Letecký hliník: vlastnosti

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-17 10:22

Díky své lehkosti, tažnosti a odolnosti vůči korozi se hliník stal nepostradatelným materiálem v mnoha průmyslových odvětvích. Letecký hliník je skupina slitin vyznačujících se zvýšenou pevností se zahrnutím hořčíku, křemíku, mědi a manganu. Dodatečná pevnost je slitině dána pomocí tzv. "efekt stárnutí" - speciální metoda otužování pod vlivem agresivního atmosférického prostředí po dlouhou dobu. Slitina byla vynalezena na začátku 20. století, nazývaná dural, nyní také známá jako „aviál“.

Definice. Historická exkurze

Za počátek historie leteckých slitin hliníku se považuje rok 1909. Německý metalurgický inženýr Alfred Wilm experimentálně zjistil, že pokud se hliníková slitina s mírným přídavkem mědi, manganu a hořčíku po kalení při teplotě 500 °C a rychlém ochlazení udrží na teplotě 20-25 stupňů po dobu 4-5 dnů, postupně se stává tvrdším a pevnějším bez ztráty tažnosti. Proceduře se říkalo „stárnutí“nebo „zrání“. V procesu takového kalení se atomy mědi plnímnoho drobných zón na hranicích zrn. Průměr atomu mědi je menší než průměr hliníku, proto se objevuje tlakové napětí, v důsledku čehož se zvyšuje pevnost materiálu.

Poprvé byla slitina masterována v německých továrnách Dürener Metallwerken a obdržela ochrannou známku Dural, odtud název „duralumin“. Následně američtí metalurgové R. Archer a V. Jafris vylepšili složení změnou procenta, hlavně hořčíku. Nová slitina dostala název 2024, který se v různých modifikacích hojně používá i nyní a celá rodina slitin nese název Avial. Tato slitina získala jméno "letecký hliník" téměř okamžitě po svém objevu, protože zcela nahradila dřevo a kov v konstrukcích letadel.

Hlavní typy a vlastnosti

Existují tři hlavní skupiny:

• Skupiny hliník-mangan (Al-Mn) a hliník-hořčík (Al-Mg). Hlavní charakteristikou je vysoká odolnost proti korozi, sotva horší než čistý hliník. Takové slitiny se dobře hodí k pájení a svařování, ale špatně se řežou. Nevytvrzeno tepelným zpracováním.
• Slitiny odolné proti korozi systému hliník-hořčík-křemík (Al-Mg-Si). Vytvrzují se tepelným zpracováním, a to kalením při teplotě 520°C, následovaným rychlým ochlazením vodou a přirozeným stárnutím po dobu cca 10 dnů. Charakteristickým znakem této skupiny materiálů je jejich vysoká odolnost proti korozi během provozu za normálních podmínek a při namáhání.
• Strukturální slitiny hliníku, mědi a hořčíku (Al-Cu-Mg). Jejich základem je hliník legovaný mědí, manganem a hořčíkem. Změnou poměrů legujících prvků se získá letecký hliník, jehož vlastnosti se mohou lišit.

Materiály poslední skupiny mají dobré mechanické vlastnosti, ale jsou vysoce náchylné ke korozi než první a druhá skupina slitin. Míra náchylnosti ke korozi závisí na typu povrchové úpravy, kterou je ještě potřeba chránit nátěrem nebo eloxem. Odolnost proti korozi je částečně zvýšena zavedením manganu do složení slitiny.

Kromě tří hlavních typů slitin existují také slitiny kované, žáruvzdorné, vysoce pevné konstrukční a jiné slitiny, které mají vlastnosti nezbytné pro konkrétní aplikaci.

Značení leteckých slitin

V mezinárodních normách označuje první číslice označení leteckého hliníku hlavní legující prvky slitiny:

• 1000 – čistý hliník.
• 2000 - duraly, slitiny legované mědí. V určitém období - nejběžnější letecká slitina. Stále častěji nahrazovány slitinami řady 7000 kvůli vysoké náchylnosti ke koroznímu praskání pod napětím.
• 3000 – legující prvek – mangan.
• 4000 - legující prvek - křemík. Slitiny jsou také známé jako siluminy.
• 5000 – legující prvek – hořčík.
• 6000 jsou nejtažnější slitiny. Legujícími prvky jsou hořčík a křemík. Lze tepelně kalit pro zvýšení pevnosti, ale totoparametr je nižší než u řady 2000 a 7000.
• 7000 - tepelně tvrzené slitiny, nejodolnější letecký hliník. Hlavní legující prvky jsou zinek a hořčík.

