Sites d'application spécifiques et exigences des matériaux en alliage d'aluminium pour l'aérospatiale

L'alliage d'aluminium d'aviation est le matériau de base pour la fabrication d'aéronefs et de véhicules aérospatiaux. Avec l'amélioration continue des exigences en matière de performances de vol, de charge utile, de consommation de carburant, de durée de vie et de fiabilité de la sécurité dans la conception et la fabrication d'aéronefs contemporains, des exigences de plus en plus élevées ont été avancées pour la performance globale et l'effet de réduction des structures en alliage d'aluminium. En utilisant des matériaux en alliage d'aluminium de grande taille pour le fraisage CNC afin de produire des composants structurels intégrés en alliage d'aluminium, remplaçant la combinaison traditionnelle de plusieurs composants en alliage d'aluminium, peut non seulement atteindre une réduction significative du poids et améliorer la fiabilité du processus de service, mais également réduire les processus d'assemblage des avions et les coûts de fabrication.

Cette méthode avancée de conception et de fabrication impose des exigences très strictes sur les matériaux en alliage d'aluminium: l'épaisseur maximale des pièces forgées en alliage d'aluminium ou des plaques pré-tendues doit souvent atteindre 150mm ou plus, et la performance globale des composants avec différentes épaisseurs est très uniforme. Dans le même temps, il doit également avoir une excellente résistance plasticité rupture résistance résistance à la fatigue résistance à la corrosion sous contrainte et peeling résistance à la corrosion correspondant à la corrosion.

L'aluminium est utilisé comme propulseur principal pour les propulseurs de fusée solide dans les navettes spatiales en raison de sa densité d'énergie volumique élevée et de sa difficulté à l'allumage accidentel.

Les plaques en alliage d'aluminium sont utilisées dans un grand nombre d'applications aérospatiales, avec des exigences de complexité et de performance allant des composants simples aux principales structures porteuses des avions, comme l'Airbus A340 et le Boeing 777.

Les industries aéronautique et aérospatiale ont longtemps misé sur les alliages d'aluminium. Si l'alliage d'aluminium n'est pas utilisé dans le moteur, le premier avion ne pourra jamais voler. Les satellites artificiels sont en aluminium, ils peuvent donc survivre au processus de traversée de notre atmosphère extérieure chaude et d'entrer dans l'espace. Même aujourd'hui, la NASA utilise encore des matériaux hybrides aluminium lithium dans les vaisseaux spatiaux avancés Orion.

Qu'il s'agisse de concevoir des avions commerciaux ou de construire des navettes spatiales de précision, l'alliage d'aluminium est un matériau crucial. L'alliage d'aluminium est le plus couramment utilisé dans la fabrication de fuselage, d'ailes et de structures de support, apportant une série d'avantages à l'ingénierie des avions et des vols spatiaux.

Les alliages d'aluminium utilisés dans l'aérospatiale sont utilisés pour gérer des conditions inférieures à zéro dans le vide cryogénique spatial. D'autre part, les alliages d'aluminium utilisés dans la fabrication aéronautique ont une durabilité et la capacité de résister à divers types de corrosion. La grande stabilité de ces alliages en fait un choix idéal pour les composants mécaniques, qui bénéficient également de la conductivité élevée de l'aluminium.

L'application de l'aluminium dans l'aviation

L'aluminium est largement utilisé dans les avions, principalement en tant que composants structurels. L'alliage d'aluminium, en raison de sa résistance spécifique élevée, de sa bonne formabilité et de ses performances de traitement, est le principal matériau structurel des avions, tel que la peau, le cadre, l'hélice, le réservoir de carburant, le panneau mural, et support de train d'atterrissage. Le taux de conversion en aluminium de différents modèles d'avions peut varier considérablement, par exemple, la proportion de matériaux en alliage d'aluminium dans les 737 de Boeing peut atteindre 81%, tandis que la proportion de matériaux en alliage d'aluminium dans les 787 de Boeing est 20% en raison de l'utilisation d'un grand nombre de matériaux composites.

