Авиационен алуминий: характеристики

2024 Автор: Howard Calhoun | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-17 10:19

Поради своята лекота, пластичност и устойчивост на корозия, алуминият се превърна в незаменим материал в много индустрии. Авиационният алуминий е група сплави, характеризиращи се с повишена якост с включване на магнезий, силиций, мед и манган. Допълнителна здравина се придава на сплавта с помощта на т.нар. "ефект на стареене" - специален метод за втвърдяване под въздействието на агресивна атмосферна среда за дълго време. Сплавта е изобретена в началото на 20-ти век, наречена дуралуминий, сега известна още като "авиална".

Определение. Историческа екскурзия

Началото на историята на авиационните алуминиеви сплави се счита за 1909 г. Германският металургичен инженер Алфред Вилм експериментално установи, че ако алуминиева сплав с леко добавяне на мед, манган и магнезий след закаляване при температура 500 ° C и бързо охлаждане се поддържа при температура 20-25 градуса в продължение на 4-5 дни, постепенно става по-твърд и по-здрав, без да губи пластичност. Процедурата се наричаше "стареене" или "зреене". В процеса на такова втвърдяване, медните атоми се запълватмного малки зони по границите на зърното. Диаметърът на медния атом е по-малък от този на алуминия, поради което се появява напрежение на натиск, в резултат на което се увеличава здравината на материала.

За първи път сплавта е усвоена в немските фабрики Dürener Metallwerken и получава търговската марка Dural, откъдето идва и името "duralumin". Впоследствие американските металурзи Р. Арчър и В. Джафрис подобряват състава, като променят процентното съдържание, главно на магнезий. Новата сплав е наречена 2024, която се използва широко в различни модификации дори и сега, а цялото семейство сплави се нарича Avial. Тази сплав получи името "авиационен алуминий" почти веднага след откриването си, тъй като напълно замени дървото и метала в конструкциите на самолетите.

Основни типове и характеристики

Има три основни групи:

• Семейства алуминий-манган (Al-Mn) и алуминий-магнезий (Al-Mg). Основната характеристика е висока устойчивост на корозия, едва по-ниска от чистия алуминий. Такива сплави се поддават добре на запояване и заваряване, но се нарязват лошо. Не е втвърдено чрез термична обработка.
• Устойчиви на корозия сплави на системата алуминий-магнезий-силиций (Al-Mg-Si). Те се втвърдяват чрез термична обработка, а именно втвърдяване при температура 520°C, последвано от бързо охлаждане с вода и естествено стареене за около 10 дни. Отличителна характеристика на тази група материали е тяхната висока устойчивост на корозия по време на работа при нормални условия и стрес.
• Структурни алуминиево-мед-магнезиеви сплави (Al-Cu-Mg). Основата им е алуминий, легиран с мед, манган и магнезий. Чрез промяна на пропорциите на легиращите елементи се получава самолетен алуминий, чиито характеристики могат да се различават.

Материалите от последната група имат добри механични свойства, но са силно податливи на корозия от първото и второто семейство сплави. Степента на податливост на корозия зависи от вида на повърхностната обработка, която все още трябва да бъде защитена с боя или анодиране. Устойчивостта на корозия се увеличава частично чрез въвеждането на манган в състава на сплавта.

В допълнение към трите основни типа сплави, има и ковашки сплави, топлоустойчиви, високоякостни структурни и други сплави, които притежават свойствата, необходими за конкретно приложение.

Маркиране на авиационни сплави

В международните стандарти първата цифра на маркировката за авиационен алуминий показва основните легиращи елементи на сплавта:

• 1000 - чист алуминий.
• 2000 - дуралуминий, сплави, легирани с мед. В определен период - най-разпространената аерокосмическа сплав. Все по-често се заменят от сплави от серия 7000 поради високата чувствителност към напукване от корозия.
• 3000 - легиращ елемент - манган.
• 4000 - легиращ елемент - силиций. Сплавите са известни още като силумини.
• 5000 - легиращ елемент - магнезий.
• 6000 са най-пластичните сплави. Легиращи елементи са магнезий и силиций. Може да се втвърди топлинно, за да се увеличи якостта, но товапараметърът е по-нисък от сериите 2000 и 7000.
• 7000 - термично закалени сплави, най-издръжливият авиационен алуминий. Основните легиращи елементи са цинк и магнезий.

