سبائك الألومنيوم المستخدمة في الطائرات

يشير المصطلح غير حديدية إلى جميع المعادن التي تحتوي على عناصر بخلاف الحديد كقاعدة أو مكون رئيسي، كما تشمل هذه المجموعة معادن مثل الألومنيوم والتيتانيوم والنحاس والمغنيسيوم، بالإضافة إلى المعادن المخلوطة مثل (Monel و babbit).

الألمنيوم

الألمنيوم النقي تجارياً هو معدن أبيض لامع يحتل المرتبة الثانية في مقياس المرونة والسادس في الليونة ويحتل مرتبة عالية في مقاومته للتآكل، يكون الألمنيوم ممزوج بنسب مختلفة من معادن أخرى تشكل السبائك التي تستخدم في صناعة الطائرات، سبائك الألومنيوم التي تكون فيها مكونات السبائك الرئيسية هي المنغنيز والكروم والمغنيسيوم والسيليكون تظهر هجومًا ضئيلًا في البيئات المسببة للتآكل والسبائك التي تستخدم فيها نسب كبيرة من النحاس أكثر عرضة للتآكل، نادرًا ما تزيد النسبة المئوية الإجمالية لعناصر السبائك عن 6 أو 7 في المائة في السبائك المشغولة.

الألومنيوم هو أحد المعادن الأكثر استخدامًا في صناعة الطائرات الحديثة، إنه حيوي لصناعة الطيران بسبب نسبة القوة إلى الوزن العالية وسهولة التصنيع النسبية، تكون السمة البارزة للألمنيوم هي وزنه الخفيف يذوب الألومنيوم عند درجة حرارة منخفضة نسبيًا تبلغ 1250 درجة فهرنهايت، حيث إنه غير مغناطيسي وهو موصل ممتاز ويمتلك الألمنيوم النقي تجاريًا قوة شد تبلغ حوالي 13000 رطل/بوصة مربعة، ولكن قد تتضاعف قوتها تقريبًا عن طريق الدرفلة أو غيرها من عمليات التشغيل الباردة عن طريق الخلط مع معادن أخرى أو باستخدام عمليات المعالجة الحرارية، كما يمكن رفع قوة الشد إلى 65000 رطل/بوصة مربعة أو ضمن نطاق قوة الفولاذ الهيكلي.

سبائك الألمنيوم

سبائك الألومنيوم، على الرغم من قوتها، يسهل تشغيلها لأنها مرنة وقابلة للدهن، كما يمكن دحرجتها إلى صفائح بسمك 0.0017 بوصة أو سحبها في سلك قطره 0.004 بوصة، حيث يتراوح سمك معظم صفائح الألمنيوم المستخدمة في صناعة الطائرات من 0.016 إلى 0.096 بوصة ومع ذلك، فإن بعض الطائرات الكبيرة تستخدم مخزونًا من الألواح قد يصل سمكها إلى 0.356 بوصة، يمكن تقسيم الأنواع المختلفة من الألمنيوم إلى فئتين عامتين:

سبائك الصب (تلك المناسبة للصب في الرمل أو القوالب الدائمة أو المسبوكات بالقالب).
السبائك المشغولة (تلك التي يمكن تشكيلها بالدرفلة والرسم أو تزوير. من بين هذين النوعين تعتبر السبائك المشغولة هي الأكثر استخدامًا في صناعة الطائرات، حيث يتم استخدامها في صناعة الرافعات والحواجز والجلد والمسامير والأقسام المبثوقة.

سبائك الألومنيوم المصبوبة

تنقسم سبائك الألومنيوم المصبوبة إلى مجموعتين أساسيتين في إحداها، يتم تحديد الخصائص الفيزيائية للسبائك بواسطة عناصر صناعة السبائك ولا يمكن تغييرها بعد صب المعدن من ناحية أخرى، تتيح عناصر السبائك معالجة الصب بالحرارة لإنتاج الخصائص الفيزيائية المرغوبة، كما يتم تحديد سبائك الصب بحرف يسبق رقم السبيكة، عندما يسبق حرف رقم ما، فإنه يشير إلى اختلاف طفيف في تكوين السبيكة الأصلية، هذا الاختلاف في التركيب هو ببساطة لنقل بعض الجودة المرغوبة في صب سبيكة 214، على سبيل المثال، تتم الإشارة إلى إضافة الزنك لتحسين صفاته الصب بالحرف A أمام الرقم وبالتالي إنشاء التعيين (A214).

