Где в самолётах используются алюминиевые сплавы?

Разработка алюминиевых сплавов всегда была тесно связана с авиацией. Уже в начале XX века в самолетах братьев Райт для изготовления картера двигателя использовалось литье из сплава Al-Cu-Mn. Открытие в 1906 году явления стареющего упрочнения в сплавах Al-Cu-Mg сделало алюминиево-медные сплавы практичными основными конструкционными материалами для изготовления планера самолетов.

Разработка авиационных сплавов прошла несколько этапов. В 1950-х годах основными целями были снижение веса и повышение удельной жесткости и прочности. В 1960-х и 1970-х годах внимание перешло на долговечность и устойчивость к повреждениям, что привело к появлению термических обработок T73 и T76 для сплавов серии 7xxx, сплава 7050 и высокочистых сплавов. Рост цен на топливо стал движущей силой дальнейшего снижения веса в 1980-х годах. Начиная с 1990-х годов, разработки сочетают снижение веса с улучшением долговечности, устойчивости к повреждениям, прочности, вязкости и коррозионной стойкости. Толстые листы с низким уровнем остаточного напряжения также позволяют использовать крупные цельные конструкции вместо сборок, состоящих из множества деталей, что снижает вес и одновременно повышает стабильность качества.

Литейные алюминиевые сплавы для авиации

В современных самолетах используется примерно от 1 500 до 2 000 типов отливок из алюминиевых сплавов. В зависимости от условий эксплуатации и места установки выделяют три основные группы:

• Высокопрочные литейные сплавы: В основном это сплавы алюминия и меди, изготовленные методом литья в песчаные формы. Они применяются для изготовления деталей фюзеляжа, моторных отсеков, сидений и систем управления и зачастую могут заменить алюминиевые штампованные детали.
• Термостойкие литейные сплавы: Высоколегированные материалы на основе алюминия, меди и никеля, применяемые вблизи двигателей и в системах вентиляции при температурах примерно от 200 до 400 °C, где важна устойчивость к тепловой деформации.
• Коррозионно-стойкие литейные сплавы: Алюминиево-магниевые сплавы, сочетающие в себе прочность, пластичность, ударную вязкость, усталостную прочность и свариваемость. Они подходят для изготовления конструкций гидросамолетов, подвергающихся воздействию коррозионных сред.

Деформируемые алюминиевые сплавы для авиации

К наиболее широко используемым кованым авиационным материалам относятся алюминиево-медные сплавы серии 2xxx, алюминиево-цинковые сплавы серии 7xxx и алюминиево-литиевые сплавы. Они часто применяются в обшивках, крыльях, каркасах, балочных конструкциях пола и других несущих конструкциях.

Типичные области применения сплавов алюминия и меди

Серия 2xxx стала первым семейством алюминиевых сплавов, поддающихся термической обработке, которое получило широкое применение в авиации.

Типичные области применения сплавов алюминия и цинка

Серия коммерческих сплавов 7xxx включает в себя одни из самых прочных кованых алюминиевых сплавов. Эти материалы отличаются высокой удельной прочностью и жесткостью, хорошей коррозионной стойкостью и устойчивостью к повреждениям, а также хорошей обрабатываемостью. За более чем 90 лет развитие этой серии прошло путь от оптимизации отдельных свойств к сбалансированности общих эксплуатационных характеристик, при этом размеры изделий значительно увеличились. К последующим семействам относятся сплавы 7×75, 7×50/7010, 7055/7449 и 7136/7056.

Типичные области применения сплавов алюминия и лития

Литий — самый лёгкий металлический элемент, а его максимальная растворимость в алюминии составляет 4,2%. Добавление 1% Li в матрицу алюминиевого сплава позволяет снизить плотность примерно на 3% и увеличить модуль упругости примерно на 5%–6%. По сравнению с традиционными высокопрочными сплавами серий 2xxx и 7xxx, сплавы Al-Li обладают низкой плотностью, высоким модулем упругости, высокой удельной прочностью и модулем, низкой скоростью роста усталостных трещин, а также хорошими эксплуатационными характеристиками при высоких и низких температурах. По сравнению с композитными материалами они также сохраняют преимущества в ударной вязкости, пластичности и ремонтопригодности.

Другие алюминиевые сплавы, используемые в авиастроении

Другие серии также имеют специализированное назначение. В источнике указано, что марки 3003 и 5052 широко используются для изготовления резервуаров, труб и коррозионно-стойких деталей, а марка 5052 — для каркасов обшивки. В приведенной в нем подробной таблице применения используются китайские обозначения сплавов 5A02 и 5A05.