הכי רקושות. יסודות סגסוגת הם מגנזיום וסיליקון. ניתן להקשיח בחום כדי להגביר את החוזק, אבל זההפרמטר נחות מסדרות 2000 ו-7000.
• 7000 - סגסוגות מוקשות תרמית, האלומיניום התעופתי העמיד ביותר. יסודות הסגסוג העיקריים הם אבץ ומגנזיום.

הספרה השנייה של הסימון היא המספר הסידורי של השינוי של סגסוגת האלומיניום אחרי הקוד המקורי - המספר "0". שתי הספרות האחרונות הן מספר הסגסוגת עצמה, מידע על טוהר שלה על ידי זיהומים. אם הסגסוגת מנוסה, נוסף "X" חמישי לסימון.

היום, הציונים הנפוצים ביותר של אלומיניום תעופתי: 1100, 2014, 2017, 3003, 2024, 2219, 2025, 5052, 5056. מאפיינים ייחודיים של סגסוגות אלו הן: קלות, עמידות בפני חיכוך, חוזק טוב., קורוזיה ועומסים גבוהים. בתעשיית המטוסים, הסגסוגות הנפוצות ביותר הן אלומיניום מטוסים 6061 ו-7075.

Composition

יסודות הסגסוג העיקריים של אלומיניום תעופתי הם: נחושת, מגנזיום, סיליקון, מנגן, אבץ. אחוז היסודות הללו לפי משקל בסגסוגת נקבע על פי מאפיינים כמו חוזק, גמישות, עמידות בפני מתח מכני וכו'. בסיס הסגסוגת הוא אלומיניום, מרכיבי הסגסוג העיקריים הם נחושת (2.2-5.2% לפי משקל), מגנזיום (0.2-2.7%) ומנגן (0.2-1%).

משפחה של סגסוגות תעופה של אלומיניום עם סיליקון (4-13% במשקל) עם תכולה קטנה של יסודות סגסוגת אחרים - נחושת, מנגן, מגנזיום, אבץ, טיטניום, בריליום. משמש לייצור חלקים מורכבים, הידועים גם בשם סילומיניום או סגסוגת אלומיניום יצוקה. משפחת סגסוגת אלומיניום-מגנזיום(מסה 1-13%) עם אלמנטים אחרים בעלי גמישות גבוהה ועמידות בפני קורוזיה.

תפקיד הנחושת באלומיניום למטוסים

נוכחות הנחושת בהרכב הסגסוגת התעופה תורמת להתקשות שלה, אך יחד עם זאת משפיעה לרעה על עמידות הקורוזיה שלה. נחושת, כשהיא נושרת בגבולות התבואה במהלך תהליך ההמרה, הופכת את הסגסוגת לרגישה לחריצים, קורוזיה מתח וקורוזיה בין-גרגירית. אזורים עשירים בנחושת הם יותר קתודיים מבחינה גלוונית מאשר מטריצת האלומיניום שמסביב ולכן פגיעים יותר לקורוזיה גלוונית. עלייה בתכולת הנחושת במסת הסגסוגת עד 12% מגדילה את תכונות החוזק עקב חיזוק הפיזור במהלך ההזדקנות. עם תכולת נחושת של יותר מ-12%, הסגסוגת הופכת שבירה.

אזורי יישום

סגסוגות האלומיניום הן המתכת המבוקשות ביותר למכירה. משקלו הקל של האלומיניום למטוס וחוזקו הופכים את הסגסוגת הזו לבחירה טובה עבור תעשיות רבות, החל ממטוסים ועד חפצי בית (טלפונים ניידים, אוזניות, פנסים). סגסוגות אלומיניום משמשות בבניית ספינות, רכב, בנייה, הובלה של רכבת ותעשיית הגרעין.

סגסוגות בעלות תכולת נחושת מתונה זוכות לביקוש נרחב (2014, 2024 וכו'). לפרופילים העשויים מסגסוגות אלו עמידות גבוהה בפני קורוזיה, יכולת עיבוד טובה ויכולת ריתוך נקודתית. הם משמשים לייצור מבנים קריטיים למטוסים, כלי רכב כבדים, ציוד צבאי.

תכונות חיבור אלומיניום ברמת מטוס

ריתוך של סגסוגות תעופה מתבצע אך ורק בסביבה מגינה של גזים אינרטיים. הגזים המועדפים הם: הליום, ארגון או תערובת שלהם. להליום מוליכות תרמית גבוהה יותר. זה קובע מדדי טמפרטורה נוחים יותר של סביבת הריתוך, מה שמאפשר לחבר בנוחות אלמנטים מבניים בעלי קירות עבים. השימוש בתערובת גזי מגן תורם לסילוק גזים מלא יותר. במקרה זה, הסבירות להיווצרות נקבוביות בריתוך מופחתת באופן משמעותי.

יישומי מטוסים

סגסוגות אלומיניום תעופה נוצרו במקור במיוחד לבניית ציוד תעופה. מהם עשויים מרכבי מטוסים, חלקי מנוע, שלדה, מיכלי דלק, מחברים וכדומה. בחלק הפנימי של תא הנוסעים נעשה שימוש בחלקי אלומיניום תעופה.

2xxx סדרת סגסוגות אלומיניום משמשות לייצור חלקים החשופים לטמפרטורות גבוהות. חלקים של יחידות עמוסות קלות, מערכות דלק, הידראוליות ושמן עשויים מסגסוגות 3xxx, 5xxx ו-6xxx. סגסוגת 7075 קיבלה את היישום הרחב ביותר בתעשיית המטוסים, ממנו עשויים אלמנטים לפעולה בעומס משמעותי, בטמפרטורות נמוכות עם עמידות גבוהה בפני קורוזיה. בסיס הסגסוגת הוא אלומיניום, ומרכיבי הסגסוג העיקריים הם מגנזיום, אבץ ונחושת. פרופילי כוח של מבני מטוסים, אלמנטי עור עשויים ממנו.