Aluminium- und Edelstahlteile für Luft- und Raumfahrtanwendungen

Bei der Herstellung von Teilen für Luft- und Raumfahrtanwendungen müssen viele Faktoren berücksichtigt werden, z. B. Form, Gewicht und Haltbarkeit des Teils. Diese Faktoren beeinflussen den Flugwert des Flugzeugs. Seit vielen Jahren ist Aluminium das Material der Wahl für Luft- und Raumfahrtanwendungen. In modernen Düsenflugzeugen macht es jedoch nur 20 % der Struktur aus.

Aufgrund der Nachfrage nach Leichtflugzeugen nimmt die Verwendung von Verbundwerkstoffen wie kohlenstoffverstärkten Polymeren und Wabenmaterialien in der modernen Luft- und Raumfahrtindustrie jedoch weiter zu. In den letzten Jahren haben Luft- und Raumfahrthersteller damit begonnen, Alternativen zu Aluminium zu untersuchen, darunter Edelstahl in Luft- und Raumfahrtqualität. Die Verwendung dieses Edelstahls in neuen Flugzeugkomponenten hat zugenommen. Dieser Beitrag erklärt die Verwendung und den Unterschied zwischen Aluminium und Edelstahl in modernen Flugzeugen.

Aluminiumteile für Luft- und Raumfahrtanwendungen

Aluminium ist ein relativ leichtes Material mit einem Gewicht von etwa 2,7 g/cm3 (Gramm pro Kubikzentimeter). Obwohl Aluminium leichter und billiger als Edelstahl ist, ist Aluminium nicht so stark und korrosionsbeständig wie Edelstahl. In Bezug auf Haltbarkeit und Festigkeit ist Edelstahl Aluminium überlegen.

Obwohl die Verwendung von Aluminium in vielen Aspekten der Luft- und Raumfahrtproduktion zurückgegangen ist, wird Aluminium in modernen Flugzeugen immer noch häufig verwendet. Für viele spezifische Zwecke ist Aluminium immer noch das stärkste und leichteste Material. Aufgrund seiner hohen Duktilität ist es einfach zu verarbeiten und im Vergleich zu vielen Verbundwerkstoffen oder Titan relativ günstig. Es kann auch durch Legieren mit anderen Metallen (wie Kupfer, Magnesium, Mangan und Zink) oder durch Kälte- oder Wärmebehandlung weiter verbessert werden. Wenn Aluminium der Luft ausgesetzt wird, isolieren die engen chemischen Oxidbindungen das Aluminium von der Umgebung. Diese Eigenschaft macht es extrem korrosionsbeständig.

Zu den beliebtesten Aluminiumlegierungen, die bei der Herstellung von Luft- und Raumfahrtteilen verwendet werden, gehören:

• Aluminiumlegierung 7075 (Aluminium/Zink)
• Aluminiumlegierung 7475-02 (Aluminium/Zink/Magnesium/Silizium/Chrom)
• Aluminiumlegierung 6061 (Aluminium/Magnesium/Silizium)

7075 ist eine Kombination aus Aluminium und Zink und ist die am häufigsten verwendete Legierung in Luft- und Raumfahrtanwendungen mit hervorragenden mechanischen Eigenschaften, Duktilität, Festigkeit und Ermüdungsbeständigkeit.

7475-02 ist eine Kombination aus Aluminium, Zink, Silizium und Chrom, während 6061 Aluminium, Magnesium und Silizium enthält. Welche Legierung benötigt wird, hängt ganz vom Verwendungszweck des Endteils ab. Obwohl viele Flugzeugteile aus Aluminium rein dekorativ sind, sind bestimmte Teile für die Funktion des Flugzeugs unerlässlich und müssen bestimmte Eigenschaften aufweisen.

Eine übliche Art von Aluminiumlegierung, die in der Luft- und Raumfahrtindustrie verwendet wird, ist Aluminium-Scandium. Die Zugabe von Scandium zu Aluminium stärkt die Festigkeit und Hitzebeständigkeit des Metalls. Die Verwendung von Aluminium-Scandium kann auch die Kraftstoffeffizienz erhöhen. Da es sich um eine Alternative zu dichteren Materialien wie Stahl und Titan handelt, führt der Ersatz dieser Materialien durch leichteres Aluminium-Scandium zu einer Gewichtsreduzierung, was wiederum zu einer höheren Kraftstoffeffizienz führt.

Edelstahlteile für Luft- und Raumfahrtanwendungen

In der Luft- und Raumfahrtindustrie scheint Edelstahl im Vergleich zu Aluminium eine überraschende Wahl zu sein. Obwohl Edelstahl ein höheres Gewicht hat, wurde kürzlich festgestellt, dass er in Luft- und Raumfahrtanwendungen häufiger verwendet wird.

