Por qué la industria aeroespacial compra varillas y barras en lugar de metal en general
Las aleaciones de aluminio en el rango aeroespacial pesan alrededor de 2,70 a 2,83 g/cm³, aproximadamente un tercio del acero, mientras que los templados 7xxx más fuertes alcanzan resistencias a la tracción típicas cercanas a 572 MPa. Esa combinación proporciona una relación resistencia-a-peso que el acero estructural no puede igualar en la misma envoltura, razón por la cual el aluminio sigue siendo el metal dominante de la estructura del avión para accesorios, marcos y sujetadores mecanizados, incluso cuando la estructura primaria se ha trasladado a compuestos.
Varillas y barras son las formas iniciales para tres trabajos amplios: piezas estructurales mecanizadas como marcos, soportes y accesorios; sujetadores tales como remaches y pernos; y componentes que se forman o forjan antes del mecanizado final. En ninguno de esos casos el comprador compra aluminio en general. La orden nombra una aleación, un estado de ánimo, una forma de producto, un rango de tamaño y una especificación rectora, y el material se prueba según esa especificación. Ése es el significado práctico del grado aeronáutico: química documentada, propiedades probadas y lotes rastreables.
Familias y grados de aleaciones
2xxx, Al-Cu-Mg, tolerante al daño.2024 es la aleación de referencia para piezas críticas-de fatiga. Sus límites registrados son cobre 3,8-4,9%, magnesio 1,2-1,8% y manganeso 0,3-0,9%, y su resistencia a la tracción típica en los temples T3 y T351 es de aproximadamente 469 MPa, con buena resistencia al crecimiento de grietas por fatiga. Se utiliza para revestimientos de fuselaje, largueros y accesorios mecanizados. Las barras, varillas y alambres se suministran a AMS-QQ-A-225/6, y las barras laminadas o acabadas en frío en condición T4 o T351 a AMS 4120. El templado T351 se trata térmicamente con solución y se alivia la tensión mediante estiramiento controlado, lo que mejora la estabilidad dimensional durante el mecanizado.. 2117-T4, una aleación de remache con bajo contenido de cobre con 2,2-3,0 % de cobre y magnesio 0,20-0,50%, sigue utilizándose para remaches de cabeza fría.
7xxx, Al-Zn-Mg-Cu, resistencia más alta.7075 es la opción estándar donde gobierna la fuerza. Sus límites registrados son zinc 5,1-6,1%, magnesio 2,1-2,9%, cobre 1,2-2,0% y cromo 0,18-0,28%. En el templado T6 ofrece una resistencia a la tracción típica de aproximadamente 572 MPa, pero es sensible al agrietamiento por corrosión bajo tensión, y esa sensibilidad se controla mediante la selección del templado en lugar del cambio de aleación. Las barras y varillas se suministran según AMS-QQ-A-225/9 o ASTM B211 para la especificación general.
6xxx, Al-Mg-Si, resistente a la corrosión y soldable.6061 con magnesio 0,8-1,2% y silicio 0,40-0,8% es la aleación de ingeniería general del grupo. En el templado T6 tiene una resistencia a la tracción mínima especificada de 290 MPa y un rendimiento mínimo de 240 MPa para láminas y placas, y mecaniza y suelda bien. Su resistencia es mucho menor que la del 7075, por lo que se elige para soportes, accesorios y estructura secundaria en lugar de para piezas primarias altamente cargadas. Las varillas y barras están cubiertas por AMS 4117 y ASTM B211.
Los temperamentos y el estrés-Corrosión-compensación
| Aleación y temple | Resistencia a la tracción típica | Nota de diseño |
|---|---|---|
| 2024-T351 | alrededor de 469 MPa | Tolerancia a la fatiga y al daño; El estrés se alivia mediante el estiramiento. |
| 7075-T6 | alrededor de 572 MPa | Mayor resistencia; sensible al estrés-fisuración por corrosión |
| 7075-T73 / T7351 | aproximadamente un 10% por debajo de T6 | Más-envejecido para cambiar un poco de fuerza por una resistencia mucho mejor a la tensión-corrosión |
| 6061-T6 | 290MPa mínimo | Soldable, resistente a la corrosión, menor resistencia. |
El intercambio es deliberado y está bien documentado: el envejecimiento excesivo de 7075 a T73 reduce la resistencia en aproximadamente una décima parte y mejora en gran medida la resistencia al agrietamiento por corrosión bajo tensión-, razón por la cual las secciones gruesas y las piezas cargadas en la dirección transversal corta generalmente se especifican en T73 o T7351, aunque T6 sería más resistente en una máquina de tracción.