Втората цифра на маркировката е серийният номер на модификацията на алуминиевата сплав след оригиналната - числото "0". Последните две цифри са номера на самата сплав, информация за нейната чистота от примеси. Ако сплавта е опитна, към маркировката се добавя пето „X“.

Днес най-често срещаните класове авиационен алуминий: 1100, 2014, 2017, 3003, 2024, 2219, 2025, 5052, 5056. Отличителните характеристики на тези сплави са: лекота на триене, устойчивост на пластичност, корозия и високи натоварвания. В авиационната индустрия най-широко използваните сплави са 6061 и 7075 самолетен алуминий.

Състав

Основните легиращи елементи на авиационния алуминий са: мед, магнезий, силиций, манган, цинк. Тегловният процент на тези елементи в сплавта се определя от такива характеристики като здравина, гъвкавост, устойчивост на механично натоварване и др. Основата на сплавта е алуминий, основните легиращи елементи са мед (2,2-5,2% тегловни), магнезий (0,2-2,7%) и манган (0,2-1%).

Семейство авиационни сплави от алуминий със силиций (4-13% тегловни) с малко съдържание на други легиращи елементи - мед, манган, магнезий, цинк, титан, берилий. Използва се за направата на сложни части, известни също като силумин или отлята алуминиева сплав. семейство алуминиево-магнезиеви сплави(1-13% маса) с други елементи имат висока пластичност и устойчивост на корозия.

Ролята на медта в самолетния алуминий

Наличието на мед в състава на авиационната сплав допринася за нейното втвърдяване, но в същото време има лош ефект върху нейната устойчивост на корозия. Отпадайки по границите на зърното по време на процеса на закаляване, медта прави сплавта податлива на точкова корозия, корозия под напрежение и междукристална корозия. Богатите на мед области са по-галванично катодни от заобикалящата ги алуминиева матрица и следователно са по-уязвими на галванична корозия. Увеличаването на съдържанието на мед в масата на сплавта до 12% повишава якостните свойства поради дисперсионното укрепване по време на стареене. Със съдържание на мед над 12%, сплавта става крехка.

Области на приложение

Алуминиевите сплави са най-търсеният метал за продажба. Лекото тегло на самолетния алуминий и неговата здравина правят тази сплав добър избор за много индустрии от самолети до домакински предмети (мобилни телефони, слушалки, фенерчета). Алуминиевите сплави се използват в корабостроенето, автомобилостроенето, строителството, железопътния транспорт и ядрената индустрия.

Сплавите с умерено съдържание на мед са широко търсени (2014, 2024 и др.). Профилите, изработени от тези сплави, имат висока устойчивост на корозия, добра обработваемост и точкова заварка. Използват се за направата на критични конструкции за самолети, тежки превозни средства, военно оборудване.

Функции за свързване от алуминий за въздухоплавателни средства

Заваряването на авиационни сплави се извършва изключително в защитна среда от инертни газове. Предпочитаните газове са: хелий, аргон или смес от тях. Хелият има по-висока топлопроводимост. Това определя по-благоприятни температурни показатели на заваръчната среда, което прави възможно доста удобно свързване на дебелостенни конструктивни елементи. Използването на смес от защитни газове допринася за по-пълно отстраняване на газа. В този случай вероятността от образуване на пори в заваръчния шев е значително намалена.

Приложения за самолети

Авиационни алуминиеви сплави първоначално са създадени специално за конструирането на авиационно оборудване. От тях се изработват корпуси на самолети, части на двигателя, шасита, резервоари за гориво, крепежни елементи и др. В интериора на кабината са използвани авиационни алуминиеви части.

2xxx серия алуминиеви сплави се използват за производството на части, изложени на високи температури. Части от леко натоварени агрегати, горивни, хидравлични и маслени системи са изработени от сплави 3xxx, 5xxx и 6xxx. Най-широко приложение в авиационната индустрия е получила сплав 7075. От нея се изработват елементи за работа при значително натоварване, ниски температури с висока устойчивост на корозия. Основата на сплавта е алуминият, а основните легиращи елементи са магнезий, цинк и мед. От него се изработват силови профили на самолетни конструкции, елементи на обшивка.