Druhá číslice označení je pořadovým číslem modifikace hliníkové slitiny za původním číslem „0“. Poslední dvě číslice jsou číslo samotné slitiny, informace o její čistotě podle nečistot. Pokud dojde ke slitině, přidá se k označení páté „X“.

Dnes nejběžnější třídy leteckého hliníku: 1100, 2014, 2017, 3003, 2024, 2219, 2025, 5052, 5056. Charakteristické vlastnosti těchto slitin jsou: lehkost, tažnost, dobrá pevnost v tření, koroze a vysoké zatížení. V leteckém průmyslu jsou nejrozšířenější slitiny leteckého hliníku 6061 a 7075.

Složení

Hlavními legujícími prvky leteckého hliníku jsou: měď, hořčík, křemík, mangan, zinek. Hmotnostní procento těchto prvků ve slitině je určeno takovými charakteristikami, jako je pevnost, pružnost, odolnost proti mechanickému namáhání atd. Základem slitiny je hliník, hlavními legujícími prvky je měď (2,2-5,2 % hmotnosti), hořčík (0,2-2,7 %) a mangan (0,2-1 %).

Rodina leteckých slitin hliníku s křemíkem (4-13 % hm.) s malým obsahem dalších legujících prvků - měď, mangan, hořčík, zinek, titan, berylium. Používá se k výrobě složitých dílů, známých také jako silumin nebo litá hliníková slitina. rodina slitin hliníku a hořčíku(1-13% hmotnosti) s dalšími prvky mají vysokou tažnost a odolnost proti korozi.

Role mědi v leteckém hliníku

Přítomnost mědi ve složení letecké slitiny přispívá k jejímu vytvrzení, ale zároveň má špatný vliv na její odolnost proti korozi. Díky vypadávání na hranicích zrn během procesu kalení měď činí slitinu citlivou na důlkovou korozi, korozi pod napětím a mezikrystalovou korozi. Oblasti bohaté na měď jsou galvanicky katodičtější než okolní hliníková matrice, a proto jsou náchylnější ke galvanické korozi. Zvýšení obsahu mědi ve hmotě slitiny až o 12 % zvyšuje pevnostní vlastnosti v důsledku disperzního zpevnění během stárnutí. S obsahem mědi vyšším než 12 % se slitina stává křehkou.

Oblasti použití

Slitiny hliníku jsou nejžádanějším kovem na prodej. Nízká hmotnost leteckého hliníku a jeho pevnost činí z této slitiny dobrou volbu pro mnoho průmyslových odvětví od letadel po domácí potřeby (mobilní telefony, sluchátka, svítilny). Hliníkové slitiny se používají při stavbě lodí, automobilovém průmyslu, stavebnictví, železniční dopravě a jaderném průmyslu.

Slitiny se středním obsahem mědi jsou široce žádány (2014, 2024 atd.). Profily z těchto slitin mají vysokou odolnost proti korozi, dobrou obrobitelnost a bodovou svařitelnost. Používají se k výrobě kritických konstrukcí pro letadla, těžká vozidla, vojenskou techniku.

Funkce připojení hliníku pro letadla

Svařování leteckých slitin se provádí výhradně v ochranném prostředí inertních plynů. Výhodné plyny jsou: helium, argon nebo jejich směsi. Helium má vyšší tepelnou vodivost. To určuje příznivější teplotní ukazatele svařovacího prostředí, což umožňuje celkem pohodlně spojovat silnostěnné konstrukční prvky. Použití směsi ochranných plynů přispívá k úplnějšímu odstranění plynu. V tomto případě je výrazně snížena pravděpodobnost tvorby pórů ve svaru.

Aplikace v letadle

Letecké hliníkové slitiny byly původně speciálně vytvořeny pro konstrukci leteckého vybavení. Jsou z nich vyrobeny nástavby letadel, části motoru, podvozek, palivové nádrže, spojovací materiál atd. V interiéru kabiny jsou použity letecké hliníkové díly.

Hliníkové slitiny řady 2xxx se používají k výrobě dílů vystavených vysokým teplotám. Díly málo zatížených agregátů, palivové, hydraulické a olejové systémy jsou vyrobeny ze slitin 3xxx, 5xxx a 6xxx. Nejširší uplatnění v leteckém průmyslu získala slitina 7075. Jsou z ní vyráběny prvky pro provoz při značné zátěži, nízkých teplotách s vysokou odolností proti korozi. Základem slitiny je hliník a hlavními legujícími prvky jsou hořčík, zinek a měď. Jsou z něj vyrobeny výkonové profily leteckých konstrukcí, skinové prvky.