Lekkie materiały konstrukcyjne nabierają kształtu przez „pełzanie“
Próżnia wspomaga nową metodę produkcji podzespołów lotniczych
Nowy stop glinu umożliwia osiągnięcie znaczących oszczędności masy w sektorze lotniczym. Materiał jest kształtowany przez ciśnienie atmosferyczne w procesie długotrwałego formowania pełzającego. Pompy próżniowe firmy Busch wytwarzają niezbędną próżnię.
W technologii termin „pełzanie” odnosi się do powolnego procesu odkształcania, który jest wyzwalany, gdy materiał poddaje się ciśnieniu lub obciążeniu. Przykładowo, gdy metal „pełza”, cząsteczki stopniowo przemieszczają się w materiale, a struktury krystaliczne ulegają ciągłym zmianom. Powolny proces odkształcania może również skutkować znaczącymi uszkodzeniami.
Oszczędność masy, paliwa i CO2
Jednak w przypadku długotrwałego formowania przez pełzanie te zmiany strukturalne są wywoływane celowo. Metodę opracowano dopiero niedawno specjalnie dla przemysłu lotniczego i przewiduje się jej zastosowanie również w innych branżach. Jest odpowiednia do stosowania w przypadku materiałów obejmujących mieszaninę metali zawierającą glin, magnez i skand, znaną jako AA5024.
Ten stop ma wytrzymałość zbliżoną do konwencjonalnych materiałów aluminiowych, ale jest o około 5% lżejszy. Chociaż taka oszczędność masy może wydawać się niewielka, w realiach przemysłu lotniczego skutkuje znacznie niższymi kosztami paliwa oraz zmniejszoną emisją węgla. Do kształtowania AA5024 wymagana jest próżnia. Arkusz jest umieszczany w formie i mocowany do krawędzi w celu uszczelnienia. Podczas ogrzewania z zewnątrz za pomocą mat grzewczych gaz przestrzeń pomiędzy formą a obrabianym elementem jest opróżniana za pomocą pompy próżniowej. Kwestia dostosowania
W wyniku oddziaływania ciśnienia atmosferycznego na arkusz metal w ciągu określonego czasu „wpełza” do formy i dostosowuje się do nowych konturów. Metoda nadaje się do stosowania w przypadku wielu stopów glinu i stwarza nowe możliwości kształtowania materiałów, w szczególności w produkcji zakrzywionych struktur dla przemysłu lotniczego. Jest nie tylko bardziej ekonomiczna niż inne metody, ale również wywiera mniejsze naprężenia niż tłoczenie i toczenie. Maszyny do formowania przez długotrwałe pełzanie są znacznie mniejsze niż stelaże do rozciągania często stosowane w produkcji samolotów. Ponadto proces jest mniej energochłonny, redukuje wytwarzanie odpadów i zapewnia większą precyzję. Nawet wypraski, które zostały już zespawane, mogą być ponownie formowane przy użyciu tego podejścia bez negatywnego wpływu na spawy. Firma Busch oferuje bardzo wydajne pompy próżniowe wytwarzające próżnię wymaganą do formowania przez długotrwałe pełzanie.
Dlaczego w lotnictwie (niemal) zawsze stosowane jest aluminium?
Aluminium jest metalem najpowszechniej występującym w skorupie ziemskiej. Można go łączyć w stopach z niemal wszystkimi metalami oraz z wieloma niemetalami. Wiele stopów aluminium ma wytrzymałość zbliżoną do stali, jednak o dwie trzecie mniejszą gęstość i odpowiednio niższą masę. Lekkość aluminium połączona z jego wytrzymałością oraz łatwą dostępnością czyni z niego idealny materiał do produkcji samolotów.
Co więcej przy użyciu aluminium można uzyskać wiele stopów spełniających szeroką gamę zastosowań. Określony składnik stopu może znacząco zmienić jego właściwości. Na przykład magnez zwiększa odporność lekkiego metalu na korozję i jego wytrzymałość. Tytan w połączeniu z borem zwiększa drobnoziarnistość struktury. Skand, metal lekki należący do grupy pierwiastków ziem rzadkich, pomaga aluminium osiągnąć wyższą granicę elastyczności. W związku z tym stop ten zapewnia większą odporność na odkształcenia powstające podczas rozciągania. Umożliwia to wybranie idealnego stopu spełniającego różne wymagania związane z różnymi podzespołami samolotów.