Lega di alluminio per l'aviazione: Nuovi materiali, nuove attrezzature
L'alluminio, il magnesio, il titanio e altri metalli con densità ridotta sono solitamente definiti metalli leggeri e le corrispondenti leghe di alluminio, magnesio e titanio sono definite leghe leggere. Le speciali proprietà eccellenti e il potenziale di sviluppo delle leghe leggere fanno sì che il mondo presti sempre più attenzione alla loro ricerca, sviluppo e applicazione.
Che cos'è la lega di alluminio per l'aviazione?
L'alluminio aerospaziale è una lega di alluminio ad altissima resistenza e deformazione, ampiamente utilizzata nell'industria aeronautica. Rispetto alle leghe di alluminio ordinarie, le leghe di alluminio utilizzate negli aerei hanno requisiti più elevati in termini di resistenza, durezza, tenacità, resistenza alla fatica e plasticità. La lega di alluminio per l'aviazione ha buone proprietà meccaniche e di lavorazione e presenta un'elevata resistenza e una buona tenacità a 150 ℃ (o superiore), ideale per i materiali delle strutture aeronautiche.
La caratteristica più rilevante della lega di alluminio per l'aviazione è che la sua resistenza può essere migliorata con un trattamento termico di deformazione. Il trattamento termico di deformazione è un processo completo che combina il rafforzamento della deformazione plastica con il rafforzamento del cambiamento di fase durante il trattamento termico per unificare il processo di formatura e le proprietà di formatura. Durante la deformazione plastica delle leghe aeronautiche, la densità dei difetti nel cristallo aumenta e questi difetti portano al cambiamento della microstruttura del materiale. Nel processo di deformazione plastica della lega di alluminio aeronautico, si verificano cambiamenti della struttura cristallina come il recupero dinamico, la ricristallizzazione dinamica, la ricristallizzazione sub-dinamica, la ricristallizzazione statica e il recupero statico. Se questi cambiamenti della struttura cristallina vengono controllati in modo adeguato, le proprietà meccaniche del materiale miglioreranno in modo significativo e la durata del materiale sarà maggiore.
Classificazione delle leghe di alluminio per l'aviazione
Esistono molti tipi di metodi di classificazione delle leghe di alluminio, che possono essere suddivise in leghe di alluminio per deformazione e leghe di alluminio per colata. La lega di alluminio per deformazione può sopportare la lavorazione a pressione e può essere trasformata in una varietà di forme, specifiche della lega di alluminio, che viene utilizzata principalmente per la produzione di apparecchiature per l'aviazione.
La lega di alluminio per deformazione può essere suddivisa in lega di alluminio non sottoposta a trattamento termico e lega di alluminio sottoposta a trattamento termico. Le proprietà meccaniche della lega di alluminio non sottoposta a trattamento termico non possono essere migliorate dal trattamento termico, ma possono essere rafforzate solo dalla deformazione a freddo. Comprende principalmente l'alluminio ad alta purezza, l'alluminio industriale ad alta purezza, l'alluminio industriale puro e l'alluminio antitrust, ecc. La lega di alluminio rinforzata con trattamento termico può migliorare le sue proprietà meccaniche mediante tempra e invecchiamento. Può essere suddivisa in alluminio duro, alluminio forgiato, alluminio super duro e lega di alluminio speciale.
Applicazione della lega di alluminio per aviazione
Secondo i dati sperimentali, il costo di lancio sarà risparmiato di circa 20.000 dollari per ogni perdita di peso di 1 kg del veicolo spaziale che entra in volo. Se il peso del caccia viene ridotto del 15%, l'autonomia di volo può essere ridotta del 15%, la portata aumentata del 20% e il carico utile del 30%. Pertanto, il mondo attribuisce grande importanza alla ricerca e allo sviluppo di materiali strutturali leggeri per il settore aerospaziale.
La lega di alluminio per l'aviazione è ampiamente utilizzata nel campo dell'aviazione e dell'aerospazio grazie ai suoi vantaggi unici, come la ridotta densità, la moderata resistenza, la facilità di lavorazione e di formatura, la forte resistenza alla corrosione, l'abbondanza di risorse e la forte riciclabilità. La pelle, le travi, le centine, le putrelle, i distanziali e i carrelli di atterraggio degli aerei possono essere realizzati in alluminio e la quantità di alluminio utilizzata varia a seconda dell'aereo. Grazie al suo basso prezzo, la lega di alluminio è ampiamente utilizzata negli aerei civili che puntano sui vantaggi economici. Ad esempio, la lega di alluminio utilizzata negli aerei Boeing 767 rappresenta circa l'81% del peso della carrozzeria. Alcune leghe di alluminio per l'aviazione hanno buone proprietà criogeniche e possono lavorare in ambienti con idrogeno e ossigeno liquidi, quindi sono materiali ideali per la costruzione di razzi a propellente liquido. Ad esempio, i serbatoi di carburante, i serbatoi di ossidante, le sezioni interstage, le sezioni di coda e le capsule degli strumenti del razzo vettore Saturno 5 che ha lanciato la navicella Apollo sono tutti realizzati in leghe di alluminio aeronautico.
Attualmente, i principali materiali in lega di alluminio utilizzati negli aerei civili sono le fusioni in lega di alluminio, i forgiati in lega di alluminio, i profili estrusi in lega di alluminio di grande sezione, le piastre spesse in lega di alluminio e le leghe di alluminio-litio. Le principali applicazioni di alcuni tipi di leghe di alluminio sono le seguenti.
L'alluminio aeronautico 2024 è utilizzato per le parti strutturali degli aeromobili; la lega di alluminio aeronautico 2048 è utilizzata principalmente per la produzione di parti strutturali aerospaziali e per le parti strutturali delle armi; la lega 2218 è utilizzata principalmente per i motori degli aeromobili e per i pistoni dei motori diesel, per le teste dei cilindri dei motori degli aeromobili, per le giranti dei motori a reazione e per gli anelli dei compressori; la lega 2219 è utilizzata per i serbatoi degli ossidanti per la saldatura dei razzi aerospaziali, per la pelle degli aerei supersonici e per le parti strutturali.
