航空宇宙用アルミニウム合金材料の特定のアプリケーションサイトと要件

航空アルミニウム合金は、航空機および航空宇宙車両の製造のためのバックボーン材料です。 現代の航空機の設計と製造における飛行性能、ペイロード、燃料消費量、耐用年数、および安全信頼性の要件の継続的な改善により、アルミニウム合金構造の包括的な性能と削減効果のために、ますます高い要件が提示されています。 CNCフライス加工用の大型アルミニウム合金材料を使用して、複数のアルミニウム合金コンポーネントの従来の組み合わせに代わる、一体型アルミニウム合金構造コンポーネントを製造し、大幅な軽量化を達成し、サービスプロセスの信頼性を向上させるだけでなく、航空機の組み立てプロセスと製造コストも削減できます。

この高度な設計と製造方法は、アルミニウム合金材料に非常に厳しい要件を課します。アルミニウム合金鍛造品またはプレテンションプレートの最大厚さは、しばしば150mm以上に達する必要があります。そして異なった厚さの部品の総合的な性能は非常に均一です。 同時に、それはまた、優れた強度可塑性破壊靭性疲労抵抗応力腐食および剥離耐食性マッチングを有する必要がある。

アルミニウムは、その高い体積エネルギー密度と偶発的な点火が難しいため、スペースシャトルの固体ロケットブースターの主な推進剤として使用されます。

アルミニウム合金板は、単純なコンポーネントから航空機の主要な耐力構造に至るまでの複雑さと性能の要件を備えた多数の航空宇宙用途で使用されています。エアバスA340やボーイング777など。

航空機および航空宇宙産業は、長い間アルミニウム合金に依存してきました。 アルミニウム合金がエンジンに使用されていない場合、最初の航空機は決して飛ぶことができません。 人工衛星はアルミニウムでできているので、暑い外気を越えて宇宙に入るプロセスに耐えることができます。 今日でも、NASAはまだ高度なオリオン宇宙船でアルミニウムリチウムハイブリッド材料を使用しています。

民間航空機の設計であれ、精密スペースシャトルの構築であれ、アルミニウム合金は重要な材料です。 アルミニウム合金は、胴体、翼、およびサポート構造の製造に最も一般的に使用されており、航空機および宇宙飛行工学に一連の利点をもたらします。

航空宇宙で使用されるアルミニウム合金は、宇宙極低温真空で遭遇するゼロ温度未満の条件を処理するために使用されます。 一方、航空機製造に使用されるアルミニウム合金は、耐久性と様々な種類の腐食に耐える能力を持っています。 これらの合金の安定性が高いため、アルミニウムの高い導電率の恩恵を受ける機械部品にとって理想的な選択肢となっています。

航空におけるアルミニウムの応用

アルミニウムは航空機で、主に構造部品として広く使用されています。 アルミニウム合金は、その高い比强度、良好な成形性および加工性能のために、スキン、フレーム、プロペラ、燃料タンク、壁パネルなどの航空机の主要な构造材料であり、そして着陸装置サポート。 異なる航空機モデルのアルミニウム変換率は大きく異なる可能性があります。たとえば、ボーイング737のアルミニウム合金材料の割合は81% に達する可能性があります。ボーイング787のアルミニウム合金材料の割合は、多数の複合材料を使用しているため20% です。

航空で使用されるアルミニウムは、主に変形したアルミニウムでできており、鋳造材料の割合は比較的低い。 平均して、フラットロール材料は航空機のアルミニウム消費量の約60% を占め、押出材料 (パイプ、ロッド、プロファイル、およびワイヤー) は約28% を占め、鍛造は約7% を占め、そして鋳造は約5% を占めます。

合金组成の分类によると、航空アルミニウムは主に2シリーズと7シリーズで构成されています。 今日、世界中のさまざまな国で大型航空機の構造に使用されているアルミニウム合金は、主に高強度2シリーズ (2024、2224、2324、2424、2524など) です。そして超高力7シリーズ (7075、7475、7050、7150、7055、7085、等) 、 民間航空機のアルミニウム材料の割合の約38% と45% をそれぞれ占めています。

人々は、組成と合成方法、圧延/押し出し/鍛造/熱処理について詳細かつ体系的な研究を行ってきました。航空宇宙で使用されるアルミニウム合金のentプロセス、部品加工、材料および構造サービス性能特性。 材料製品の開発はシリーズを形成しており、アプリケーションでは一連の重要な成果が得られています。 特に1980年代後半以降、航空機の損傷耐性と耐久性設計基準が徐々に形成されるにつれて、強度、破壊靭性などの材料の包括的な性能に対するより高い要件が提示されてきました。耐食性および疲労の抵抗。 アルミニウム合金の現在の開発方向は、内部応力の低い厚いプレート材料を開発することであり、製造プロセスでは、一体型構造部品の形成を達成するために多数の厚いプレートが使用されています。以前に組み立てられたコンポーネントを多くの部品で交換します (図2)。 大きな一体型の壁パネル構造の広範な採用は、新世代の航空機が構造効率を改善し、部品数を削減し、コストを削減し、開発サイクルを短縮するための重要な手段になっています。 ボーイングB747航空機に一体型補強壁パネルを採用した後、部品数は129から7に減少し、25% のコスト削減になりました。 亀裂伝播寿命と残留強度は両方とも3倍に増加しました。

第1世代の航空機、第1世代の材料、航空アルミニウムは、アルミニウムリチウム合金に代表される第3世代のアルミニウム合金材料に発展しました。 航空アルミニウムの開発には3つの段階があります。最初の段階は1930年代から1960年代まででした。 2シリーズのアルミニウム合金はすべての金属航空機を主流にし、7075年初頭に代表される7シリーズのアルミニウム合金は旅客機が成層圏を飛行することを可能にしました。代表的なモデルはDC-3、B-29、70です。第2段階は1960年代から1990年代まででした。 7050や7055などの一連の新しい7シリーズアルミニウム合金が開発されたとき、疲労特性を考慮しながら比強度を改善しました。 代表的なモデルはA300シリーズと777でした。第3段階は2000年から現在までです。 複合材料の競争では、アルミニウムリチウム合金に代表される第3世代のアルミニウム合金が、A220、中国のC919などを含む新しい航空機モデルにますます採用されています。代表的なブランドは、ケンリアンの2050年と2196年、およびアルコアの2099年と2397年です。 アルミニウムリチウム合金に加えて、アルミニウムベースの複合材料と超プラスチック成形アルミニウム合金も航空アルミニウムの重要な研究の方向性です。