Nagy teljesítményű anyagok a legigényesebb ágazathoz - Metalmecбnica

A következő 20 évben a légi közlekedés iránti kereslet jelentős növekedését prognosztizálták. A világ különféle régióinak - például Brazília, Oroszország, India és Kína - gazdasági növekedése eddig húsz év alatt a világranglista élére állítja őket. Lehetséges, hogy a légi úton utazók száma megduplázódhat az új repülőgépek iránti növekvő kereslettel, amelyet 13 500 és 19 000 között becsülnek. Ez 685 és 950 repülőgép közötti éves beszállítást jelent, amelynek becsült összértéke körülbelül 1,35 billió dollár. Kizárólag Európára korlátozódva a járatok száma ebben az időszakban várhatóan 50% -kal nő, és csak Németország követel 1000 új repülőgépet az Airbus globális piaci előrejelzése szerint.

A globális piacon az innováció meghatározó szerepet játszik a piaci részesedés fenntartásában és növelésében. Már folynak azok a légi motorok kifejlesztése, amelyek egyre megbízhatóbbak, gazdaságosabbak és alacsony kémiai és hangszennyezést eredményeznek. Ebben az összefüggésben a 2020-as európai környezeti célkitűzések a szén-dioxid-kibocsátás 50% -os, a nitrogén-oxid 80% -os és a zaj 50% -os csökkentésére összpontosítanak.

A fejlett anyagok fontos szerepe

A mai repülőgépek figyelemre méltó teljesítményjellemzői nagyrészt a nagy teljesítményű anyagok terén elért fejlődés és a repülőgép különböző részeiben alkalmazott különböző gyártási technológiák eredménye. A teljesítmény folyamatos növekedése érdekében a tervezők folyamatosan könnyebb, erősebb és tartósabb anyagokat keresnek.

Amint az 1. ábrán láthatjuk, egy kereskedelmi repülőgépen csak 14% -ot használnak az utasok szállítására, ami profitot termel. Ezért a súlymegtakarítás, legyen az bármilyen kicsi is, nagy értékű optimalizálás. Például a repülőgép 1% -os súlymegtakarítása 15% -kal növeli a hasznos terhet. Ami csaknem 7% -os növekedést jelent.

Mint ismeretes, a törzs súlyának csökkentésére és teljesítményének javítására a leghatékonyabb módszer a sűrűség csökkentése és a mechanikai tulajdonságok növelése. Az anyagsűrűség csökkenését a becslések szerint körülbelül 3-5-szer hatékonyabbak, mint a szakítószilárdság, a modulus vagy a károsodástűrés növekedését. A sugárhajtómű-turbinák esetében az anyagok fejlődése lehetővé tette az üzemi hőmérséklet jelentős növekedését, ami magasabb tolóerő-szintet eredményez, ami ismét növeli a teljesítményt.

Különböző anyagok

Az ebben az igényes repülési és repülési ágazatban használt hagyományos anyagokat az alábbiakban soroljuk fel.

Alumíniumötvözetek

Az alumíniumötvözetek a repülőgéptörzs fő anyaga, mióta az 1920-as években elkezdték cserélni a fát. Bár az alumínium szerepe a repülőgépipar jövőbeni szerkezeti anyagaként valószínűleg kissé romlik a kompozit anyagok felhasználásával, a nagy szilárdságú alumíniummal az ötvözetek a törzs szempontjából releváns anyagok, és továbbra is az lesznek. Az alumínium vonzereje, hogy ez egy viszonylag olcsó, könnyű fém, amely hő hatására meglehetősen nagy erőhatást gyakorolhat, és az egyik legegyszerűbben előállítható nagy teljesítményű anyag, amely általában közvetlenül összefügg az alacsonyabb költségek.

