پیش‌نویس:کاربرد فلزات سبک در صنعت هوایی
| ثبت مقاله برگشت خورده است. این مقاله بیشتر مشابه یک انشا نوشته شده‌است تا یک مقالهٔ دانشنامه‌ای. مقاله‌های درخواستی باید خلاصه‌ای از اطلاعات موجود در منابع معتبر و دست دوم را ارائه دهند و نباید شامل نظرات شخصی یا تحقیق دست اول باشند. لطفاً با رعایت دیدگاهی بی‌طرف، متنی پیرامون این موضوع با سبکی دانشنامه‌ای بنویسید.
جایی که می‌توانید کمک بگیرید
چگونگی بهبود یک پیش‌نویس
همچنین می‌توانید با کنکاش در ویکی‌پدیا:مقاله‌های برگزیده و ویکی‌پدیا:مقاله‌های خوب نمونه‌هایی از بهترین نوشتارها با موضوعی مشابه مقالهٔ مورد نظر خودتان را بیابید. شانس بیشتر برای یک بازبینی سریع برای این که شانس بازبینی سریع مقاله‌تان بیشتر شود، پیش‌نویس خود را با استفاده از دکمهٔ پایین با برچسب‌های ویکی‌پروژهٔ مرتبط برچسب بزنید. این کار به بازبینی‌کنندگان کمک می‌کند تا مطلع شوند که یک پیش‌نویس جدید با موضوع مورد علاقهٔ آنها ثبت شده‌است. برای مثال، اگر مقاله‌ای دربارهٔ یک فضانورد زن نوشته‌اید، می‌توانید برچسب‌های زندگی‌نامه، فضانوردی و دانشمندان زن را بیفزایید. منابع برای ویرایشگران
|  |
با گذر زمان و با پیشرفت تکنولوژی در طراحی و ساخت قطعات هواپیما، سازندگان مشغول در صنعت هوایی همواره به دنبال راهی برای کاهش همزمان وزن کلی، قیمت تمام شده و بهبود خواص مکانیکی محصولات خود بوده‌اند. بدین ترتیب، فلزات سبک به دلیل خواص فیزیکی، مکانیکی و شیمیایی خاصی که دارند، همواره برای دست‌اندرکاران صنایع هوایی بسیار جذاب بوده‌اند و هر ساله کاربردهای جدیدی از آنها برای استفاده در قسمت‌های مختلف هواپیماها مورد آزمایش قرار می‌گیرد. از آنجا که یکی از مهم‌ترین نکات در طراحی هواپیما، کاهش وزن کلی آن برای رسیدن به حداکثر سرعت، ایمنی بالاتر، حداکثر بار قابل حمل و کاهش مصرف سوخت می‌باشد، بنابراین فلزات سبک به عنوان جایگزینی قابل اعتماد در مقابل فلزات سنگین مثل فولاد در صنعت هوایی مورد توجه قابل ملاحظه‌ای قرار گرفته‌اند و هرساله هزینه‌های بسیار بالایی صرف تحقیقات در مورد جایگزینی قطعات سنگین هواپیما با قطعات ساخته‌شده با آلیاژهای فلزات سبک می‌شود. به عنوان مثال بیش از 72 درصد از وزن هواپیمای مسافربری A320 شرکت ایرباس با آلیاژهای فلزات سبک ساخته شده‌است. از بین 4 فلز سبک برلیوم، منیزیوم، آلومینیوم و تیتانیوم، تنها برلیوم است که آلیاژهای آن هنوز کاربرد گسترده‌ای در ساخت بدنه و موتور هواپیما ندارند. با این حال از آلیاژهای 3 فلز دیگر از دیرباز به صورت گسترده‌ای در صنایع هوافضا استفاده می‌شده‌است. آلومینیوم به طور گسترده در ساخت قطعات بدنه‌ی هواپیما به کار می‌رود. تیتانیوم کاربردهای زیادی در ساخت قطعات داخلی موتور هواپیما و پره‌های توربین موتور پیدا کرده‌است و در قسمت‌های داخل کابین هواپیما، هرگاه نیاز به کاهش وزن قابل ملاحظه‌ای باشد، نگاه مهندسان به سمت آلیاژهای بسیار سبک منیزیومی جلب می‌شود.
