Алюминиевые сплавы распространяются из аэрокосмической промышленности в повседневное применение

Вы когда-нибудь задумывались, как массивные самолеты держатся в воздухе?давний спутник авиационной индустрииНо их применение простирается далеко за пределы аэрокосмической отрасли, пронизывая почти все аспекты современной жизни.

Сплавы алюминия - легкие электростанции

Наиболее очевидной характеристикой алюминия является его легкость с плотностью около одной трети от плотности стали.С помощью добавления различных сплавных элементов, эти материалы могут достичь прочности, сопоставимой или даже превышающей прочность стали, что делает их идеальными для применения, требующих как легких свойств, так и высокой прочности.

Семья алюминиевых сплавов разнообразна, классифицируется по своим основным сплавным элементам:

• Алюминиево-магниевая (Al-Mg) серия:Магний повышает прочность и повышает коррозионную устойчивость.
• Серия алюминиево-мангановой (Al-Mn):Манган повышает прочность и коррозионную устойчивость, сохраняя при этом хорошую формальность, что делает эти сплавы подходящими для формованных компонентов.
• Серия алюминиево-кремниевая (Al-Si):Кремний значительно улучшает свойства литья и уменьшает тепловое расширение, идеально подходит для блоков двигателя и других литых деталей.
• Серия алюминиево-медной (Al-Cu):Медь значительно увеличивает прочность и твердость за счет снижения коррозионной стойкости, используемой в компонентах с высоким напряжением, таких как посадка самолёта.
• Алюминиево-цинковые (Al-Zn) серии:Цинк служит одним из наиболее эффективных укрепляющих элементов алюминия, производя самые прочные сплавы алюминия, используемые в конструкциях самолетов.

Основа авиации: сплавы серии 2000 и 7000

В авиации доминируют две семьи сплавов алюминия: серия 2000 (Al-Cu-Mg) и серия 7000 (Al-Zn-Mg), каждая из которых служит различным целям.

Сплавы серии 2000Крылья самолетов выдерживают постоянное изгибание и скручивание во время полёта, что может привести к повреждению от усталости.,обеспечение структурной целостности.

Сплавы серии 7000Критические компоненты самолетов, такие как крылья и соединения, подвергаются экстремальным нагрузкам, особенно в сложных условиях полета.Исключительная прочность этих сплавов обеспечивает необходимую поддержку для безопасной эксплуатации.

Обе серии имеют общую слабость - ограниченную коррозионную устойчивость.создание защитного слоя, который сохраняет прочность и повышает долговечность от факторов окружающей среды, таких как соленая вода и влажность.

Возникновение смешанной конкуренции

Пластмассы, усиленные углеродными волокнами (CFRP), стали сильными конкурентами в аэрокосмических приложениях.СФК все чаще заменяет традиционные материалы в фюзеляжах и крыльях самолетов.

Стратегический выбор сплава при проектировании самолетов

Инженеры самолетов тщательно выбирают алюминиевые сплавы на основе конкретных требований к напряжению:

• Нижняя поверхность крыльев:Подвержены натяжным нагрузкам, требующим отличной устойчивости к усталости, обычно сплавы серии 2000.
• Поверхности крыльев:Выдерживают нагрузки на сжатие, требующие высокой прочности, обычно сплавы серии 7000.
• Спермы и соединения:Они подвергаются концентрированным напряжениям, требующим чрезвычайной прочности, часто из 7000 серии или иногда из титановых сплавов.

Недавние разработки включают в себя сплавы алюминия и лития, которые сохраняют преимущества алюминия, предлагая улучшенную устойчивость к усталости, что обещает расширить будущие применения.

Устранение ограничений алюминия

Несмотря на свои преимущества, алюминиевые сплавы не являются идеальными. Их относительно низкая стойкость к усталости может привести к образованию трещин с течением времени. Инженеры борются с этим с помощью инновационных комбинаций материалов.

Одним из решений является создание композитов путем сочетания алюминия с другими материалами.склеивание алюминия со стекловолокно-укрепленным пластмассовым материалом (GFRP) создает материал "Glare", сохраняющий легкость и работоспособность алюминия, одновременно повышая прочность и коррозионную устойчивость GFRPПо сравнению с традиционным алюминиевым, Glare демонстрирует значительно улучшенные усталость и коррозионные характеристики.

Однако композитные материалы имеют свои собственные проблемы: в то время как Glare улучшает прочность на растяжение, он уменьшает удлиняемость при разрыве, увеличивая ломкость.Балансирование повышенной прочности с сохранением прочности остается ключевым направлением исследований в композитных материалах.

Сплавы магния: более легкая альтернатива

Помимо алюминия, магниевые сплавы представляют собой еще один легкий вариант.включая потенциальную экстракцию из морской воды, обеспечивает стабильное снабжение.

Некоторые сплавы магния соперничают или превосходят прочность стали, предлагая отличную теплопроводность и электромагнитную защиту, что делает их ценными в электронике и автомобилестроении.

• Теплопроводность:Магний проводит тепло примерно в 200 раз лучше, чем пластик, эффективно рассеивая тепло от электронных компонентов.
• Защита от ВИЧ:Эти сплавы блокируют электромагнитные помехи, защищая чувствительную электронику.

Магниевые сплавы также сталкиваются с проблемами: плохая пластичность затрудняет холодную работу, что требует специализированных процессов, таких как литье под давлением или тиксоформация.Их легковоспламеняемость при высоких температурах требует тщательного обращения.

Такие разработки, как сплав магния AZ31, решают проблемы пластичности, демонстрируя хорошую формальность при 300-400 °C.Этот сплав может быть свернут в тонкие фольги тонкой как 30 микронов для применения, как диафрагмы динамиков.

Особые меры предосторожности необходимы при работе с магнием, его расплавленные или порошкообразные формы сильно реагируют с кислородом, потенциально вызывая взрывы.

Сплавы алюминия за пределами авиации

Хотя авиация подчеркивает возможности алюминия, эти сплавы служат бесчисленным повседневным целям:

• Транспорт:Автомобили, поезда и корабли пользуются легким весом алюминия для повышения эффективности использования топлива и снижения выбросов.
• Строительство:Алюминиевые окна, двери и фасады сочетают эстетику с долговечностью и легким обслуживанием.
• Электроника:Алюминиевые корпуса в телефонах, компьютерах и телевизорах улучшают теплораспределение и электромагнитную защиту.
• Опаковка:Алюминиевая фольга и банки обеспечивают превосходные барьеры против загрязнителей, при этом они полностью поддаются переработке.

Выбор подходящего сплава

Алюминиевые сплавы предлагают замечательную универсальность и производительность в различных отраслях промышленности.Понимание свойств этих материалов позволяет сделать лучший выбор дизайна для бесчисленных применений.