Használatának fő okai a következők:

Magas súlyállóság.
Érdekes kriogén tulajdonságok. Az alumíniumötvözetek alacsony hőmérsékleten nem omlanak össze, és a hőmérséklet csökkenésével még erősebbé válnak, anélkül, hogy a hajlékonyság jelentősen csökkenne.
Megmunkálhatóság. Az alumíniumötvözetek az összes fém közül a legkönnyebben formálhatók és megmunkálhatók.
Korrózióval szembeni ellenállás természetes környezetben.
Alkalmasság élelmiszerek és italok tárolására.
Nagy elektromos és hővezető képesség.
Könnyű újrahasznosítás.

Az alumínium-réz (2XXX sorozat) és az alumínium-cink (7XXX sorozat) ötvözetek a fő ötvözetek, amelyeket a repülőgép vázszerkezeti alkalmazásában használnak. A 2XXX ötvözeteket hibatűrő alkalmazásokban használják, például az alsó szárny alkatrészekben és a kereskedelmi repülőgépek törzsszerkezetében, míg a 7XXX ötvözeteket ott használják, ahol nagyobb szilárdságra van szükség, például felső szárny felületekre. A 2XXX ötvözeteknek is van egy kis előnyük, mivel jobban képesek ellenállni a hőmérsékletnek (150 vs 120 ° C).

Az összetétel és a feldolgozás vezérlésének fejlesztése folyamatosan javította az ötvözeteket. A szennyeződések, különösen a vas és a szilícium csökkentése nagyobb törési szívósságot és jobb ellenállást jelentett a fáradási repedések iniciálásával és a repedések növekedésével szemben.

Ezekre az új ötvözetekre példák a 2524-T3, a 7150-T77 és a 7055-T77, amelyeket konkrétan a Boeing 777-ben használnak. A híres 2024-T3 ötvözetet az egyik legszélesebb körben használják a törzs felépítésénél. Bár csak közepes hozamponttal rendelkezik, nagyon jól ellenáll a fáradtsági repedések növekedésének, valamint jó a törésállósága. Ugyanakkor az újabb 2524-T3 ötvözet 15-20% -kal javítja a törés szilárdságát, és kétszeresen ellenáll a fáradtsági repedések növekedésének a 2024-T3-hoz képest.

A 7XXX ötvözetek nagyobb előnyökkel járnak, mint a 2XXX ötvözetek, és ezeket lapokban, lemezekben, kovácsdarabokban és sajtolásban használják. A 2024-T3-hoz hasonlóan a 7075-T6-ot is hosszú évek óta használják a törzs építésénél; a korróziós repedések azonban visszatérő problémát jelentenek. Az újabb ötvözetek, mint például a 7055-T77, nagyobb szilárdsággal és hibatűréssel rendelkeznek, mint a 7050-T7451, míg a 7085-T7651 nagyobb szilárdsággal rendelkezik vastag szakaszokban. Az összetétel ellenőrzésének megerősítésével és a nem kívánt szennyeződések eltávolításával együtt a 7XXX ötvözetek jobb hőöregedési kezeléseinek kidolgozása jelentősen csökkentette a feszültségkorróziós repedéseket és javította a törésállóságot, minimális hatással az erőre.

Az alumínium alkatrészek gyártásának technológiájának fejlesztése, beleértve a nagysebességű megmunkálást és a súrlódó hegesztést, közvetlen hatással van az alacsonyabb költségekre.

Magnézium és berillium

Noha a magnézium és a berillium rendkívül könnyű anyag, mindkettőnek vannak komoly hátrányai, amelyek korlátozzák alkalmazásukat. A magnéziumötvözetek általában versenyeznek az alumíniumötvözetekkel a szerkezeti alkalmazások szempontjából. A nagy szilárdságú alumíniumötvözetekhez képest a magnéziumötvözetek általában nem olyan erősek, és kisebb a rugalmassági modulusuk. A magnéziumötvözetek azonban lényegesen könnyebbek, ezért versenyképesebbek a fajsúly és a fajlagos alapmodulussal szemben. A magnéziumötvözetek használatának legnagyobb akadálya, hogy rendkívül rossz a korrózióval szemben. A magnézium a galván sorozat legmagasabb anódos helyzetét foglalja el, ezért potenciálisan nem ellenáll a korróziónak. Nehéz vele dolgozni, mivel robbanásveszélyes.