ألمنيوم الطيران: الخصائص

2024 مؤلف: Howard Calhoun | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-17 10:18

بسبب خفته وليونته ومقاومته للتآكل ، أصبح الألمنيوم مادة لا غنى عنها في العديد من الصناعات. ألمنيوم الطائرات عبارة عن مجموعة من السبائك التي تتميز بالقوة المتزايدة مع تضمين المغنيسيوم والسيليكون والنحاس والمنغنيز. يتم إعطاء قوة إضافية للسبائك بمساعدة ما يسمى. "تأثير الشيخوخة" - طريقة خاصة للتصلب تحت تأثير بيئة جوية عدوانية لفترة طويلة. تم اختراع السبيكة في بداية القرن العشرين ، وتسمى duralumin ، وتعرف الآن أيضًا باسم "avial".

التعريف. رحلة تاريخية

تعتبر بداية تاريخ سبائك الألومنيوم في مجال الطيران عام 1909. أثبت مهندس المعادن الألماني ألفريد ويلم بشكل تجريبي أنه في حالة وجود سبيكة ألمنيوم مع إضافة طفيفة من النحاس والمنغنيز والمغنيسيوم بعد التبريد عند درجة حرارة 500 درجة مئوية والتبريد السريع يتم الحفاظ عليه عند درجة حرارة 20-25 درجة لمدة 4-5 أيام يصبح تدريجياً أكثر صلابة وأقوى دون أن يفقد ليونة. كان يسمى هذا الإجراء "الشيخوخة" أو "النضج". في عملية التصلب ، تملأ ذرات النحاسالعديد من المناطق الصغيرة عند حدود الحبوب. قطر ذرة النحاس أصغر من قطر ذرة الألمنيوم ، لذلك يظهر ضغط انضغاطي ، ونتيجة لذلك تزداد قوة المادة.

لأول مرة ، تم إتقان السبيكة في المصانع الألمانية Dürener Metallwerken وحصلت على العلامة التجارية Dural ، ومن هنا جاء اسم "duralumin". بعد ذلك ، قام عالما المعادن الأمريكيان R. تم تسمية السبيكة الجديدة باسم 2024 ، والتي تُستخدم على نطاق واسع في العديد من التعديلات حتى الآن ، وتسمى عائلة السبائك بأكملها Avial. حصلت هذه السبيكة على اسم "ألمنيوم الطيران" فور اكتشافها تقريبًا ، لأنها حلت تمامًا محل الخشب والمعدن في هياكل الطائرات.

الأنواع والخصائص الرئيسية

هناك ثلاث مجموعات رئيسية:

• عائلات الألمنيوم - المنغنيز (Al-Mn) والألمنيوم - المغنيسيوم (Al-Mg). السمة الرئيسية هي مقاومة عالية للتآكل ، بالكاد أدنى من الألومنيوم النقي. هذه السبائك مناسبة بشكل جيد للحام واللحام ، ولكن يتم قطعها بشكل سيء. لا تصلب بالمعالجة الحرارية.
• سبائك مقاومة للتآكل لنظام الألومنيوم والمغنيسيوم والسيليكون (Al-Mg-Si). يتم تقويتها بالمعالجة الحرارية ، أي التصلب عند درجة حرارة 520 درجة مئوية ، يليها التبريد السريع بالماء والشيخوخة الطبيعية لمدة 10 أيام تقريبًا. السمة المميزة لهذه المجموعة من المواد هي مقاومتها العالية للتآكل أثناء التشغيل في ظل الظروف العادية وتحت الضغط.
• سبائك الألومنيوم والنحاس والمغنيسيوم الإنشائية (Al-النحاس ملغ). أساسها سبائك الألومنيوم مع النحاس والمنغنيز والمغنيسيوم. من خلال تغيير نسب عناصر صناعة السبائك ، يتم الحصول على الألومنيوم المستخدم في صناعة السبائك ، والذي قد تختلف خصائصه.