Edelstahl bezieht sich auf die Legierungsfamilie auf Eisenbasis, die mindestens 11 % Chrom enthält, eine Verbindung, die Eisenkorrosion verhindert und Hitzebeständigkeit bietet. Verschiedene Arten von Edelstahl beinhalten die Elemente Stickstoff, Aluminium, Silizium, Schwefel, Titan, Nickel, Kupfer, Selen, Niob und Molybdän. Die Art des Edelstahls wurde eingestuft und durch drei Ziffern dargestellt. Obwohl der häufig verwendete Edelstahl nur etwa ein Zehntel ausmacht, gibt es mehr als 150 Edelstahlsorten. Darüber hinaus kann Edelstahl zu dünnen Platten, Platten, Stäben, Drähten und Rohren geformt werden, was ihn für eine Vielzahl von Anwendungen nützlich macht. Es gibt fünf Hauptgruppen von Edelstahl, die hauptsächlich nach ihrer Kristallstruktur klassifiziert werden. Diese Gruppen sind austenitische, ferritische, martensitische, Duplex- und ausscheidungshärtende rostfreie Stähle.

Wie oben erwähnt, ist rostfreier Stahl eine Legierung, die durch eine Kombination aus Stahl und Chrom hergestellt wird. Die Festigkeit von Edelstahl steht in direktem Zusammenhang mit dem Chromgehalt in der Legierung. Je höher der Chromgehalt, desto stärker der Stahl. Es hat sich herausgestellt, dass die Verwendung von Edelstahllegierungen bei Flugzeugkomponenten zunimmt, die eine hohe Festigkeit erfordern, aber mit dem erhöhten Gewicht fertig werden können. Edelstahl hat eine hohe Korrosionsbeständigkeit und hohe Temperaturbeständigkeit, wodurch es für eine Reihe von Luft- und Raumfahrtkomponenten geeignet ist, einschließlich Aktuatoren, Befestigungselemente und Fahrwerkskomponenten.

Vorteile:

Edelstahl ist zwar stärker als Aluminium, aber normalerweise viel schwerer. Im Vergleich zu Aluminium haben Edelstahlteile jedoch zwei Hauptvorteile:

Edelstahl hat eine hohe Korrosionsbeständigkeit.

Die Beständigkeit von Edelstahl gegenüber Eisentrioxid ist auf das Vorhandensein von Chrom in der Legierung zurückzuführen, das einen Passivierungsfilm bildet, um das Material vor Korrosion zu schützen. Ob atmosphärische Bedingungen oder chemische Lösungsmittel, Edelstahl hat eine hohe Korrosionsbeständigkeit. Edelstahl verhindert durch seine schützende Oxidschicht Oxidation und Korrosion. Tatsächlich kann sich die Membran selbst reparieren, wenn sie Sauerstoff ausgesetzt wird. Korrosions- und Verschmutzungsbeständigkeit, geringe Wartungskosten und der gewohnte Glanz machen Edelstahl zu einem gängigen Material für Anwendungen, die Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit erfordern.

Edelstahl ist stärker und verschleißfester.

Edelstahl hat eine höhere Zugfestigkeit als Aluminium und kann Belastungen, Vibrationen, Kratzern, Stößen und Beschädigungen besser standhalten. Beispielsweise ist die Zugfestigkeit von Edelstahl der Güteklasse 304 mit 505 MPa (73.200 psi) bzw. 310 MPa (45.000 psi) höher als die von Aluminium.

Schermodul und Schmelzpunkt von Edelstahl sind ebenfalls höher als die von Aluminium .

Diese Eigenschaften sind für viele Luft- und Raumfahrtteile unerlässlich und machen Edelstahlteile zu einer vielseitigen Wahl für Luft- und Raumfahrtanwendungen.

Weitere Vorteile von Edelstahl sind seine hervorragende Hitzebeständigkeit und Feuerbeständigkeit, sein helles, schönes Aussehen und seine hervorragenden hygienischen Eigenschaften. Edelstahl ist außerdem einfach herzustellen, was ein wichtiger Aspekt ist, wenn alle Teile des Flugzeugs geschweißt, bearbeitet oder nach genauen Spezifikationen geschnitten werden müssen. Schließlich haben bestimmte Edelstahllegierungen eine extrem hohe Stoßfestigkeit, was ein wichtiger Faktor für die Sicherheit und Langlebigkeit großer Flugzeuge ist.

Schlussfolgerung

Im Laufe der Zeit ist die Luft- und Raumfahrtindustrie immer vielfältiger geworden, und moderne Luft- und Raumfahrtfahrzeuge werden eher mit Rumpf oder Flugzeugzelle aus Edelstahl hergestellt. Trotz des höheren Preises sind sie auch viel fester als Aluminium und können je nach verwendeter Qualität immer noch ein hervorragendes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis bieten.

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