Avijacijski aluminijum: karakteristike

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Zadnja izmjena: 2023-12-17 10:20

Zbog svoje lakoće, duktilnosti i otpornosti na koroziju, aluminijum je postao nezamjenjiv materijal u mnogim industrijama. Avio aluminij je grupa legura koje karakterizira povećana čvrstoća uz uključivanje magnezija, silicija, bakra i mangana. Dodatnu čvrstoću leguri daje uz pomoć tzv. "efekat starenja" - posebna metoda očvršćavanja pod uticajem agresivnog atmosferskog okruženja dugo vremena. Legura je izumljena početkom 20. vijeka, nazvana duralumin, sada poznata i kao "avijalna".

Definicija. Istorijski izlet

Početkom istorije vazduhoplovnih aluminijumskih legura smatra se 1909. godina. Njemački metalurški inženjer Alfred Wilm eksperimentalno je ustanovio da se legura aluminija s blagim dodatkom bakra, mangana i magnezija nakon gašenja na temperaturi od 500 °C i brzog hlađenja održava na temperaturi od 20-25 stepeni 4-5 dana., postepeno postaje tvrđi i jači bez gubitka duktilnosti. Postupak je nazvan "starenje" ili "sazrevanje". U procesu takvog stvrdnjavanja atomi bakra se punemnoge male zone na granicama zrna. Prečnik atoma bakra je manji od prečnika aluminijuma, stoga se pojavljuje tlačno naprezanje, usled čega se povećava čvrstoća materijala.

Po prvi put, legura je savladana u nemačkim fabrikama Dürener Metallwerken i dobila je zaštitni znak Dural, otuda i naziv "duralumin". Nakon toga su američki metalurzi R. Archer i V. Jafris poboljšali sastav promjenom procenta, uglavnom magnezijuma. Nova legura nazvana je 2024, koja se i danas uveliko koristi u raznim modifikacijama, a cijela porodica legura se zove Avial. Ova legura je dobila naziv "avio-aluminijum" skoro odmah nakon svog otkrića, jer je u potpunosti zamijenila drvo i metal u konstrukcijama aviona.

Glavne vrste i karakteristike

Postoje tri glavne grupe:

• familije aluminijum-mangan (Al-Mn) i aluminijum-magnezijum (Al-Mg). Glavna karakteristika je visoka otpornost na koroziju, jedva inferiorna od čistog aluminija. Takve legure se dobro podnose lemljenju i zavarivanju, ali su slabo rezane. Nije otvrdnuto termičkom obradom.
• Legure otporne na koroziju sistema aluminijum-magnezijum-silicijum (Al-Mg-Si). Očvršćavaju se termičkom obradom, odnosno očvršćavanjem na temperaturi od 520°C, nakon čega slijedi brzo hlađenje vodom i prirodno starenje oko 10 dana. Karakteristična karakteristika ove grupe materijala je njihova visoka otpornost na koroziju tokom rada u normalnim uslovima i pod stresom.
• Konstrukcijske legure aluminijum-bakar-magnezijum (Al-Cu-Mg). Njihova osnova je aluminijum legiran bakrom, manganom i magnezijumom. Promjenom proporcija legirajućih elemenata dobija se avionski aluminijum čije se karakteristike mogu razlikovati.

Materijali poslednje grupe imaju dobra mehanička svojstva, ali su veoma podložni koroziji od prve i druge porodice legura. Stepen podložnosti koroziji ovisi o vrsti površinske obrade, koju još treba zaštititi bojom ili eloksiranjem. Otpornost na koroziju je djelimično povećana uvođenjem mangana u sastav legure.

Pored tri glavne vrste legura, postoje i legure za kovanje, otporne na toplotu, konstrukcijske legure visoke čvrstoće i druge legure koje imaju svojstva neophodna za određenu primenu.

Označavanje avionskih legura

U međunarodnim standardima, prva cifra oznake avionskog aluminijuma označava glavne legirajuće elemente legure:

• 1000 - čisti aluminijum.
• 2000 - duralumin, legure legirane bakrom. U određenom periodu - najčešća avio-legura. Sve više se zamjenjuju legurama serije 7000 zbog visoke podložnosti pucanju od korozije.
• 3000 - legirajući element - mangan.
• 4000 - legirajući element - silicijum. Legure su također poznate kao silumini.
• 5000 - legirajući element - magnezijum.
• 6000 su najduktilnije legure. Legirajući elementi su magnezijum i silicijum. Može se termički očvrsnuti radi povećanja čvrstoće, ali ovoparametar je inferioran u odnosu na serije 2000 i 7000.
• 7000 - termički kaljene legure, najizdržljiviji avionski aluminijum. Glavni legirajući elementi su cink i magnezijum.

