Letecký hliník: vlastnosti

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-17 10:39

Vďaka svojej ľahkosti, ťažnosti a odolnosti voči korózii sa hliník stal nenahraditeľným materiálom v mnohých priemyselných odvetviach. Letecký hliník je skupina zliatin vyznačujúca sa zvýšenou pevnosťou so zahrnutím horčíka, kremíka, medi a mangánu. Dodatočnú pevnosť dodáva zliatine pomocou tzv. "efekt starnutia" - špeciálna metóda vytvrdzovania pod vplyvom agresívneho atmosférického prostredia na dlhú dobu. Zliatina bola vynájdená na začiatku 20. storočia, nazývaná dural, teraz známa aj ako „aviál“.

Definícia. Historická exkurzia

Za začiatok histórie leteckých hliníkových zliatin sa považuje rok 1909. Nemecký metalurgický inžinier Alfred Wilm experimentálne zistil, že ak sa zliatina hliníka s miernym prídavkom medi, mangánu a horčíka po ochladení pri teplote 500 °C a rýchlom ochladení udržiava na teplote 20-25 stupňov po dobu 4-5 dní, postupne sa stáva tvrdším a pevnejším bez straty ťažnosti. Postup sa nazýval „starnutie“alebo „dozrievanie“. V procese takéhoto kalenia sa atómy medi naplniaveľa malých zón na hraniciach zŕn. Priemer atómu medi je menší ako priemer hliníka, preto vzniká tlakové napätie, v dôsledku čoho sa zvyšuje pevnosť materiálu.

Po prvý raz bola zliatina vylepšená v nemeckých továrňach Dürener Metallwerken a dostala ochrannú známku Dural, odtiaľ názov „duralumin“. Následne americkí metalurgovia R. Archer a V. Jafris vylepšili zloženie zmenou percenta, hlavne horčíka. Nová zliatina dostala názov 2024, ktorý sa v rôznych modifikáciách hojne používa aj teraz a celá rodina zliatin sa volá Avial. Táto zliatina dostala názov "letecký hliník" takmer okamžite po svojom objave, pretože úplne nahradila drevo a kov v leteckých konštrukciách.

Hlavné typy a vlastnosti

Existujú tri hlavné skupiny:

• Skupiny hliník-mangán (Al-Mn) a hliník-horčík (Al-Mg). Hlavnou charakteristikou je vysoká odolnosť proti korózii, sotva nižšia ako čistý hliník. Takéto zliatiny sa dobre hodia na spájkovanie a zváranie, ale sú zle rezané. Nevytvrdené tepelným spracovaním.
• Zliatiny odolné voči korózii systému hliník-horčík-kremík (Al-Mg-Si). Vytvrdzujú sa tepelným spracovaním, a to vytvrdzovaním pri teplote 520°C s následným rýchlym ochladením vodou a prirodzeným starnutím po dobu cca 10 dní. Charakteristickým znakom tejto skupiny materiálov je ich vysoká odolnosť proti korózii počas prevádzky za normálnych podmienok a pri namáhaní.
• Konštrukčné zliatiny hliníka, medi a horčíka (Al-Cu-Mg). Ich základom je hliník legovaný meďou, mangánom a horčíkom. Zmenou podielov legujúcich prvkov sa získa letecký hliník, ktorého vlastnosti sa môžu líšiť.

Materiály poslednej skupiny majú dobré mechanické vlastnosti, ale sú vysoko náchylné na koróziu ako prvá a druhá skupina zliatin. Miera náchylnosti na koróziu závisí od druhu povrchovej úpravy, ktorú je ešte potrebné chrániť náterom alebo eloxovaním. Odolnosť proti korózii sa čiastočne zvyšuje zavedením mangánu do zloženia zliatiny.

Okrem troch hlavných typov zliatin existujú aj zliatiny na kovanie, tepelne odolné, vysokopevnostné konštrukčné a iné zliatiny, ktoré majú vlastnosti potrebné pre konkrétnu aplikáciu.

Značenie leteckých zliatin

V medzinárodných normách prvá číslica označenia leteckého hliníka označuje hlavné legujúce prvky zliatiny:

• 1000 – čistý hliník.
• 2000 - duraly, zliatiny legované meďou. V určitom období - najbežnejšia letecká zliatina. Čoraz častejšie nahrádzané zliatinami série 7000 kvôli vysokej náchylnosti ku koróznemu praskaniu pod napätím.
• 3000 – legujúci prvok – mangán.
• 4000 - legujúci prvok - kremík. Zliatiny sú známe aj ako siluminy.
• 5000 – legujúci prvok – horčík.
• 6000 sú najtvárnejšie zliatiny. Legujúce prvky sú horčík a kremík. Dá sa tepelne vytvrdiť na zvýšenie pevnosti, ale totoparameter je nižší ako pri sérii 2000 a 7000.
• 7000 - tepelne tvrdené zliatiny, najodolnejší letecký hliník. Hlavnými legovacími prvkami sú zinok a horčík.

