Gdzie w samolotach stosuje się stopy aluminium?

Rozwój stopów aluminium zawsze był ściśle powiązany z lotnictwem. Już na początku XX wieku w samolocie braci Wright zastosowano odlew z stopu Al-Cu-Mn jako skrzynię korbową silnika. Odkrycie zjawiska utwardzania wydzieleniowego w stopach Al-Cu-Mg w 1906 roku sprawiło, że stopy aluminium i miedzi stały się praktycznymi podstawowymi materiałami konstrukcyjnymi stosowanymi w płatowcach.

Rozwój stopów lotniczych przebiegał w kilku etapach. W latach 50. XX wieku głównymi celami były zmniejszenie masy oraz zwiększenie sztywności właściwej i wytrzymałości. W latach 60. i 70. uwaga skupiła się na trwałości i odporności na uszkodzenia, co doprowadziło do wprowadzenia obróbki T73 i T76 w przypadku stopów serii 7xxx, stopu 7050 oraz stopów o wysokiej czystości. Rosnące ceny paliwa spowodowały dalszą redukcję masy w latach 80. Od lat 90. rozwój łączy redukcję masy z poprawą trwałości, odporności na uszkodzenia, wytrzymałości, udarności i odporności na korozję. Grube blachy o niskim naprężeniu szczątkowym umożliwiają również zastąpienie podzespołów złożonych z wielu części dużymi konstrukcjami integralnymi, co zmniejsza masę przy jednoczesnej poprawie spójności.

Odlewy ze stopów aluminium do samolotów

Współczesne samoloty zawierają około 1 500–2 000 rodzajów odlewów ze stopów aluminium. W zależności od warunków eksploatacji i miejsca zastosowania wyróżnia się trzy podstawowe grupy:

• Odlewnicze stopy o wysokiej wytrzymałości: Są to głównie stopy aluminium i miedzi wytwarzane metodą odlewania w formach piaskowych. Znajdują zastosowanie w elementach kadłuba, komorach silnikowych, fotelach oraz układach sterowania i często mogą zastępować odkuwki aluminiowe.
• Odlewnicze stopy żaroodporne: Wysoko stopowe materiały na bazie Al-Cu-Ni stosowane w pobliżu silników oraz w systemach wentylacyjnych w temperaturach od około 200 do 400 °C, gdzie istotna jest odporność na odkształcenia termiczne.
• Odlewy z stopów odpornych na korozję: Stopy Al-Mg łączące w sobie wytrzymałość, plastyczność, odporność na uderzenia, odporność na zmęczenie materiałowe oraz spawalność. Nadają się do konstrukcji hydroplanów narażonych na działanie środowisk korozyjnych.

Stopy aluminium do przeróbki plastycznej dla lotnictwa

Do najczęściej stosowanych materiałów lotniczych przeznaczonych do obróbki plastycznej należą stopy Al-Cu serii 2xxx, stopy Al-Zn serii 7xxx oraz stopy Al-Li. Znajdują one szerokie zastosowanie w poszyciach, skrzydłach, ramach, belkach podłogowych i innych konstrukcjach nośnych.

Typowe zastosowania stopów aluminium i miedzi

Seria 2xxx była pierwszą rodziną stopów aluminium poddawanych obróbce cieplnej, która znalazła szerokie zastosowanie w lotnictwie.

Typowe zastosowania stopów Al-Zn

Seria 7xxx przeznaczona do zastosowań komercyjnych obejmuje jedne z najwytrzymalszych stopów aluminium do obróbki plastycznej. Materiały te charakteryzują się wysoką wytrzymałością właściwą i sztywnością, dobrą odpornością na korozję i uszkodzenia oraz dobrą skrawalnością. W ciągu ponad 90 lat rozwój tej serii przebiegał od optymalizacji pojedynczych właściwości w kierunku zrównoważenia ogólnych parametrów użytkowych, przy czym rozmiary produktów znacznie wzrosły. Kolejne rodziny obejmują stopy 7×75, 7×50/7010, 7055/7449 oraz 7136/7056.

Typowe zastosowania stopów Al-Li

Lit jest najlżejszym pierwiastkiem metalicznym, a jego maksymalna rozpuszczalność w aluminium wynosi 4,2%. Dodanie 1% Li do matrycy stopu aluminium może zmniejszyć gęstość o około 3% i zwiększyć moduł sprężystości o około 5% do 6%. W porównaniu z konwencjonalnymi stopami o wysokiej wytrzymałości z serii 2xxx i 7xxx, stopy Al-Li charakteryzują się niską gęstością, wysokim modułem sprężystości, wysoką wytrzymałością właściwą i modułem właściwym, niską szybkością rozprzestrzeniania się pęknięć zmęczeniowych oraz dobrymi właściwościami w wysokich i niskich temperaturach. W porównaniu z materiałami kompozytowymi zachowują one również przewagę pod względem odporności na uderzenia, plastyczności oraz możliwości naprawy.

Inne stopy aluminium stosowane w lotnictwie

Również inne serie pełnią wyspecjalizowane funkcje. Źródło wskazuje, że stopy 3003 i 5052 są powszechnie stosowane do produkcji zbiorników, rur i elementów odpornych na korozję, a stop 5052 – do konstrukcji nośnych poszycia. W szczegółowej tabeli zastosowań użyto chińskich oznaczeń stopów: 5A02 i 5A05.