L'aluminium utilisé dans l'aviation est principalement constitué d'aluminium déformé, avec une proportion relativement faible de matériaux moulés. En moyenne, les matériaux laminés plats représentent environ 60% de la consommation d'aluminium dans les avions, les matériaux extrudés (tuyaux, tiges, profilés et fils) représentent environ 28%, les pièces forgées représentent environ 7%, et les castings représentent environ 5%.

Selon la classification de la composition de l'alliage, l'aluminium d'aviation est principalement composé de 2 séries et 7 séries. Les alliages d'aluminium utilisés pour la structure des gros avions dans divers pays du monde sont aujourd'hui principalement des séries 2 à haute résistance (2024, 2224, 2324, 2424, 2524, etc.) et ultra-haute résistance 7 séries (7075, 7475, 7050, 7150, 7055, 7085, etc.), Représentant respectivement environ 38% et 45% de la proportion de matériaux en aluminium dans les aéronefs civils.

Les gens ont mené des recherches approfondies et systématiques sur les méthodes de composition et de synthèse, laminage/extrusion/forgeage/traitement thermiqueProcessus, traitement de pièces, caractérisation des performances des matériaux et des services structurels des alliages d'aluminium utilisés dans l'aérospatiale. Le développement de produits matériels a formé une série, et une série de réalisations importantes ont été réalisées dans l'application. Surtout depuis la fin des années 1980, avec la formation progressive de critères de conception de tolérance aux dommages et de durabilité pour les aéronefs, des exigences plus élevées ont été avancées pour la performance globale des matériaux tels que la résistance, la ténacité des fractures, résistance à la corrosion, et résistance à la fatigue. La direction de développement actuelle des alliages d'aluminium est de développer des matériaux à plaques épaisses avec une faible contrainte interne, et un grand nombre de plaques épaisses sont utilisées dans le processus de fabrication pour obtenir la formation de composants structurels intégraux, remplacement des composants précédemment assemblés avec de nombreuses pièces (Figure 2). L'adoption généralisée de grandes structures de panneaux muraux intégraux est devenue un moyen important pour la nouvelle génération d'aéronefs d'améliorer l'efficacité structurelle, de réduire le nombre de pièces, de réduire les coûts et de raccourcir les cycles de développement. Après avoir adopté des panneaux muraux renforcés intégraux sur l'avion Boeing B747, le nombre de pièces est passé de 129 à 7, entraînant une réduction des coûts 25%. La durée de vie de propagation des fissures et la résistance résiduelle ont toutes deux été multipliées par trois.

Avion de première génération, matériaux de première génération, l'aluminium d'aviation s'est développé vers le matériau d'alliage d'aluminium de troisième génération représenté par l'alliage d'aluminium et de lithium. Le développement de l'aluminium aéronautique comporte trois étapes: la première étape a eu lieu des années 1930 aux années 1960. L'alliage d'aluminium de la série 2 a rendu tous les avions métalliques courants, tandis que l'alliage d'aluminium de la série 7 représenté par les premiers 7075 a permis aux avions de passagers de voler dans la stratosphère, les modèles représentatifs étant les DC-3, B-29 et 70; La deuxième étape allait des années 1960 aux années 1990, Lorsqu'une série de nouveaux alliages d'aluminium de la série 7 tels que le 7050 et le 7055 ont été développés, ce qui a amélioré la résistance spécifique tout en tenant compte des caractéristiques de fatigue. Les modèles représentatifs étaient la série A300 et 777; La troisième étape est de 2000 à aujourd'hui. Dans la concurrence des matériaux composites, les alliages d'aluminium de troisième génération représentés par les alliages d'aluminium et lithium ont été de plus en plus adoptés par les nouveaux modèles d'avions, notamment A220, C919 en Chine, etc. Les marques représentatives sont les 2050 et les 2196 de Kenlian, ainsi que les 2099 et 2397 d'Alcoa. En plus des alliages d'aluminium au lithium, les composites à base d'aluminium et les alliages d'aluminium formés en superplastique sont également des orientations de recherche clés pour l'aluminium aéronautique.