항공기에서 알루미늄 합금은 어디에 사용되나요?

알루미늄 합금의 발전은 항상 항공 산업과 밀접한 관련이 있어 왔습니다. 20세기 초, 라이트 형제의 항공기에서는 이미 엔진 크랭크케이스에 Al-Cu-Mn 주조물을 사용했습니다. 1906년 Al-Cu-Mg 합금에서 시효 경화 현상이 발견됨에 따라, 알루미늄-구리 합금은 기체 구조의 주요 소재로 실용화되었습니다.

항공용 합금 개발은 여러 단계를 거쳐 왔습니다. 1950년대에는 경량화와 더 높은 비강성 및 강도를 달성하는 것이 주요 목표였습니다. 1960년대와 1970년대에는 내구성과 손상 내성에 관심이 쏠리면서, 7xxx 계열 합금, 7050 합금 및 고순도 합금에 대한 T73 및 T76 열처리가 도입되었습니다. 1980년대에는 유가 상승으로 인해 경량화가 더욱 가속화되었습니다. 1990년대 이후로는 경량화와 더불어 내구성, 손상 허용성, 강도, 인성 및 내식성 향상을 병행하여 개발해 왔습니다. 잔류 응력이 낮은 두꺼운 판재를 사용하면 많은 부품으로 구성된 조립체를 대형 일체형 구조물로 대체할 수 있어, 무게를 줄이면서 일관성을 높일 수 있습니다.

항공기용 주조 알루미늄 합금

현대 항공기에는 대략 1,500~2,000종류의 알루미늄 합금 주조품이 사용됩니다. 운용 조건과 설치 위치에 따라 다음 세 가지 기본 그룹으로 분류됩니다:

• 고강도 주조 합금: 주로 모래 주조 방식으로 제작된 Al-Cu 합금입니다. 이 합금은 동체 부품, 엔진실, 좌석 및 제어 시스템에 사용되며, 알루미늄 다이 단조품을 대체하는 경우가 많습니다.
• 내열 주조 합금: 엔진 주변 및 공기 교환 시스템에서 약 200~400°C의 온도 조건에서 사용되는 고합금 Al-Cu-Ni 소재로, 열 변형에 대한 저항성이 중요한 부위에 적용됩니다.
• 내식성 주조 합금: Al-Mg 합금은 강도, 연성, 충격 인성, 내피로성 및 용접성을 겸비하고 있습니다. 이 합금은 부식성 환경에 노출되는 수상비행기 구조물에 적합합니다.

항공기용 전신 알루미늄 합금

항공기 단조 소재 중 가장 널리 사용되는 것에는 2xxx 계열 알루미늄-구리 합금, 7xxx 계열 알루미늄-아연 합금, 그리고 알루미늄-리튬 합금이 포함됩니다. 이러한 소재들은 외판, 날개, 프레임, 바닥 보 및 기타 하중을 지탱하는 구조물에서 흔히 사용됩니다.

Al-Cu 합금의 대표적인 용도

2xxx 시리즈는 항공 분야에서 널리 채택된 최초의 열처리 가능 알루미늄 합금 계열이었다.

Al-Zn 합금의 대표적인 용도

상업용 7xxx 시리즈에는 가장 강도가 높은 단조 알루미늄 합금 중 일부가 포함되어 있습니다. 이러한 소재는 높은 비강도와 비강성, 우수한 내식성 및 내손상성, 그리고 우수한 가공성을 제공합니다. 90년 이상의 기간 동안, 개발은 단일 특성의 최적화에서 전반적인 성능의 균형을 맞추는 방향으로 진전되었으며, 제품 크기도 상당히 커졌습니다. 주요 계열로는 7×75, 7×50/7010, 7055/7449 및 7136/7056 합금이 있습니다.

Al-Li 합금의 대표적인 용도

리튬은 가장 가벼운 금속 원소이며, 알루미늄에 대한 최대 용해도는 4.2%입니다. 알루미늄 합금 매트릭스에 1%의 리튬을 첨가하면 밀도를 약 3% 감소시키고 탄성 계수를 약 5%에서 6%까지 증가시킬 수 있습니다. 기존의 고강도 2xxx 및 7xxx 합금에 비해 Al-Li 합금은 낮은 밀도, 높은 탄성 계수, 높은 비강도 및 비탄성 계수, 낮은 피로 균열 성장률, 우수한 고온 및 저온 성능을 제공합니다. 복합 재료와 비교했을 때, 이 합금은 내충격성, 연성 및 수리성 면에서도 장점을 유지합니다.

항공기에 사용되는 기타 알루미늄 합금

다른 시리즈에도 각각 특화된 용도가 있습니다. 이 자료에서는 3003과 5052를 탱크, 파이프 및 내식성 부품에 흔히 사용되는 재료로, 5052를 외장 골조용으로 명시하고 있습니다. 또한 상세한 적용 표에는 중국 합금 명칭인 5A02와 5A05가 사용되었습니다.