Stopy aluminium o wysokiej wytrzymałości.
Tworzenie stopów aluminium w konstrukcji samolotów rozpoczęło się od pierwszego praktycznego całkowicie metalowego samolotu, który został wyprodukowany przez Junkers w Niemczech w 1915 roku z materiałów znanych jako „żelazo i stal”. Stal wykazała zalety wysokiego modułu sprężystości, wysokiego naprężenia rozciągającego i wysokiej wytrzymałości na rozciąganie. Niestety towarzyszyła im wysoka waga właściwa, prawie trzykrotnie wyższa niż w przypadku stopów aluminium i około dziesięciokrotnie wyższa niż w przypadku sklejki. W latach 30. projektanci samolotów zostali zmuszeni do stosowania stali w najcieńszej postaci. W celu zapewnienia stabilności przed wyboczeniem cienkiej płyty opracowano skomplikowane kształty przekrojów dźwigara.
W 1909 r. Alfred Wilm przypadkowo odkrył w Niemczech, że stop aluminium zawierający 3,5% miedzi, 0,5% magnezu oraz krzemu i żelaza jako niezamierzone zanieczyszczenia utwardził się spontanicznie po hartowaniu w temperaturze około 480 ° C. Prawa patentowe na ten materiał zostały nabyte przez Durener Metallwerke, który sprzedawał stop pod nazwą Duralumin. Stop ten jest stosowany w poddanej obróbce cieplnej, naturalnie starzonej od pół wieku. Poprawę tych właściwości, spowodowaną sztucznym starzeniem w podwyższonej temperaturze, na przykład 175 ° C, wykorzystano w przemyśle lotniczym dopiero około 1934 r.
Oprócz rozwoju duraluminium (który Junkers po raz pierwszy zastosował jako główny materiał budowlany w 1917 r.), Trzy inne przyczyny przyczyniły się do zastąpienia stali stopami aluminium. To było lepsze zrozumienie procesu obróbki cieplnej, wprowadzenie profili w różnych przekrojach i zastosowanie okładziny z czystego aluminium w celu uzyskania większej odporności na korozję. Do 1938 r. Trzy grupy stopów aluminium dominowały w dziedzinie budowy samolotów i zachowały swoje znaczenie do dziś. Grupy dzieli się na podstawie ich składu chemicznego, któremu zawdzięczają swoją zdolność do wzmocnienia podczas obróbki cieplnej.
Pierwsza grupa objęta jest ogólną nazwą duraluminium o typowym składzie: 4% miedzi, 0,5% magnezu, 0,5% manganu, 0,3% krzemu, 0,2% żelaza, pozostałe aluminium. Wersja naturalnie starzona była objęta specyfikacją DTD 18 Ministerstwa Lotnictwa wydaną w 1924 r., Zaś duraluminium sztucznie starzone objęło specyfikację DTD 111 w 1929 r. DTD 111 zapewnił nieznaczne 0,1-procentowe zmniejszenie napięcia testowego i wytrzymałości na rozciąganie.
Druga grupa stopów aluminium różni się od duraluminium głównie wprowadzeniem 1 do 2 procent niklu, wysoką zawartością magnezu i możliwymi wahaniami ilości miedzi, krzemu i żelaza. Stop Y, najstarszy członek grupy, ma typowy skład. 4 procent miedzi, 2 procent niklu, 1,5 procent magnezu, reszta to aluminium i została objęta specyfikacją DTD 58A opublikowaną w 1927 roku. Jego główną cechą było utrzymanie wytrzymałości w wysokich temperaturach, co oznaczało, że był to szczególnie odpowiedni materiał na tłoki silnika. Zastosowanie w konstrukcji samolotów było możliwe tylko w ograniczonym zakresie. Badania przeprowadzone przez Rolls-Royce’a i opracowania High Duty Alloys Ltd zaowocowały serią stopów „RR”. W oparciu o stop Y część niklu w stopach RR zastąpiono żelazem, a miedź zredukowano. Jeden z najwcześniejszych z tych stopów, RR56, zastąpił około połowę 2-procentowego niklu żelazem, zmniejszył zawartość miedzi z 4 do 2 procent i wykorzystał ją do odkuwek i wyciskania w silnikach lotniczych i płatowcach.
Trzecia i najnowsza grupa zależy od włączenia cynku i magnezu i ich wysokiej wytrzymałości. Stopy te, które mieszczą się w specyfikacji DTD 363 wydanej w 1937 r., Miały skład nominalny: 2,5 procent miedzi, 5 procent cynku, 3 procent magnezu i do 1 procent niklu. W nowoczesnych wersjach tego stopu nikiel został wyeliminowany, a dodatek chromu i dodatkowej ilości manganu.
Aluminiowa konstrukcja samolotu.
Spośród trzech podstawowych materiałów budowlanych, drewna, stali i stopu aluminium, ważne jest tylko drewno, z wyjątkiem laminatów do nienośnych grodzi, podłóg i mebli. Większość współczesnych samolotów nadal opiera się na zmodyfikowanych formach wysokowytrzymałych lotniczych stopów aluminium, które zostały wprowadzone na początku XX wieku. Stale stosuje się tam, gdzie wymagana jest wysoka wytrzymałość, wysoka sztywność i odporność na zużycie. Inne materiały, takie jak tytan i kompozyty wzmacniane włóknami, które zostały po raz pierwszy zastosowane około 1950 r., Są coraz częściej stosowane w budownictwie lotniczym.
[ff id=”4″]