航空宇宙用途向けのアルミニウムおよびステンレス鋼部品

航空宇宙用途の部品を作成する場合、部品の形状、重量、耐久性など、多くの要素を考慮する必要があります。これらの要因は、航空機の飛行価値に影響を与えます。長年にわたり、航空宇宙用途に選ばれる材料はアルミニウムでした。しかし、現代のジェット機では、構造の 20% しか占めていません.

しかし、軽量航空機の需要により、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え続けています。近年、航空宇宙メーカーはアルミニウムの代替品を研究し始めており、その 1 つが航空宇宙グレードのステンレス鋼です。新しい航空機部品でのこのステンレス鋼の使用が増加しています。この投稿では、現代の航空機におけるアルミニウムとステンレス鋼の使用法と違いについて説明します。

アルミニウム部品 航空宇宙用途向け

アルミニウムは比較的軽量な素材で、重量は約 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よりも軽量で安価ですが、アルミニウムはステンレス鋼ほど強くなく、耐食性もありません。耐久性と強度の点で、ステンレス鋼はアルミニウムよりも優れています。

航空宇宙産業の多くの面でアルミニウムの使用は減少していますが、現代の航空機では依然としてアルミニウムが広く使用されています。多くの特定の目的において、アルミニウムは今でも最強かつ最軽量の素材です。延性が高いため、加工が容易で、多くの複合材料やチタンに比べて比較的安価です。また、他の金属（銅、マグネシウム、マンガン、亜鉛など）と合金化するか、冷間または熱処理によってさらに強化することもできます.アルミニウムが空気にさらされると、密接な化学酸化物結合がアルミニウムを環境から隔離します。この特徴により、腐食に対する耐性が非常に高くなります。

航空宇宙部品の製造に使用される最も一般的なアルミニウム合金には、次のものがあります。

• アルミニウム合金 7075 (アルミニウム/亜鉛)
• 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)
• 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)

7075 はアルミニウムと亜鉛の組み合わせであり、航空宇宙用途で最も一般的に使用される合金であり、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、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、最終部品の用途に完全に依存します。多くのアルミニウム航空機部品は純粋に装飾用ですが、特定の部品は航空機の機能に不可欠であり、特定の特性を持たなければなりません.

航空宇宙産業で使用されるアルミニウム合金の一般的なタイプは、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強化されます。アルミニウム - スカンジウムの使用は、燃料効率も向上させることができます。スチールやチタンなどのより密度の高い材料の代替であるため、これらを軽量のアルミニウム スカンジウムに置き換えることで軽量化につながり、燃料効率が向上します。

ステンレス鋼部品 航空宇宙用途向け

航空宇宙産業では、アルミニウムに比べてステンレス鋼が意外な選択のようです。ステンレス鋼はより重量がありますが、最近、航空宇宙用途での使用が増加していることが判明しました.

ステンレス鋼とは、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ファミリーを指します。さまざまな種類のステンレス鋼には、元素窒素、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、モリブデンが含まれます。ステンレスの種類を等級分けし、3桁で表しています。よく使われるステンレス鋼は10分の1程度ですが、150以上のステンレス鋼種があります。また、ステンレス鋼は、薄板、板、棒、線、管などに成形できるため、さまざまな用途に役立ちます。主に結晶構造によって分類される 5 つの主なステンレス鋼グループがあります。これらのグループは、オーステナイト、フェライト、マルテンサイト、二相および析出硬化ステンレス鋼です。

前述のように、ステンレス鋼は鋼とクロムを組み合わせて作られた合金です。ステンレス鋼の強度は、合金中のクロムの含有量に直接関係しています。クロム含有量が高いほど、鋼は強くなります。ステンレス鋼合金の使用は、高強度を必要とするが重量の増加に対処できる航空機部品で増加することがわかっています。ステンレス鋼は高い耐食性と高温耐性を備えているため、アクチュエータ、ファスナー、ランディング ギア コンポーネントなど、さまざまな航空宇宙コンポーネントに適しています。

利点:

ステンレス鋼はアルミニウムよりも強度がありますが、通常ははるかに重いです。ただし、アルミニウムと比較して、ステンレス鋼の部品には 2 つの主な利点があります。

ステンレス鋼は耐食性に優れています。

ステンレス鋼の三酸化鉄に対する耐性は、合金中のクロムの存在によるもので、腐食から材料を保護するパッシベーション フィルムを形成します。大気条件または化学溶剤によるものであるかどうかにかかわらず、ステンレス鋼は高い耐食性を備えています。ステンレス鋼はその保護酸化層により、酸化と腐食を防ぎます。実際、酸素にさらされると、膜は実際に修復されます。耐腐食性と耐汚染性、低メンテナンス コスト、なじみのある光沢により、ステンレス鋼は、強度と耐食性を必要とする用途で一般的な材料になっています。

ステンレス鋼はより強く、耐摩耗性に優れています。

ステンレス鋼はアルミニウムよりも引張り強度が高く、応力、振動、引っかき傷、衝撃、および損傷に耐えることができます。たとえば、グレード 304 ステンレス鋼の極限引張強度は、それぞれ 505 MPa (73,200 psi) と 310 MPa (45,000 psi) で、アルミニウムよりも高くなります。

ステンレス鋼のせん断弾性率と融点もアルミニウムよりも高い .

これらの特性は、多くの航空宇宙部品にとって不可欠であり、ステンレス鋼部品を航空宇宙用途向けの多目的な選択肢にしています。

ステンレス鋼のその他の利点として、優れた耐熱性と耐火性、明るく美しい外観、優れた衛生性などがあります。ステンレス鋼は製造も容易です。これは、航空機のすべて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に重要な考慮事項です。最後に、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、これは大型航空機の安全性と耐久性において重要な要素です。

結論

時間の経過とともに、航空宇宙産業はますます多様化し、現代の航空宇宙機はステンレス鋼の胴体または機体で製造される可能性が高くなりました。価格は高くなりますが、アルミニウムよりもはるかに強く、使用するグレードによっては優れた強度対重量比を提供できます。

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