Sitios de aplicación específicos y requisitos de materiales de aleación de aluminio para la industria aeroespacial

La aleación de aluminio de aviación es el material de la columna vertebral para la fabricación de aviones y vehículos aeroespaciales. Con la mejora continua de los requisitos de rendimiento de vuelo, carga útil, consumo de combustible, vida útil y confiabilidad de seguridad en el diseño y fabricación de aviones contemporáneos, se han presentado requisitos cada vez más altos para el rendimiento integral y el efecto de reducción de las estructuras de aleación de aluminio. Usando materiales de aleación de aluminio de gran tamaño para fresado CNC para producir componentes estructurales de aleación de aluminio integral, reemplazando la combinación tradicional de múltiples componentes de aleación de aluminio, no solo puede lograr una reducción de peso significativa y mejorar la confiabilidad del proceso de servicio, sino también reducir los procesos de ensamblaje de aeronaves y los costos de fabricación.

Este diseño avanzado y método de fabricación impone requisitos muy estrictos sobre los materiales de aleación de aluminio: el espesor máximo de las forjadas de aleación de aluminio o las placas pretensadas a menudo necesita alcanzar 150mm o más, Y el rendimiento integral de componentes con diferentes espesores es altamente uniforme. Al mismo tiempo, también necesita tener una resistencia excelente plasticidad de la resistencia a la fractura tenacidad resistencia a la fatiga corrosión por tensión y resistencia a la corrosión por descasamiento.

El aluminio se utiliza como propulsor principal para propulsores de cohetes sólidos en transbordadores espaciales debido a su alta densidad de energía de volumen y dificultad para la ignición accidental.

Las placas de aleación de aluminio se utilizan en una gran cantidad de aplicaciones aeroespaciales, con requisitos de complejidad y rendimiento que van desde componentes simples hasta las principales estructuras de carga de los aviones, como el Airbus A340 y Boeing 777.

Las industrias aeronáutica y aeroespacial han dependido durante mucho tiempo de las aleaciones de aluminio. Si no se utiliza aleación de aluminio en el motor, el primer avión nunca podrá volar. Los satélites artificiales están hechos de aluminio, por lo que pueden sobrevivir al proceso de cruzar nuestra atmósfera externa caliente y entrar en el espacio. Incluso hoy en día, la NASA todavía utiliza materiales híbridos de aluminio y litio en naves espaciales avanzadas Orion.

Ya sea diseñando aviones comerciales o construyendo transbordadores espaciales de precisión, la aleación de aluminio es un material crucial. La aleación de aluminio se usa más comúnmente en la fabricación de fuselaje, alas y estructuras de soporte, lo que brinda una serie de beneficios a la ingeniería de aviones y vuelos espaciales.

Las aleaciones de aluminio utilizadas en la industria aeroespacial se utilizan para manejar condiciones por debajo de la temperatura cero que se encuentran en el vacío criogénico espacial. Por otro lado, las aleaciones de aluminio utilizadas en la fabricación de aviones tienen durabilidad y la capacidad de resistir varios tipos de corrosión. La alta estabilidad de estas aleaciones las convierte en una opción ideal para los componentes mecánicos, que también se benefician de la alta conductividad del aluminio.

La Aplicación de aluminio en la aviación

El Aluminio es ampliamente utilizado en aviones, principalmente como componentes estructurales. La aleación de aluminio, debido a su alta resistencia específica, buena formabilidad y rendimiento de procesamiento, es el principal material estructural de los aviones, como la piel, el marco, la hélice, el tanque de combustible, el panel de pared, y soporte de tren de aterrizaje. La tasa de conversión de aluminio de diferentes modelos de aviones puede variar mucho, por ejemplo, la proporción de materiales de aleación de aluminio en Boeing 737 puede alcanzar 81%, mientras que la proporción de materiales de aleación de aluminio en Boeing 787 se debe 20% al uso de una gran cantidad de materiales compuestos.

