Nhôm hàng không: đặc điểm

2024 Tác giả: Howard Calhoun | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-17 10:44

Do tính nhẹ, độ dẻo và khả năng chống ăn mòn, nhôm đã trở thành vật liệu không thể thiếu trong nhiều ngành công nghiệp. Nhôm hàng không là một nhóm hợp kim được đặc trưng bởi độ bền tăng lên với sự bao gồm của magiê, silicon, đồng và mangan. Sức mạnh bổ sung được trao cho hợp kim với sự trợ giúp của cái gọi là. "hiệu ứng lão hóa" - một phương pháp đặc biệt của sự đông cứng dưới tác động của môi trường khí quyển xâm thực trong một thời gian dài. Hợp kim được phát minh vào đầu thế kỷ 20, được gọi là duralumin, ngày nay còn được gọi là "avial".

Định nghĩa. Chuyến du ngoạn lịch sử

Sự khởi đầu của lịch sử hợp kim nhôm hàng không được coi là năm 1909. Kỹ sư luyện kim người Đức Alfred Wilm đã thực nghiệm thành lập rằng nếu một hợp kim nhôm có bổ sung một chút đồng, mangan và magiê sau khi tôi nguội ở nhiệt độ 500 ° C và làm nguội nhanh sẽ được duy trì ở nhiệt độ 20-25 độ trong 4-5 ngày., nó dần trở nên cứng hơn và mạnh hơn mà không làm mất độ dẻo. Quy trình này được gọi là "lão hóa" hoặc "trưởng thành". Trong quá trình cứng như vậy, các nguyên tử đồng lấp đầynhiều múi nhỏ ở ranh giới hạt. Đường kính của nguyên tử đồng nhỏ hơn đường kính của nhôm, do đó, ứng suất nén xuất hiện, do đó độ bền của vật liệu tăng lên.

Lần đầu tiên, hợp kim này được làm chủ tại nhà máy Dürener Metallwerken của Đức và nhận được nhãn hiệu Dural, do đó có tên là "duralumin". Sau đó, các nhà luyện kim người Mỹ R. Archer và V. Jafris đã cải thiện thành phần bằng cách thay đổi tỷ lệ phần trăm, chủ yếu là magiê. Hợp kim mới được đặt tên là 2024, được sử dụng rộng rãi trong nhiều sửa đổi khác nhau ngay cả bây giờ, và toàn bộ họ hợp kim được gọi là Avial. Hợp kim này đã nhận được tên gọi "nhôm hàng không" gần như ngay lập tức sau khi được phát hiện, vì nó thay thế hoàn toàn gỗ và kim loại trong các cấu trúc máy bay.

Các loại và đặc điểm chính

Có ba nhóm chính:

• Họ nhôm-mangan (Al-Mn) và nhôm-magiê (Al-Mg). Đặc tính chính là chống ăn mòn cao, hầu như không thua kém nhôm nguyên chất. Các hợp kim như vậy cho phép hàn và hàn tốt, nhưng bị cắt kém. Không bị cứng bằng xử lý nhiệt.
• Hợp kim chống ăn mòn của hệ nhôm-magiê-silicon (Al-Mg-Si). Chúng được làm cứng bằng cách xử lý nhiệt, cụ thể là làm cứng ở nhiệt độ 520 ° C, sau đó làm lạnh nhanh bằng nước và lão hóa tự nhiên trong khoảng 10 ngày. Một đặc tính khác biệt của nhóm vật liệu này là khả năng chống ăn mòn cao trong quá trình hoạt động ở điều kiện bình thường và dưới áp lực.
• Cấu trúc hợp kim nhôm-đồng-magiê (Al-Cu-Mg). Cơ sở của chúng là hợp kim nhôm với đồng, mangan và magiê. Bằng cách thay đổi tỷ lệ của các nguyên tố hợp kim, nhôm cấp máy bay sẽ thu được, các đặc tính của chúng có thể khác nhau.

Vật liệu thuộc nhóm cuối cùng có tính chất cơ học tốt, nhưng rất dễ bị ăn mòn hơn họ hợp kim thứ nhất và thứ hai. Mức độ dễ bị ăn mòn phụ thuộc vào loại xử lý bề mặt vẫn cần được bảo vệ bằng sơn hoặc anodizing. Khả năng chống ăn mòn được tăng lên một phần khi đưa mangan vào thành phần của hợp kim.

Ngoài ba loại hợp kim chính, còn có hợp kim rèn, kết cấu chịu nhiệt, độ bền cao và các hợp kim khác có các đặc tính cần thiết cho một ứng dụng cụ thể.

Đánh dấu hợp kim hàng không

Theo tiêu chuẩn quốc tế, chữ số đầu tiên của nhãn hiệu nhôm hàng không cho biết các nguyên tố hợp kim chính của hợp kim:

• 1000 - nhôm nguyên chất.
• 2000 - duralumins, hợp kim được hợp kim với đồng. Trong một thời kỳ nhất định - hợp kim hàng không vũ trụ phổ biến nhất. Ngày càng được thay thế bằng các hợp kim dòng 7000 do tính dễ bị nứt do ăn mòn do ứng suất cao.
• 3000 - nguyên tố hợp kim - mangan.
• 4000 - nguyên tố hợp kim - silicon. Hợp kim còn được gọi là silumin.
• 5000 - nguyên tố hợp kim - magiê.
• 6000 là các hợp kim dẻo nhất. Các nguyên tố hợp kim là magiê và silic. Có thể được nhiệt luyện để tăng sức mạnh, nhưng điều nàytham số kém hơn so với dòng 2000 và 7000.
• 7000 - hợp kim nhiệt cứng, nhôm hàng không bền nhất. Các nguyên tố hợp kim chính là kẽm và magiê.