آلومینیوم[ویرایش]
اولین فلز سبکی که به طور گسترده در ساخت هواپیما از آن استفاده شد آلومینیوم بود. حتی امروزه، بین 60 تا 80 درصد وزن هواپیماهای تجاری را آلیاژهای آلومینیوم تشکیل می‌دهند. نامگذاری آلیاژهای آلومینیوم بر اساس عناصر آلیاژی اضافه شده و بر اساس نوع آلومینیوم انجام می‌پذیرد: کار شده (رُت یا رات) یا ریخته گری شده. بیشترین استفاده در صنعت هوانوردی مربوط به آلیاژهای آلومینیوم رُت می‌باشد، یعنی آلیاژهای بر پایه مس (سری 2XXX)، منیزیم و سیلیکون (سری 6XXX)، روی (سری 7XXX) و آهن، نیکل و لیتیوم (سری 8XXX).[۱]
بر اساس عناصر آلیاژی، آلیاژهای آلومینیوم خواص متفاوتی دارند و بنابراین در قسمت‌های مختلفی از یک هواپیما به کار می‌روند. همه‌ی این سری‌ها مانند تمامی آلیاژهای آلومینیوم قابل عملیات حرارتی، دارای استحکام بالایی بوده و البته نسبتاً ارزان قیمت هستند. سری 2XXX بیشتر برای ساخت بدنه استفاده می‌شود، زیرا دارای چقرمگی و مقاومت خوبی در برابر رشد ترک خستگی است، و برای پوسته‌های بال‌های پایین، آلیاژ 2024 عملیات حرارتی شده پرمصرف‌ترین آلیاژی است که در دنیا از آن استفاده می‌شود. همراه با سری 2XXX، از سری 7XXX نیز به طور گسترده در صنعت هوانوردی استفاده می‌شود، زیرا آلیاژهای سری 7 دارای چقرمگی بالا و بیشترین استحکام در مقایسه با همه‌ی آلیاژهای آلومینیوم هستند و به طور عمده در پوسته‌های بال بالا و پایین از آنها استفاده می‌شود. با این حال، این آلیاژها نیز کاملاً مستعد خوردگی هستند و قابل جوشکاری نمی‌باشند (یا قابلیت جوشکاری بسیار پایینی دارند) و بنابراین باید با استفاده از بست‌های مکانیکی یا چسب به هم وصل شوند. آلومینیوم آلیاژ شده با منیزیم و سیلیکون از سری 6XXX کمترین استفاده را در صنعت هوانوردی از سری در نظر گرفته شده دارد. این امر به این دلیل اتفاق می‌افتد که این آلیاژها بدون توجه به مقاومت در برابر خوردگی بهتر نسبت به سری 2XXX و قابلیت ساخت و جوش‌پذیری عالی، دارای کمترین تعادل کلی ویژگی‌ها هستند، در حالی که هر دو سری 2XXX و سری 7XXX قابلیت جوشکاری محدودی دارند. با این وجود، آلیاژ جدید سری 6XXX، یعنی آلیاژ 6013-T3، در مقایسه با آلیاژ 2024-T3 از استحکام بیشتر و چقرمگی شکست و مقاومت در برابر شکست بالاتری برخوردار است و علاقه به این سری را تجدید می‌نماید.[۲]
در نهایت، سری 8XXX که با اضافه کردن عناصری که در سری‌های دیگر پوشش داده نشده‌اند ساخته می‌شوند، آلیاژهای کاملاً جدیدی می‌باشند. این آلیاژها افزودن لیتیوم به آلومینیوم را معرفی کردند که باعث افزایش مدول آلومینیوم و کاهش چگالی آن می‌شود. پیشرفت این آلیاژها همچنین باعث توسعه سری 2XXX 39 با افزودن لیتیوم به آلیاژهای Al-Cu شد. این آلیاژهای جدید به ویژه 2090، 2091 و 8090 اخیراً به طور گسترده‌ای در صنعت هوایی مورد استفاده قرار می‌گیرند و جایگزین سایر آلیاژهای سری 2XXX و 7XXX شده‌اند، زیرا دارای 10٪ چگالی کمتر و 25٪ سختی ویژه بالاتر می‌باشند. بنابراین، آنها گزینه‌هایی بسیار عالی برای استفاده در اجزای بدنه مانند استرینگرها، ریب‌ها و لانگرون‌ها هستند و همچنین در برخی کاربردها جایگزین فولاد می‌شوند.[۳]
