Спецификации за авиационен алуминий

Благодарение на своята лекота, пластичност и устойчивост на корозия, алуминият се превърна в незаменим материал в много индустрии. Авиационният алуминий е група от 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 авиал.

Определение. Историческо отклонение

Началото на историята на авиационните алуминиеви сплави се счита за 1909 година. Германският инженер-металург Алфред Вилм експериментално установи, че ако алуминиева сплав с леко добавяне на мед, манган и магнезий след охлаждане при температура 500 ° C и бързо охлаждане се поддържа при температура 20-25 градуса в продължение на 4-5 дни, тя постепенно става по-твърда и по-здрава, без да губи пластичност. Процедурата се наричаше „стареене“ или „отлежаване“. По време на такова втвърдяване, медните атоми запълват много малки зони по границите на зърната. Диаметърът на медния атом е по-малък от този на алуминия, поради което се появява напрежение на натиск, в резултат на което якостта на материала се увеличава.

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

Основни видове 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 режат лошо. Не се втвърдява при топлинна обработка.
Устойчиви на корозия сплави от 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 черта на материалите от тази група е тяхната висока устойчивост на корозия при експлоатация при нормални условия и при натоварване.
Конструкционни алуминиево-медно-магнезиеви сплави (Al-Cu-Mg). Тяхната основа е алуминий, легиран с мед, манган и магнезий. Чрез промяна на пропорциите на легиращите елементи се получава авиационен алуминий, чиито характеристики могат да се различават.

Материалите от последната група имат добри механични свойства, но в същото време са много 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 повишава частично чрез въвеждането на манган в състава на сплавта.

В допълнение към трите основни вида сплави, има и сплави за коване, топлоустойчиви, високоякостни структурни и други, които имат свойствата, необходими за конкретно приложение.

Маркировка на авиационни сплави

В международните стандарти, първата цифра от авиационната алуминиева маркировкаобозначава основните легиращи елементи на сплавта:

1000 - чист алуминий.
2000 - дуралуминий, сплави, легирани с мед. В определен период - най-разпространената космическа сплав. Поради високата им чувствителност към корозионно напукване под напрежение, те все повече се заменят със сплави от серия 7000.
3000 - легиращ елемент - манган.
4000 - легиращ елемент - силиций. Сплавите са известни още като силумини.
5000 - легиращ елемент - магнезий.
6000 - най-пластичните сплави. Легиращи елементи са магнезий и силиций. Те могат да бъдат термично закалени, за да увеличат якостта, но са по-ниски от сериите 2000 и 7000 по този параметър.
7000 - термично закалени сплави, най-издръжливият авиационен алуминий. Основните легиращи елементи са цинк и магнезий.

Втората цифра от 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 експериментална, към маркировката се добавя пети знак "X".

Към днешна дата най-често срещаните класове авиационен алуминий са: 1100, 2014, 2017, 3003, 2024, 2219, 2025, 5052, 5056. Отличителни черти на тези сплави са: лекота, пластичност, добра якост, устойчивост на триене, корозия и високи натоварвания. В самолетостроенето най-широко използваните сплави са 6061 и 7075 самолетен алуминий.

Ролята на медта в самолетния алуминий

Наличието на мед в състава на авиационната сплав допринася за нейното втвърдяване, но в същото време оказва лошо влияние върху нейната устойчивост на корозия. Отпадайки по границите на зърната по време на процеса на охлаждане, медта прави сплавта податлива на питинг, корозия под напрежение имеждукристална корозия. Зоните, богати на мед, са по-галванично катодни от околната 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 дисперсионно укрепване по време на стареене. При съдържание на мед в състава над 12% сплавта става крехка.

Приложения

Характеристики на алуминиево свързване на самолета

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-пълното отстраняване на газовете. В този случай вероятността от образуване на пори в заваръчния шев е значително намалена.

Приложение в самолетостроенето

Авиационните алуминиеви сплави първоначално са създадени специално за конструиране на авиационно оборудване. От тях се изработват корпуси на самолети, части на двигатели, шасита, резервоари за гориво, крепежни елементи и др.В интериора на кабината са използвани части от авиационен алуминий.

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