航空宇宙用途の部品を加工する際には、部品の形状、重量、耐久性など、考慮すべき要素が数多くあります。これらの要因は、航空機の飛行の安全性と経済性に影響を与えます。航空宇宙産業の製造に選ばれる素材は、常に主な金としてアルミニウムでした。しかし、現代のジェット機では、それは全体の構造の 20% しか占めていません。
軽飛行機の需要の増加により、現代の航空宇宙産業では炭素強化ポリマーやハニカム材料などの複合材料の使用が増加しています。航空宇宙製造会社は、アルミニウム合金の代替品である航空グレードのステンレス鋼の研究を始めています。新しい航空機部品におけるこのステンレス鋼の割合は増加しています。最新の航空機におけるアルミニウム合金とステンレス鋼の用途と違いを分析してみましょう。
アルミニウム合金部品の航空宇宙分野への応用
アルミニウムは比較的非常に軽い金属材料で、重さは約 2.7 g/cm3 (グラム/立方センチメートル) です。アルミニウムはステンレス鋼に比べて軽くて安価ですが、強度や耐食性はステンレス鋼ほどではなく、強度や耐食性もステンレス鋼ほどではありません。ステンレスはアルミニウムよりも強度に優れています。
航空宇宙生産の多くの側面でアルミニウム合金の使用は減少していますが、アルミニウム合金は現代の航空機製造において依然として重要な位置を占めており、多くの特定の用途においてアルミニウムは依然として強力で軽量な材料です。アルミニウムは延性が高く、加工が容易なため、多くの複合材料やチタンよりもはるかに安価です。また、銅、マグネシウム、マンガン、亜鉛などの他の金属と合金化したり、冷間または熱処理することによって、その金属特性をさらに高めることもできます。
航空宇宙部品の製造に広く使用されているアルミニウム合金には次のものがあります。
1.アルミニウム合金7075（アルミニウム/亜鉛）
2. アルミニウム合金 7475-02 (アルミニウム/亜鉛/マグネシウム/シリコン/クロム)
3. アルミニウム合金6061（アルミニウム/マグネシウム/シリコン）
アルミニウムと亜鉛を組み合わせた 7075 は、航空宇宙用途で最も一般的に使用される合金の 1 つで、優れた機械的特性、延性、強度、耐疲労性を備えています。
7475-02 はアルミニウム、亜鉛、シリコン、クロムの組み合わせであり、6061 にはアルミニウム、マグネシウム、シリコンが含まれています。どの合金が必要かは、端子の用途によって完全に異なります。航空機に使用されるアルミニウム合金部品は装飾的なものが多いですが、軽さと剛性の観点からはアルミニウム合金が最適です。
航空宇宙産業で使用される一般的なアルミニウム合金はアルミニウム スカンジウムです。アルミニウムにスカンジウムを添加すると、金属の強度と耐熱性が向上します。アルミニウムスカンジウムを使用することで燃費も向上します。スチールやチタンなどの密度の高い材料の代替となるため、これらの材料をより軽量のアルミニウム スカンジウムに置き換えることで重量を節約でき、それによって燃料効率と機体の剛性の強度が向上します。
航空宇宙におけるステンレス鋼部品の応用
航空宇宙産業では、アルミニウムと比較してステンレス鋼の使用は驚くべきことです。ステンレス鋼は重量が重いため、航空宇宙用途での使用がこれまで以上に増加しています。
ステンレス鋼は、鉄の腐食を防ぎ、耐熱性を提供する化合物であるクロムを少なくとも 11% 含む鉄ベースの合金のグループを指します。さまざまな種類のステンレス鋼には、窒素、アルミニウム、シリコン、硫黄、チタン、ニッケル、銅、セレン、ニオブ、モリブデンなどの元素が含まれます。ステンレス鋼には多くの種類があり、ステンレス鋼のグレードは150以上あり、一般的に使用されているステンレス鋼はステンレス鋼全体の10分の1程度しかありません。ステンレス鋼は、シート、プレート、バー、ワイヤー、チューブなどに加工できるため、さまざまな用途に適しています。
ステンレス鋼には、主に結晶構造によって 5 つの主要なグループに分類されます。これらのステンレス鋼は次のとおりです。
1. オーステナイト系ステンレス鋼
2. フェライト系ステンレス鋼
3. マルテンサイト系ステンレス鋼
4. 二相ステンレス鋼
5. 析出硬化型ステンレス鋼
前述したように、ステンレス鋼は鋼とクロムを組み合わせた合金です。ステンレス鋼の強度は合金中のクロム含有量に直接関係します。クロム含有量が多ければ多いほど、鋼の強度は高くなります。ステンレス鋼は耐腐食性と高温に対する高い耐性を備えているため、アクチュエーター、ファスナー、着陸装置の部品など、さまざまな航空宇宙部品に適しています。
航空宇宙部品にステンレス鋼を使用する利点:
ステンレス鋼はアルミニウムよりも強度はありますが、一般にはるかに重いです。ただし、アルミニウムと比較して、ステンレス鋼部品には 2 つの重要な利点があります。
1. ステンレス鋼は耐食性に優れています。
2. ステンレス鋼はより強く、より耐摩耗性があります。
ステンレス鋼のせん断弾性率と融点もアルミニウム合金よりも加工が困難です。
これらの特性は多くの航空宇宙部品にとって重要であり、ステンレス鋼部品は航空宇宙用途において不可欠な位置を占めています。ステンレスの利点としては、耐熱性、耐火性に優れ、明るく美しい外観が挙げられます。見た目も衛生的にも優れています。ステンレス鋼は製造も容易です。航空機の部品を正確な仕様に合わせて溶接、機械加工、または切断する必要がある場合、ステンレス鋼材料の優れた性能が特に際立ちます。特定のステンレス鋼合金は非常に高い耐衝撃性を備えており、大型航空機の安全性にも影響を与えます。そして耐久性も重要な要素です。
時間が経つにつれ、航空宇宙産業はより多様化し、現代の航空宇宙機はステンレス鋼の車体や機体で作られることが多くなりました。高価ではありますが、アルミニウムよりも強度が高く、シーンに応じてステンレス鋼のグレードを変えても、ステンレス鋼を使用しても優れた強度重量比を実現できます。
投稿時間: 2023 年 3 月 2 日