منیزیم[ویرایش]
منیزیم فلزی است که آلیاژهای آن در ابتدای عصر فلزی شدن ساختار هواپیماها، به خصوص در دوران جنگ جهانی دوم توسط آلمانی‌ها، استفاده‌ی بسیاری در ساخت بدنه‌ی هواپیما داشتند. دلیل این امر نیز چگالی بسیار پایین این فلز است که استفاده از آن در بدنه‌ی هواپیما می‌تواند به کاهش وزن چشمگیری منجر شود. با این حال، مشکلات خوردگی و دشواری پردازش و شکل‌دهی این فلز باعث شد تا امروزه کاربردهای آن در بدنه و پوسته‌ی هواپیما بسیار محدود شود. با این وجود هنوز برخی از کاربردهای منیزیوم در صنایع هوایی باقی مانده و دانشمندان به دنبال یافتن کاربردهای جدیدی نیز برای این فلز جذاب می‌باشند. این کاربردها اساساً مربوط به ساختارهای ثانویه با اشکال پیچیده‌ای می‌شوند که در آنها می‌توان آلیاژهای ریخته‌گری منیزیوم را جایگزین آلیاژهای رُت آلومینیوم کرد. در واقع به دلیل شکل‌پذیری بسیار پایین آلیاژهای منیزیوم، قطعات منیزیومی معمولا به صورت کامل با عملیات ریخته‌گری ساخته می‌شوند.[۴]
آلومینیوم و روی عناصر آلیاژی اصلی منیزیم هستند که آلیاژهایی با خواص مکانیکی جالب فراهم می‌آورند. استفاده از منیزیم در سازه‌های هوانوردی عمدتاً به این دلیل است که اجزای تولید شده با آن نسبت به سایر فلزات رایج سبکتر بوده و ویژگی‌های میرایی و دمپینگ بسیار عالی دارند. اما خوردگی زیاد و فقدان آلیاژهای با استحکام بالا، همچنان کاربرد منیزیم را در صنعت هوانوردی محدود می کند. با این حال در سال‌های اخیر پیشرفت‌های بسیار خوبی برای یافتن کاربردهای مناسب برای آلیاژهای منیزیومی در ساخت قطعات مختلف هواپیما صورت پذیرفته است.[۵]
تیتانیوم[ویرایش]
تیتانیوم آخرین فلز سبکی است که هر روزه کاربردهای جدیدی از آن در ساخت قطعات مختلف هواپیما کشف می‌شود. اگرچه از تیتانیوم بیشتر در ساخت اجزای درونی موتورهای هواپیما استفاده می شود، اما به دلیل خواص عالی در دمای بالا، استفاده از آلیاژهای آن در ساخت بدنه‌ی هواپیما نیز رایج می‌باشد. دلایل اصلی استفاده از تیتانیوم بر روی بدنه هواپیما، نسبت استحکام به وزن بالا، مقاومت در برابر خوردگی زیاد و تحمل آسیب خوب می‌باشد. بنابراین این ماده برای جایگزینی فولاد و آلومینیوم در برخی کاربردهای با استحکام بالا بسیار مناسب است، زیرا سبکتر از فولاد بوده و قویتر از آلومینیوم می‌باشد. این کاربردها عبارتند از ارابه‌ی فرود، ساختار تکیه‌گاه کف، کانال‌ها، هسته‌های دم هواپیما، فنرها و برخی از اتصالاتی که در جای‌جای بدنه‌ی یک هواپیما وجود