عندما تتم معالجة المسبوكات بالحرارة، تتم الإشارة إلى المعالجة الحرارية وتركيب الصب بالحرف T متبوعًا برقم السبائك، مثال على ذلك هو سبيكة الصب بالرمل 355 والتي تحتوي على العديد من التركيبات ودرجات الحرارة المختلفة والمحددة بواسطة (355-T6) أو (355-T51) أو (C355-T51)، كما يتم إنتاج مصبوبات سبائك الألومنيوم بإحدى ثلاث طرق أساسية: قالب رملي، قالب دائم أو قالب مصبوب وعند صب الألمنيوم، يجب أن نتذكر أنه في معظم الحالات يجب استخدام أنواع مختلفة من السبائك لأنواع مختلفة من المسبوكات، كما تتطلب مصبوبات الرمل والمسبوكات أنواعًا مختلفة من السبائك غير تلك المستخدمة في القوالب الدائمة.

مصبوبات الرمل والقوالب الدائمة هي أجزاء يتم إنتاجها عن طريق سكب المعدن المنصهر في قالب مُعد مسبقًا، مما يسمح للمعدن بالتصلب أو التجميد، ثم إزالة الجزء وإذا كان القالب مصنوعًا من الرمل، يكون الجزء مصبوبًا بالرمل وإذا كان قالبًا معدنيًا، عادةً من الحديد الزهر، يكون الجزء عبارة عن قالب صب دائم ويتم إنتاج الرمل والمسبوكات الدائمة عن طريق صب المعدن السائل في القالب ويتدفق المعدن تحت قوة الجاذبية وحدها.

النوعان الأساسيان لسبائك الصب بالرمل هما 112 و 212 ولا يوجد فرق كبير بين المعدنين من وجهة نظر الخواص الميكانيكية، حيث إن كلاهما قابل للتكيف مع مجموعة واسعة من المنتجات.

عملية القوالب الدائمة

عملية القوالب الدائمة هي تطور لاحق لعملية صب الرمل والفرق الرئيسي هو في المواد التي تصنع منها القوالب، ميزة هذه العملية هي أن عدد الفتحات تسمى المسامية، وهي أقل من المصبوبات الرملية والمادة اللاصقة، التي يتم مزجها بالرمل لتماسكها معًا، كما تنتج كمية معينة من الغاز الذي يسبب المسامية في صب الرمل.

حيث تستخدم مصبوبات القوالب الدائمة للحصول على خصائص ميكانيكية أعلى أو أسطح أفضل أو أبعاد أكثر دقة، هناك نوعان محددان من مصبوبات القوالب الدائمة: قالب معدني دائم مع نوى معدنية وأنواع شبه دائمة تحتوي على قلب رملي، نظرًا لأن بنية الحبوب الدقيقة يتم إنتاجها في السبائك التي تخضع للتبريد السريع للقوالب المعدنية، فهي أفضل بكثير من المسبوكات من النوع الرملي، كما تُستخدم السبائك 122 و (A132) و 142 بشكل شائع في مصبوبات القوالب الدائمة، والاستخدامات الرئيسية لها في محركات الاحتراق الداخلي.

أقسام سبائك الألمنيوم

ينقسم الألمنيوم المطاوع وسبائك الألمنيوم المطاوع إلى فئتين عامتين: السبائك غير القابلة للمعالجة بالحرارة والسبائك المعالجة بالحرارة، تعتبر السبائك غير القابلة للمعالجة بالحرارة هي تلك التي يتم فيها تحديد الخواص الميكانيكية بكمية العمل البارد الذي تم إدخاله بعد عملية التلدين النهائية، كما يتم تدمير الخواص الميكانيكية التي يتم الحصول عليها من خلال العمل على البارد من خلال أي تسخين لاحق ولا يمكن استعادتها، إلا أنه ومن خلال العمل البارد الإضافي، وهو أمر غير ممكن دائمًا، يتم إنتاج الحالة القاسية الكاملة من خلال أكبر قدر ممكن من العمل البارد الممكن عمليًا تجاريًا، ويتم إنتاج المعدن في حالة التصنيع من السبيكة بدون أي قدر لاحق متحكم به من العمل على البارد أو علاج حراري هناك، نتيجة لذلك، كمية متغيرة من تصلب الإجهاد، اعتمادًا على السماكةمن القسم.

بالنسبة لسبائك الألومنيوم المعالجة بالحرارة، يتم الحصول على الخواص الميكانيكية عن طريق المعالجة الحرارية إلى درجة حرارة مناسبة، مع الاحتفاظ عند درجة الحرارة هذه لفترة كافية للسماح بدخول مكونات السبائك في الحالة الصلبة، ثم التبريد لإبقاء المكون في المحلول، كما يُترك المعدن في حالة مفرطة التشبع وغير مستقرة ثم يتم تقويته مع تقدم العمر إما عن طريق الشيخوخة الطبيعية في درجة حرارة الغرفة أو عن طريق الشيخوخة الاصطناعية عند درجة حرارة مرتفعة.

شاهد أيضاً

المواد المركبة في الطائرة ونظام وقود المحرك

يمكن أن تكون المنتجات المركّبة ضارة جدًا بالجلد والعينين والرئتين، وعلى المدى الطويل أو القصير …