Chữ số thứ hai của nhãn hiệu là số thứ tự của việc sửa đổi hợp kim nhôm sau chữ số ban đầu - số "0". Hai chữ số cuối cùng là số của chính hợp kim, thông tin về độ tinh khiết của nó theo tạp chất. Nếu hợp kim có kinh nghiệm, chữ “X” thứ năm được thêm vào nhãn.

Ngày nay, các loại nhôm hàng không phổ biến nhất: 1100, 2014, 2017, 3003, 2024, 2219, 2025, 5052, 5056. Đặc điểm nổi bật của các hợp kim này là: nhẹ, độ dẻo, độ bền tốt, khả năng chống ma sát, ăn mòn và tải trọng cao. Trong ngành công nghiệp máy bay, các hợp kim được sử dụng rộng rãi nhất là nhôm máy bay 6061 và 7075.

Thành phần

Các nguyên tố hợp kim chính của nhôm hàng không là: đồng, magiê, silicon, mangan, kẽm. Phần trăm của các nguyên tố này theo trọng lượng trong hợp kim được xác định bởi các đặc tính như độ bền, tính linh hoạt, khả năng chống ứng suất cơ học, v.v. Cơ sở của hợp kim là nhôm, các nguyên tố hợp kim chính là đồng (2,2-5,2% trọng lượng), magiê (0. 2-2.7%) và mangan (0.2-1%).

Một họ hợp kim hàng không của nhôm với silicon (4-13% trọng lượng) với một hàm lượng nhỏ các nguyên tố hợp kim khác - đồng, mangan, magiê, kẽm, titan, berili. Được sử dụng để chế tạo các bộ phận phức tạp, còn được gọi là silumin hoặc hợp kim nhôm đúc. họ hợp kim nhôm-magiê(1-13% khối lượng) cùng với các nguyên tố khác có độ dẻo cao và khả năng chống ăn mòn.

Vai trò của đồng trong nhôm máy bay

Sự hiện diện của đồng trong thành phần của hợp kim hàng không góp phần làm cứng nó, nhưng đồng thời có ảnh hưởng xấu đến khả năng chống ăn mòn của nó. Chảy ra ở ranh giới hạt trong quá trình tôi nguội, đồng làm cho hợp kim dễ bị rỗ, ăn mòn ứng suất và ăn mòn giữa các hạt. Các khu vực giàu đồng có cực âm nhiều hơn so với ma trận nhôm xung quanh và do đó dễ bị ăn mòn điện hơn. Sự gia tăng hàm lượng đồng trong khối lượng của hợp kim lên đến 12% làm tăng đặc tính độ bền do tăng cường phân tán trong quá trình lão hóa. Với hàm lượng đồng hơn 12%, hợp kim trở nên giòn.

Khu vực ứng dụng

Hợp kim nhôm là kim loại được săn lùng nhiều nhất để bán. Trọng lượng nhẹ của nhôm cấp máy bay và độ bền của nó khiến hợp kim này trở thành lựa chọn tốt cho nhiều ngành công nghiệp từ máy bay đến đồ gia dụng (điện thoại di động, tai nghe, đèn pin). Hợp kim nhôm được sử dụng trong đóng tàu, ô tô, xây dựng, vận tải đường sắt và công nghiệp hạt nhân.

Hợp kim có hàm lượng đồng vừa phải được yêu cầu rộng rãi (2014, 2024, v.v.). Cấu hình làm bằng các hợp kim này có khả năng chống ăn mòn cao, khả năng gia công tốt và khả năng hàn tại chỗ. Chúng được sử dụng để làm các cấu trúc quan trọng cho máy bay, xe hạng nặng, thiết bị quân sự.

Tính năng kết nối nhôm cấp máy bay

Hàn hợp kim hàng không được thực hiện độc quyền trong môi trường bảo vệ của khí trơ. Các loại khí được ưu tiên là: heli, argon hoặc hỗn hợp của chúng. Heli có độ dẫn nhiệt cao hơn. Điều này xác định các chỉ số nhiệt độ thuận lợi hơn của môi trường hàn, giúp kết nối các phần tử kết cấu có thành dày một cách khá thoải mái. Việc sử dụng hỗn hợp khí bảo vệ góp phần loại bỏ khí hoàn toàn hơn. Trong trường hợp này, khả năng hình thành lỗ trong mối hàn sẽ giảm đáng kể.

Ứng dụng máy bay

Hợp kim nhôm hàng không ban đầu được tạo ra đặc biệt để chế tạo thiết bị hàng không. Thân máy bay, các bộ phận động cơ, khung gầm, thùng nhiên liệu, ốc vít, v.v. được làm từ chúng. Các bộ phận bằng nhôm hàng không được sử dụng trong nội thất của cabin.

Hợp kim nhôm dòng2xxx được sử dụng để sản xuất các bộ phận tiếp xúc với nhiệt độ cao. Các bộ phận của đơn vị tải nhẹ, hệ thống nhiên liệu, thủy lực và dầu được làm bằng hợp kim 3xxx, 5xxx và 6xxx. Alloy 7075 đã nhận được ứng dụng rộng rãi nhất trong ngành công nghiệp máy bay. Các bộ phận được làm từ nó để hoạt động dưới tải trọng đáng kể, nhiệt độ thấp với khả năng chống ăn mòn cao. Cơ sở của hợp kim là nhôm, và các nguyên tố hợp kim chính là magiê, kẽm và đồng. Hồ sơ năng lượng của cấu trúc máy bay, các yếu tố da được tạo ra từ nó.