Waar worden aluminiumlegeringen in vliegtuigen gebruikt?

De ontwikkeling van aluminiumlegeringen is altijd nauw verbonden geweest met de luchtvaart. Al in het begin van de twintigste eeuw werd in het vliegtuig van de gebroeders Wright een Al-Cu-Mn-gietstuk gebruikt voor het motorcarter. De ontdekking in 1906 van de verouderingsverharding in Al-Cu-Mg-legeringen maakte aluminium-koperlegeringen tot bruikbare primaire constructiematerialen voor vliegtuigrompen.

De ontwikkeling van legeringen voor de luchtvaart heeft verschillende fasen doorgemaakt. In de jaren vijftig waren de belangrijkste doelstellingen een lager gewicht en een hogere specifieke stijfheid en sterkte. In de jaren zestig en zeventig verschoof de aandacht naar duurzaamheid en schadetolerantie, wat leidde tot T73- en T76-behandelingen voor 7xxx-legeringen, legering 7050 en hoogzuivere legeringen. Stijgende brandstofprijzen zorgden in de jaren tachtig voor verdere gewichtsvermindering. Sinds de jaren negentig combineert de ontwikkeling gewichtsvermindering met verbeterde duurzaamheid, schadetolerantie, sterkte, taaiheid en corrosiebestendigheid. Dankzij dikke platen met lage restspanning kunnen grote integrale constructies assemblages uit vele onderdelen vervangen, waardoor het gewicht wordt verminderd en de consistentie wordt verbeterd.

Gegoten aluminiumlegeringen voor vliegtuigen

Moderne vliegtuigen bevatten ongeveer 1.500 tot 2.000 soorten gietstukken van aluminiumlegeringen. Afhankelijk van de bedrijfsomstandigheden en de plaats van inbouw worden drie hoofdgroepen onderscheiden:

• Gietlegeringen met hoge sterkte: Het gaat voornamelijk om Al-Cu-legeringen die via zandgieten worden vervaardigd. Ze worden gebruikt voor onderdelen van de romp, motorruimtes, stoelen en besturingssystemen en kunnen vaak aluminium smeedstukken vervangen.
• Hittebestendige gietlegeringen: Sterk gelegeerde Al-Cu-Ni-materialen die worden gebruikt in de buurt van motoren en in luchtverversingssystemen bij temperaturen van ongeveer 200 tot 400 °C, waar weerstand tegen thermische vervorming van belang is.
• Corrosiebestendige gietlegeringen: Al-Mg-legeringen die sterkte, vervormbaarheid, slagvastheid, vermoeidheidsweerstand en lasbaarheid combineren. Ze zijn geschikt voor constructies van watervliegtuigen die worden blootgesteld aan corrosieve omgevingen.

Kneedaluminiumlegeringen voor vliegtuigen

Tot de meest gebruikte gesmede materialen in de luchtvaart behoren onder meer 2xxx Al-Cu-legeringen, 7xxx Al-Zn-legeringen en Al-Li-legeringen. Deze worden vaak toegepast in buitenhuiden, vleugels, frames, vloerbalken en andere dragende constructies.

Typische toepassingen van Al-Cu-legeringen

De 2xxx-serie was de eerste reeks warmtebehandelbare aluminiumlegeringen die op grote schaal in de luchtvaart werd toegepast.

Typische toepassingen van Al-Zn-legeringen

De commerciële 7xxx-serie omvat enkele van de sterkste gesmede aluminiumlegeringen. Deze materialen bieden een hoge specifieke sterkte en stijfheid, een goede corrosie- en slijtvastheid en een goede bewerkbaarheid. In de loop van meer dan 90 jaar is de ontwikkeling geëvolueerd van het optimaliseren van één enkele eigenschap naar het vinden van een evenwicht tussen de algehele prestaties, terwijl de productafmetingen aanzienlijk zijn toegenomen. Opeenvolgende families omvatten de legeringen 7×75, 7×50/7010, 7055/7449 en 7136/7056.

Typische toepassingen van Al-Li-legeringen

Lithium is het lichtste metaalelement en de maximale oplosbaarheid ervan in aluminium bedraagt 4,2%. Door 1% Li toe te voegen aan een aluminiumlegeringsmatrix kan de dichtheid met ongeveer 3% worden verlaagd en de elasticiteitsmodulus met ongeveer 5% tot 6% worden verhoogd. In vergelijking met conventionele hoogsterkte 2xxx- en 7xxx-legeringen bieden Al-Li-legeringen een lage dichtheid, een hoge elasticiteitsmodulus, een hoge specifieke sterkte en modulus, een lage groeisnelheid van vermoeidheidsscheuren en goede prestaties bij hoge en lage temperaturen. In vergelijking met composietmaterialen behouden ze bovendien voordelen op het gebied van slagvastheid, ductiliteit en repareerbaarheid.

Andere aluminiumlegeringen die in vliegtuigen worden gebruikt

Ook andere series hebben specifieke toepassingen. De bron noemt 3003 en 5052 als gangbare materialen voor tanks, leidingen en corrosiebestendige onderdelen, en noemt 5052 voor het frame van de buitenwand. In de gedetailleerde toepassingstabel worden de Chinese legeringsaanduidingen 5A02 en 5A05 gebruikt.