Druga cifra oznake je serijski broj modifikacije aluminijumske legure nakon originalne - broj "0". Zadnje dvije cifre su broj same legure, informacija o njenoj čistoći po nečistoćama. Ako je legura iskusna, peti "X" se dodaje na oznaku.

Danas, najčešći tipovi avio aluminijuma: 1100, 2014, 2017, 3003, 2024, 2219, 2025, 5052, 5056. Karakteristike ovih legura su: lakoća, trenje, otpornost na duktilnost, korozija i visoka opterećenja. U industriji aviona, legure koje se najčešće koriste su 6061 i 7075 avionski aluminijum.

Kompozicija

Glavni legirajući elementi vazduhoplovnog aluminijuma su: bakar, magnezijum, silicijum, mangan, cink. Procenat ovih elemenata po težini u leguri određen je karakteristikama kao što su čvrstoća, fleksibilnost, otpornost na mehanička opterećenja, itd. Osnova legure je aluminijum, glavni legirajući elementi su bakar (2,2-5,2% po težini), magnezijum (0,2-2,7%) i mangan (0,2-1%).

Familija avionskih legura aluminijuma sa silicijumom (4-13% po težini) sa malim sadržajem drugih legirajućih elemenata - bakra, mangana, magnezijuma, cinka, titanijuma, berilijuma. Koristi se za izradu složenih delova, takođe poznatih kao silumin ili legura livenog aluminijuma. porodica legura aluminijum-magnezijum(1-13% mase) sa ostalim elementima imaju visoku duktilnost i otpornost na koroziju.

Uloga bakra u avionskom aluminijumu

Prisustvo bakra u sastavu avionske legure doprinosi njenom očvršćavanju, ali istovremeno loše utiče na njenu otpornost na koroziju. Ispuštajući na granicama zrna tokom procesa kaljenja, bakar čini leguru podložnom pitingu, koroziji naprezanja i intergranularnoj koroziji. Područja bogata bakrom su galvanski katodnija od okolne aluminijske matrice i stoga su podložnija galvanskoj koroziji. Povećanje sadržaja bakra u masi legure do 12% povećava svojstva čvrstoće zbog disperzijskog ojačanja tokom starenja. Sa sadržajem bakra većim od 12%, legura postaje lomljiva.

Područja primjene

Aluminijske legure su najtraženiji metal za prodaju. Mala težina avionskog aluminijuma i njegova čvrstoća čine ovu leguru dobrim izborom za mnoge industrije od aviona do predmeta za domaćinstvo (mobilni telefoni, slušalice, baterijske lampe). Aluminijske legure se koriste u brodogradnji, automobilskoj industriji, građevinarstvu, željezničkom saobraćaju i nuklearnoj industriji.

Legure sa umjerenim sadržajem bakra su široko tražene (2014., 2024. itd.). Profili napravljeni od ovih legura imaju visoku otpornost na koroziju, dobru obradivost i zavarljivost. Koriste se za izradu kritičnih struktura za avione, teška vozila, vojnu opremu.

Karakteristike povezivanja aluminijuma za avion

Zavarivanje vazduhoplovnih legura vrši se isključivo u zaštitnom okruženju inertnih gasova. Poželjni gasovi su: helijum, argon ili njihova mešavina. Helijum ima veću toplotnu provodljivost. To određuje povoljnije temperaturne pokazatelje okoline zavarivanja, što omogućava prilično udobno povezivanje konstrukcijskih elemenata debelih zidova. Upotreba mješavine zaštitnih plinova doprinosi potpunijem uklanjanju plina. U ovom slučaju, vjerovatnoća stvaranja pora u zavaru je značajno smanjena.

Avionske aplikacije

Legura aluminijuma za vazduhoplovstvo prvobitno su kreirana specijalno za konstrukciju vazduhoplovne opreme. Od njih se prave karoserije aviona, delovi motora, šasije, rezervoari za gorivo, pričvršćivači itd. U unutrašnjosti kabine se koriste avio aluminijumski delovi.

2xxx serije aluminijumskih legura koriste se za proizvodnju delova izloženih visokim temperaturama. Dijelovi lako opterećenih agregata, sistema goriva, hidraulike i ulja izrađeni su od legura 3xxx, 5xxx i 6xxx. Legura 7075 dobila je najširu primenu u industriji aviona. Od nje se izrađuju elementi za rad pod velikim opterećenjem, niskim temperaturama sa visokom otpornošću na koroziju. Osnova legure je aluminijum, a glavni legirajući elementi su magnezijum, cink i bakar. Od njega se izrađuju energetski profili konstrukcija aviona, elementi kože.