航空機において、アルミニウム合金はどこに使われているのか？

アルミニウム合金の開発は、常に航空分野と密接に関わってきた。20世紀初頭、ライト兄弟の航空機では、すでにエンジンのクランクケースにAl-Cu-Mn鋳造材が使用されていた。1906年にAl-Cu-Mg合金の時効硬化が発見されたことで、アルミニウム・銅合金は機体の主要構造材料として実用化された。

航空機用合金の開発は、いくつかの段階を経てきました。1950年代、主な目標は軽量化と、比剛性および比強度の向上でした。 1960年代から1970年代にかけて、注目は耐久性と損傷許容性へと移り、その結果、7xxx系合金、7050合金、および高純度合金に対するT73およびT76熱処理が開発された。 1980年代には、燃料価格の高騰により、さらなる軽量化が推進された。1990年代以降、開発では軽量化と、耐久性、損傷許容性、強度、靭性、耐食性の向上を両立させるようになった。また、残留応力の少ない厚板を使用することで、多数の部品から構成されるアセンブリに代わって大型の一体構造を採用することが可能となり、軽量化を図りつつ、品質の均一性も向上させている。.

航空機用鋳造アルミニウム合金

現代の航空機には、およそ1,500～2,000種類のアルミニウム合金鋳物が使用されています。これらは、使用条件や設置場所に応じて、以下の3つの基本的なグループに分類されます。

• 高強度鋳造合金： 主に砂型鋳造によって製造されるAl-Cu合金です。これらは機体部品、エンジン室、座席、制御システムなどに使用され、多くの場合、アルミニウムのダイフォージングの代替として用いられます。.
• 耐熱鋳造合金： エンジン周辺や空気交換システムにおいて、約200～400°Cの環境下で使用される高合金化Al-Cu-Ni材料。これらの環境では、熱変形に対する耐性が重要となる。.
• 耐食性鋳造合金： Al-Mg合金は、強度、延性、衝撃靭性、耐疲労性、および溶接性を兼ね備えています。腐食環境にさらされる水上飛行機の構造材に適しています。.

航空機用展伸アルミニウム合金

航空機用鍛造材として最も広く使用されているものには、2xxx系Al-Cu合金、7xxx系Al-Zn合金、およびAl-Li合金がある。これらは、外板、主翼、フレーム、床梁、その他の荷重を支える構造物に広く用いられている。.

Al-Cu合金の代表的な用途

2xxxシリーズは、航空分野で広く採用された最初の熱処理可能なアルミニウム合金群でした。.

Al-Zn合金の代表的な用途

商用7xxx系には、最も強度の高い鍛造アルミニウム合金がいくつか含まれています。これらの材料は、高い比強度と剛性、優れた耐食性および耐損傷性、そして良好な被削性を備えています。90年以上にわたり、開発は単一の特性の最適化から総合的な性能のバランスを取る方向へと進展し、製品のサイズも大幅に拡大しました。 これまでに開発された合金ファミリーには、7×75、7×50/7010、7055/7449、および7136/7056などが含まれる。.

Al-Li合金の代表的な用途

リチウムは最も軽い金属元素であり、アルミニウムへの最大溶解度は4.2%である。 アルミニウム合金マトリックスに 1% の Li を添加すると、密度を約 3% 低減し、弾性係数を約 5% から 6% まで高めることができます。 従来の高強度 2xxx および 7xxx 合金と比較して、Al-Li 合金は、低密度、高弾性率、高比強度および比弾性率、低い疲労き裂進展速度、そして優れた高温および低温性能を備えています。 また、複合材料と比較しても、耐衝撃性、延性、および修復性において優位性を維持しています。.

航空機に使用されるその他のアルミニウム合金

他のシリーズにも、それぞれ特定の用途があります。この資料では、3003および5052がタンク、配管、耐食性部品の一般的な材料であるとされており、5052は外装フレーム用として挙げられています。詳細な用途表では、中国の合金記号である5A02および5A05が使用されています。.