Especificaciones, Ensayos y Trazabilidad
Una orden de compra de aviación debe indicar la aleación, el estado de ánimo, la forma del producto, el tamaño, las especificaciones que rigen y el informe de prueba requerido. La química se verifica con respecto a los límites registrados para la aleación, las propiedades mecánicas se verifican mediante pruebas de tracción en el producto terminado o en una muestra cortada del mismo, y el tratamiento térmico se realiza según un programa controlado, como el AMS 2770, en lugar de hacerlo según la práctica local.
El examen no-destructivo sigue la criticidad de la pieza. La inspección con líquidos penetrantes según ASTM E1417 se utiliza para encontrar discontinuidades superficiales en piezas terminadas, y la inspección ultrasónica según ASTM E2375 se utiliza para buscar defectos internos en barras y placas antes del mecanizado. La trazabilidad significa que se pueden vincular el número de calor, el certificado de fábrica y la pieza terminada; Sin ese vínculo, un material que cumpla con todos los requisitos mecánicos todavía no es un material apto para el vuelo.
Puntos de compra
Verifique el certificado con la orden de compra línea por línea: aleación, estado de ánimo, forma, tamaño, número de especificación y revisión, número de calor y los valores de prueba reales en lugar de una declaración de que el material cumple. Confirme la condición del suministro, ya que la barra T351 se alivia la tensión al estirarse, mientras que la T4 no, y las dos se comportan de manera diferente cuando se mecaniza una pared delgada. Confirme la condición de la superficie y la rectitud, porque la barra a menudo se endereza y un producto 7xxx enderezado conlleva tensión residual que puede mover una pieza durante el mecanizado. Finalmente, confirme la tolerancia de tamaño y el nivel de inspección, ya que estos son frecuentemente el motivo por el que se rechaza un envío al recibirlo.
Preguntas frecuentes
Q:¿Qué aleación de varilla de aviación es la más fuerte?
R: 7075 en temple T6, con una resistencia a la tracción típica de aproximadamente 572 MPa. Si la pieza se carga en la dirección transversal corta o es gruesa, generalmente se especifica T73 o T7351, aceptando aproximadamente un diez por ciento menos de resistencia para una resistencia a la corrosión por tensión-mucho mejor.
Q:¿Qué significa el grado de aviación en la práctica?
R: Control de especificaciones más pruebas y trazabilidad. El material se fabrica y se prueba según una especificación escrita como AMS-QQ-A-225/9, y el número de calor en el certificado se puede rastrear hasta la pieza terminada. No significa grado militar y no describe un metal diferente.
Q:¿Por qué el 2024-T351 es más fácil de mecanizar que el 2024-T4?
R: El templado T351 incluye una operación de estiramiento controlado después del tratamiento térmico de la solución, lo que alivia el estrés inducido por el enfriamiento-. La pieza permanece más plana mientras se retira el material, por lo que las dimensiones se mantienen mejor en paredes delgadas.
Q:¿Se pueden soldar varillas de aviación?
R: 6061 se suelda fácilmente, pero las aleaciones 2xxx y 7xxx generalmente no se sueldan para piezas estructurales aeroespaciales; Están mecanizados, remachados o atornillados. Soldar una pieza 7075 no es una ruta de reparación, porque la zona afectada por el calor-pierde fuerza y se vuelve sensible a las grietas.
Q:¿Qué documentos deben acompañar a un envío?
R: El certificado de fábrica o el certificado de conformidad que enumera los resultados químicos y mecánicos según la especificación y la revisión mencionadas, con el número de calor, además de cualquier informe de examen no-destructivo y registros de tratamiento térmico-que requiera el plano o la orden de compra.