Druhá číslica označenia je poradové číslo modifikácie hliníkovej zliatiny po pôvodnom čísle - číslo "0". Posledné dve číslice sú číslo samotnej zliatiny, informácia o jej čistote podľa nečistôt. Ak je zliatina skúsená, k značeniu sa pridá piate „X“.

V súčasnosti sú najbežnejšie triedy leteckého hliníka: 1100, 2014, 2017, 3003, 2024, 2219, 2025, 5052, 5056. Charakteristické vlastnosti týchto zliatin sú: ľahkosť, ťažnosť, pevnosť v trení, korózia a vysoké zaťaženie. V leteckom priemysle sú najpoužívanejšie zliatiny leteckého hliníka 6061 a 7075.

Zloženie

Hlavnými legovacími prvkami leteckého hliníka sú: meď, horčík, kremík, mangán, zinok. Hmotnostné percento týchto prvkov v zliatine je určené takými vlastnosťami, ako je pevnosť, pružnosť, odolnosť voči mechanickému namáhaniu atď. Základom zliatiny je hliník, hlavné legujúce prvky sú meď (2,2-5,2 % hmotnosti), horčík (0,2-2,7%) a mangán (0,2-1%).

Rodina leteckých zliatin hliníka s kremíkom (4-13% hmotnosti) s malým obsahom ďalších legujúcich prvkov - meď, mangán, horčík, zinok, titán, berýlium. Používa sa na výrobu zložitých dielov, známych tiež ako silumin alebo zliatina hliníka. rodina zliatin hliníka a horčíka(1-13% hmotnosti) s inými prvkami majú vysokú ťažnosť a odolnosť proti korózii.

Úloha medi v leteckom hliníku

Prítomnosť medi v zložení leteckej zliatiny prispieva k jej vytvrdzovaniu, no zároveň má zlý vplyv na jej odolnosť voči korózii. Meď, ktorá vypadne na hraniciach zŕn počas procesu kalenia, robí zliatinu náchylnou na jamkovú koróziu, koróziu pod napätím a medzikryštalickú koróziu. Oblasti bohaté na meď sú galvanicky katodickejšie ako okolitá hliníková matrica, a preto sú náchylnejšie na galvanickú koróziu. Zvýšenie obsahu medi v hmote zliatiny až o 12 % zvyšuje pevnostné vlastnosti v dôsledku disperzného spevňovania počas starnutia. Pri obsahu medi nad 12% sa zliatina stáva krehkou.

Oblasti použitia

Zliatiny hliníka sú najvyhľadávanejším kovom na predaj. Nízka hmotnosť leteckého hliníka a jeho pevnosť robí z tejto zliatiny dobrú voľbu pre mnohé priemyselné odvetvia od lietadiel až po domáce potreby (mobilné telefóny, slúchadlá, baterky). Zliatiny hliníka sa používajú v lodiarstve, automobilovom priemysle, stavebníctve, železničnej doprave a jadrovom priemysle.

Zliatiny s miernym obsahom medi sú široko žiadané (2014, 2024 atď.). Profily vyrobené z týchto zliatin majú vysokú odolnosť proti korózii, dobrú opracovateľnosť a bodovú zvárateľnosť. Používajú sa na výrobu kritických štruktúr pre lietadlá, ťažké vozidlá, vojenské vybavenie.

Funkcie pripojenia hliníka v lietadle

Zváranie leteckých zliatin sa vykonáva výhradne v ochrannom prostredí inertných plynov. Výhodné plyny sú: hélium, argón alebo ich zmes. Hélium má vyššiu tepelnú vodivosť. To určuje priaznivejšie teplotné ukazovatele zváracieho prostredia, čo umožňuje celkom pohodlne spájať hrubostenné konštrukčné prvky. Použitie zmesi ochranných plynov prispieva k úplnejšiemu odstráneniu plynov. V tomto prípade sa výrazne zníži pravdepodobnosť tvorby pórov vo zvare.

Aplikácie v lietadle

Letecké hliníkové zliatiny boli pôvodne špeciálne vytvorené na konštrukciu leteckých zariadení. Vyrábajú sa z nich karosérie lietadiel, časti motora, podvozky, palivové nádrže, spojovacie prvky atď.. V interiéri kabíny sú použité letecké hliníkové diely.

Hliníkové zliatiny série 2xxx sa používajú na výrobu dielov vystavených vysokým teplotám. Diely ľahko zaťažených agregátov, palivové, hydraulické a olejové systémy sú vyrobené zo zliatin 3xxx, 5xxx a 6xxx. Najširšie uplatnenie v leteckom priemysle získala zliatina 7075. Vyrábajú sa z nej prvky pre prevádzku pri výraznom zaťažení, nízkych teplotách s vysokou odolnosťou proti korózii. Základom zliatiny je hliník a hlavné legujúce prvky sú horčík, zinok a meď. Vyrábajú sa z neho výkonové profily leteckých konštrukcií, povrchové prvky.