تتمتع مواد المجموعة الأخيرة بخصائص ميكانيكية جيدة ، ولكنها شديدة التأثر بالتآكل من العائلتين الأولى والثانية من السبائك. تعتمد درجة القابلية للتآكل على نوع معالجة السطح ، والتي لا تزال بحاجة إلى الحماية بالطلاء أو المعالجة بأكسيد الألومنيوم. يتم زيادة مقاومة التآكل جزئيًا عن طريق إدخال المنجنيز في تكوين السبيكة.

بالإضافة إلى الأنواع الثلاثة الرئيسية للسبائك ، هناك أيضًا سبائك مطروقة وسبائك مقاومة للحرارة وهيكلية عالية القوة وسبائك أخرى لها الخصائص اللازمة لتطبيق معين.

تعليم سبائك الطيران

في المعايير الدولية ، يشير الرقم الأول من علامات الألومنيوم الجوية إلى عناصر السبائك الرئيسية:

• 1000 - ألومنيوم نقي.
• 2000 - دورالومين ، سبائك مخلوطة بالنحاس. في فترة معينة - السبائك الفضائية الأكثر شيوعًا. تم استبدالها بشكل متزايد بسبائك سلسلة 7000 بسبب القابلية العالية للتشقق الناتج عن التآكل الإجهادي.
• 3000 - عنصر صناعة السبائك - المنغنيز.
• 4000 - عنصر صناعة السبائك - السيليكون. تُعرف السبائك أيضًا باسم silumins.
• 5000 - عنصر صناعة السبائك - المغنيسيوم.
• 6000 هي السبائك الأكثر مرونة. عناصر السبائك هي المغنيسيوم والسيليكون. يمكن أن يتم تصلب الحرارة لزيادة القوة ولكن هذاالمعلمة أدنى من سلسلة 2000 و 7000.
• 7000 - سبائك صلبة حرارياً ، ألومنيوم الطائرات الأكثر متانة. عناصر السبائك الرئيسية هي الزنك والمغنيسيوم.

الرقم الثاني للوسم هو الرقم التسلسلي لتعديل سبيكة الألومنيوم بعد الرقم الأصلي - الرقم "0". الرقمان الأخيران هما رقم السبيكة نفسها ، ومعلومات حول نقاوتها بواسطة الشوائب. إذا تم اختبار السبيكة ، تتم إضافة علامة "X" خامسة إلى العلامة.

اليوم ، الدرجات الأكثر شيوعًا لألمنيوم الطائرات: 1100 ، 2014 ، 2017 ، 3003 ، 2024 ، 2219 ، 2025 ، 5052 ، 5056. السمات المميزة لهذه السبائك هي: الخفة ، الليونة ، القوة الجيدة ، مقاومة الاحتكاك والتآكل والأحمال العالية. في صناعة الطائرات ، السبائك الأكثر استخدامًا هي 6061 و 7075 ألمنيوم الطائرات.

تكوين

عناصر السبائك الرئيسية لألمنيوم الطائرات هي: النحاس ، والمغنيسيوم ، والسيليكون ، والمنغنيز ، والزنك. يتم تحديد النسبة المئوية لهذه العناصر بالوزن في السبيكة من خلال خصائص مثل القوة والمرونة ومقاومة الإجهاد الميكانيكي ، وما إلى ذلك. قاعدة السبيكة هي الألومنيوم ، وعناصر السبائك الرئيسية هي النحاس (2.2-5.2٪ بالوزن) ، المغنيسيوم (0. 2-2.7٪) والمنغنيز (0.2-1٪).

عائلة من سبائك الألومنيوم للطيران مع السيليكون (4-13٪ بالوزن) مع محتوى صغير من عناصر السبائك الأخرى - النحاس والمنغنيز والمغنيسيوم والزنك والتيتانيوم والبريليوم. تستخدم في صنع الأجزاء المعقدة ، المعروفة أيضًا باسم السيليكون أو سبائك الألومنيوم المصبوب. عائلة سبائك الألومنيوم والمغنيسيوم(1-13٪ كتلة) مع عناصر أخرى لديها ليونة عالية ومقاومة للتآكل.