El aluminio utilizado en la aviación está hecho principalmente de aluminio deformado, con una proporción relativamente baja de materiales fundidos. En promedio, los materiales laminados planos representan aproximadamente el 60% del consumo de aluminio en las aeronaves, los materiales extruidos (tuberías, varillas, perfiles y cables) representan aproximadamente 28%, las forjadas representan aproximadamente 7%, y las fundiciones representan alrededor de 5%.

Según la clasificación de la composición de la aleación, el aluminio de la aviación se compone principalmente de 2 series y 7 series. Las aleaciones de aluminio utilizadas para la estructura de aviones grandes en varios países del mundo hoy en día son principalmente de alta resistencia 2 series (2024, 2224, 2324, 2424, 2524, etc.) Y serie 7 de ultra alta resistencia (7075, 7475, 7050, 7150, 7055, 7085, etc.), Que representan alrededor del 38% y el 45% de la proporción de materiales de aluminio en aviones civiles, respectivamente.

Las personas han realizado una investigación en profundidad y sistemática sobre los métodos de composición y síntesis, laminación/extrusión/forja/tratamiento térmicoProcesos ENT, procesamiento de piezas, caracterización del rendimiento del servicio de materiales y estructurales de las aleaciones de aluminio utilizadas en la industria aeroespacial. El desarrollo de productos materiales ha formado una serie, y se han logrado una serie de logros significativos en la aplicación. Especialmente desde finales de la década de 1980, con la formación gradual de criterios de diseño de tolerancia al daño y durabilidad para aeronaves, se han presentado requisitos más altos para el rendimiento integral de materiales como resistencia, tenacidad a la fractura, resistencia a la corrosión, y resistencia a la fatiga. La Dirección de desarrollo actual de las aleaciones de aluminio es desarrollar materiales de placa gruesa con bajo estrés interno, y un gran número de placas gruesas se utilizan en el proceso de fabricación para lograr la formación de componentes estructurales integrales, reemplazar los componentes previamente ensamblados con muchas partes (Figura 2). La adopción generalizada de grandes estructuras integrales de paneles de pared se ha convertido en un medio importante para la nueva generación de aviones para mejorar la eficiencia estructural, reducir el número de piezas, reducir los costos y acortar los ciclos de desarrollo. Después de adoptar paneles de pared reforzados integrales en el avión Boeing B747, el número de piezas disminuyó de 129 a 7, lo que resultó en una 25% reducción de costos. La vida útil de la propagación de la grieta y la fuerza residual se incrementaron en tres veces.

Generación de un avión, los materiales de la generación uno, el aluminio de la aviación ha desarrollado al material de la aleación de aluminio de la tercera generación representado por la aleación de litio de aluminio. El desarrollo del aluminio de aviación tiene tres etapas: la primera etapa fue desde la década de 1930 hasta la de 1960. La aleación de aluminio de la serie 2 hizo que todos los aviones de metal estuvieran en la corriente principal, mientras que la aleación de aluminio de la serie 7 representada por los primeros 7075 hizo posible que los aviones de pasajeros volaran en la estratosfera. Con modelos representativos que son los DC-3, B-29 y 70; la segunda etapa fue de la década de 1960 a la de 1990, Cuando se desarrolló una serie de nuevas aleaciones de aluminio de la serie 7, como 7050 y 7055, que mejoraron la resistencia específica considerando las características de fatiga. Los modelos representativos fueron la serie A300 y La 777; La tercera etapa es del 2000 al presente. En la competencia de los materiales compuestos, las aleaciones de aluminio de tercera generación representadas por aleaciones de aluminio y litio han sido adoptadas cada vez más por nuevos modelos de aviones, incluidos A220, C919 de China, etc. Las marcas representativas son la 2050 y 2196 de Kenlian, así como la 2099 y 2397 de Alcoa. Además de las aleaciones de aluminio y litio, los compuestos a base de aluminio y las aleaciones de aluminio formadas superplásticas también son direcciones clave de investigación para el aluminio de aviación.