دارند. در اکثر این کاربردها از آلیاژهای آلفا به علاوه‌ی بتا استفاده می شود، به ویژه آلیاژ Ti-6-4، که حدود 80-90٪ از کل تیتانیوم مورد استفاده در کاربردهای بدنه هواپیما و 60٪ از کل تیتانیوم مورد استفاده در کاربردهای هوافضا را تشکیل می‌دهد. این آلیاژ همچنین دارای خواص انعطاف پذیری بسیار خوبی بوده و در بیشتر بخش‌های هواپیما مانند بدنه، ارابه‌ی فرود، بال و دم هواپیما از آن استفاده می‌شود. آلیاژهای بتا نیز تا حدی در کاربردهای بدنه‌ی هواپیما مورد استفاده قرار می‌گیرند. شناخته‌شده‌ترین کاربرد آلیاژهای بتا در بدنه‌ی هواپیمای شناسایی مدل SR-71 می‌باشد. ضمن اینکه اخیراً استفاده از آلیاژهای بتا در فنرها و مجراها مورد توجه قرار گرفته‌است. پراستفاده‌ترین آلیاژ بتا، Ti-10-2-3 است که در ارابه‌های فرود از آن استفاده می‌شود.[۶]
کاربرد دیگر تیتانیوم به طور کلی در اجزایی از بدنه‌ی هواپیما است که در آنجا تماس فلز با کامپوزیت وجود دارد، زیرا تیتانیوم در مقایسه با آلیاژهای آلومینیوم، سازگاری گالوانیکی بیشتری دارد. در مورد آلیاژهای آلفای تیتانیوم، آنها عمدتاً در ساختارهایی که مجبور به تحمل درجه حرارت‌های بسیار بالا (مانند مجراهای سیستم‌های ضد یخ و کنترل محیطی) می‌باشند، مورد استفاده قرار می‌گیرند. لوله‌های هیدرولیک هواپیماها هم عمدتا با آلیاژهای آلفای تیتانیوم ساخته می‌شوند. با این حال، کاربردهای بیشتر تیتانیوم به دلیل هزینه‌ی بالای ساخت قطعات آن محدود می‌باشد و بنابراین استفاده از آن عمدتاً به یک مبادله بین هزینه و ارزش مشتری تبدیل شده‌است. کاهش وزن، هزینه‌ی نگهداری کمتر به دلیل افزایش مقاومت در برابر خوردگی و قابلیت اطمینان بسیار بالا، همه جنبه‌هایی از ارزش مشتری می‌باشند که ممکن است برای توجیه کاربرد آلیاژهای تیتانیوم مورد استفاده قرار گیرند.[۷]
جستارهای وابسته[ویرایش]
منابع[ویرایش]
- ↑ Myra Pinkham, Aluminum producers seeing more aerospace orders, American Metal Market, 2000
- ↑ Myer Kutz, Handbook of Materials Selection, John Wiley & Sons, Inc., New York, 2002
- ↑ F. C. Campbell, Manufacturing Technology for Aerospace Structural Materials, Elsevier, 2006
- ↑ L. Mordike, Magnesium properties, applications and potential, Materials Science and Engineering A302, Elsevier, 2001
- ↑ I. Ostrovsky, Present State and Future of Magnesium Application in Aerospace Industry, International Conference «New Challenges in Aeronautics» ASTEC’07, Moscow, 2007
- ↑ James C. Williams, Progress in structural materials for aerospace systems, Acta Materialia 51, Elsevier, 2003
- ↑ R. Boyer, An overview on the use of titanium in aerospace industry, Materials Science and Engineering A213, Elsevier, 1996