Alüminyum Alaşımları Uçaklarda Nerede Kullanılır?

Alüminyum alaşımlarının geliştirilmesi her zaman havacılıkla yakından bağlantılı olmuştur. Yirminci yüzyılın başlarında Wright kardeşlerin uçağında motor karterinde zaten bir Al-Cu-Mn döküm kullanılmıştı. 1906 yılında Al-Cu-Mg alaşımlarında yaşlanma sertleşmesinin keşfi, alüminyum-bakır alaşımlarını uçak gövdeleri için pratik birincil yapı malzemeleri haline getirdi.

Havacılık alaşımlarının geliştirilmesi birkaç aşamadan geçmiştir. 1950’lerde temel hedefler, daha düşük ağırlık ile daha yüksek özgül sertlik ve mukavemet elde etmekti. 1960'lar ve 1970'ler boyunca, dikkat dayanıklılık ve hasar toleransına yönelmiş, bu da 7xxx serisi alaşımlar, 7050 alaşımı ve yüksek saflıkta alaşımlar için T73 ve T76 ısıl işlemlerinin geliştirilmesine yol açmıştır. 1980'lerde artan yakıt fiyatları, ağırlığın daha da azaltılmasını gerektirdi. 1990'lardan bu yana, geliştirme çalışmaları ağırlığın azaltılması ile dayanıklılık, hasar toleransı, mukavemet, tokluk ve korozyon direncinin iyileştirilmesini bir araya getirmiştir. Düşük kalıntı gerilime sahip kalın levhalar, çok sayıda parçadan oluşan montajların yerine büyük tek parça yapıların kullanılmasını mümkün kılarak, ağırlığı azaltırken tutarlılığı da artırmaktadır.

Uçaklar için Döküm Alüminyum Alaşımları

Modern uçaklarda yaklaşık 1.500 ila 2.000 çeşit alüminyum alaşımlı döküm bulunur. Hizmet koşullarına ve konumuna göre üç temel grup seçilir:

• Yüksek mukavemetli döküm alaşımları: Çoğunlukla kum döküm yöntemiyle üretilen Al-Cu alaşımlarıdır. Bu alaşımlar, gövde parçaları, motor bölmeleri, koltuklar ve kontrol sistemlerinde kullanılır ve genellikle alüminyum kalıp dövme parçalarının yerine geçebilir.
• Isıya dayanıklı döküm alaşımları: Motorların yakınında ve hava değişim sistemlerinde, yaklaşık 200 ila 400 °C sıcaklıklarda kullanılan, termal deformasyona karşı direncin önemli olduğu yüksek alaşımlı Al-Cu-Ni malzemeler.
• Korozyona dayanıklı döküm alaşımları: Al-Mg alaşımları, mukavemet, süneklik, darbe dayanımı, yorulma direnci ve kaynaklanabilirlik özelliklerini bir araya getirir. Bu alaşımlar, korozif ortamlara maruz kalan deniz uçağı yapıları için uygundur.

Uçaklar için Dövme Alüminyum Alaşımları

Havacılık sektöründe en yaygın olarak kullanılan dövme malzemeler arasında 2xxx serisi Al-Cu alaşımları, 7xxx serisi Al-Zn alaşımları ve Al-Li alaşımları yer almaktadır. Bu malzemeler, gövde kaplamaları, kanatlar, iskeletler, zemin kirişleri ve diğer yük taşıyan yapılarda yaygın olarak kullanılmaktadır.

Al-Cu Alaşımlarının Tipik Uygulamaları

2xxx serisi, havacılık sektöründe yaygın olarak benimsenen ilk ısıl işleme tabi tutulabilen alüminyum alaşım ailesiydi.

Al-Zn Alaşımlarının Tipik Uygulamaları

Ticari 7xxx serisi, en dayanıklı dövme alüminyum alaşımlarından bazılarını içerir. Bu malzemeler yüksek özgül mukavemet ve sertlik, iyi korozyon ve hasara karşı direnç ile iyi işlenebilirlik sunar. 90 yılı aşkın bir süre boyunca, ürün boyutları önemli ölçüde artarken, geliştirme çalışmaları tek bir özelliğin optimize edilmesinden genel performansın dengelenmesine doğru ilerlemiştir. Birbirini izleyen ürün aileleri arasında 7×75, 7×50/7010, 7055/7449 ve 7136/7056 alaşımları yer almaktadır.

Al-Li Alaşımlarının Tipik Uygulamaları

Lityum, en hafif metal elementtir ve alüminyumdaki maksimum çözünürlüğü 4,2%’dir. Alüminyum alaşımlı bir matrise 1% Li eklenmesi, yoğunluğu yaklaşık 3% oranında azaltabilir ve elastik modülü yaklaşık 5% ila 6% oranında artırabilir. Geleneksel yüksek mukavemetli 2xxx ve 7xxx alaşımlarıyla karşılaştırıldığında, Al-Li alaşımları düşük yoğunluk, yüksek elastik modül, yüksek özgül mukavemet ve modül, düşük yorulma çatlağı büyüme hızı ve iyi yüksek ve düşük sıcaklık performansı sağlar. Kompozitlerle karşılaştırıldığında, darbe direnci, süneklik ve onarılabilirlik açısından da avantajlarını korurlar.

Uçaklarda Kullanılan Diğer Alüminyum Alaşımları

Diğer serilerde de özel kullanım alanları bulunmaktadır. Kaynak, 3003 ve 5052 numaralı malzemeleri tanklar, borular ve korozyona dayanıklı parçalar için yaygın olarak kullanılan malzemeler olarak belirtmekte ve 5052 numaralı malzemeyi gövde iskeleti için önermektedir. Ayrıntılı uygulama tablosunda ise Çin alaşım kodları olan 5A02 ve 5A05 kullanılmaktadır.