دور النحاس في الومنيوم الطائرات

يساهم وجود النحاس في تكوين سبيكة الطيران في تصلبها ، ولكن في نفس الوقت له تأثير سيء على مقاومته للتآكل. يتساقط النحاس عند حدود الحبيبات أثناء عملية التبريد ، مما يجعل السبيكة عرضة للتأليب والتآكل الإجهادي والتآكل بين الخلايا الحبيبية. تعتبر المناطق الغنية بالنحاس كاثودية كهربيًا أكثر من مصفوفة الألمنيوم المحيطة ، وبالتالي فهي أكثر عرضة للتآكل الجلفاني. تؤدي زيادة محتوى النحاس في كتلة السبيكة إلى 12٪ إلى زيادة خصائص القوة بسبب تقوية التشتت أثناء التقادم. مع محتوى نحاسي يزيد عن 12٪ ، تصبح السبيكة هشة.

مجالات التطبيق

سبائك الألومنيوم هي أكثر المعادن رواجًا للبيع. يجعل الوزن الخفيف للألمنيوم المستخدم في صناعة الطائرات وقوته من هذه السبيكة خيارًا جيدًا للعديد من الصناعات من الطائرات إلى الأدوات المنزلية (الهواتف المحمولة وسماعات الرأس والمصابيح الكهربائية). سبائك الألومنيوم تستخدم في بناء السفن ، والسيارات ، والبناء ، والنقل بالسكك الحديدية ، والصناعة النووية.

السبائك ذات المحتوى النحاسي المعتدل مطلوبة على نطاق واسع (2014 ، 2024 وما إلى ذلك). تتميز التشكيلات الجانبية المصنوعة من هذه السبائك بمقاومة عالية للتآكل ، وآلية جيدة ، وقابلية لحام موضعية. يتم استخدامها لإنشاء هياكل مهمة للطائرات والمركبات الثقيلة والمعدات العسكرية.

ميزات اتصال الألومنيوم للطائرات

يتم لحام سبائك الطيران حصريًا في بيئة واقية من الغازات الخاملة. الغازات المفضلة هي: الهليوم أو الأرجون أو خليط منهما. الهليوم لديه موصلية حرارية أعلى. يحدد هذا مؤشرات درجة حرارة أكثر ملاءمة لبيئة اللحام ، مما يجعل من الممكن توصيل العناصر الهيكلية ذات الجدران السميكة بشكل مريح. يساهم استخدام خليط من الغازات الواقية في إزالة الغاز بشكل كامل. في هذه الحالة ، تقل احتمالية تكوين المسام في اللحام بشكل كبير.

تطبيقات الطائرات

صنعت سبائك الألومنيومفي الأصل خصيصًا لبناء معدات الطيران. مصنوعة منها أجسام الطائرات وأجزاء المحرك والشاسيه وخزانات الوقود والمثبتات وما إلى ذلك ، وتستخدم أجزاء من الألومنيوم للطيران داخل المقصورة.

2xxx سلسلة سبائك الألومنيوم تستخدم لإنتاج الأجزاء المعرضة لدرجات حرارة عالية. أجزاء من الوحدات خفيفة الوزن وأنظمة الوقود والأنظمة الهيدروليكية والزيتية مصنوعة من سبائك 3xxx و 5xxx و 6xxx. تلقت سبيكة 7075 أوسع تطبيق في صناعة الطائرات ، حيث يتم تصنيع العناصر منها للتشغيل تحت حمولة كبيرة ودرجات حرارة منخفضة ومقاومة عالية للتآكل. أساس السبيكة هو الألمنيوم ، وعناصر السبائك الرئيسية هي المغنيسيوم والزنك والنحاس. ملامح القوة لهياكل الطائرات ، وعناصر الجلد مصنوعة منها.