프리미엄 알루미늄 & 스테인리스강 항공우주 부품 - 경량, 내구성, 고성능

항공우주 응용 분야의 부품을 만들 때 부품의 형상, 무게, 내구성 등 많은 요소를 고려해야 합니다. 이러한 요소는 항공기의 비행 가치에 영향을 미칩니다. 오랜 세월 동안 항공우주 응용 분야의 소재 선택은 알루미늄이었습니다. 그러나 현대 제트 항공기에서는 구조의 20%만 차지합니다.

그러나 경량 항공기 수요로 인해 탄소 강화 폴리머와 허니컴 소재 같은 복합 소재 사용이 현대 항공우주 산업에서 지속적으로 증가하고 있습니다. 최근 몇 년간 항공우주 제조업체들은 알루미늄 대체재를 연구하기 시작했으며, 그 중 하나가 항공우주 등급 스테인리스강입니다. 이 스테인리스강의 신규 항공기 부품 사용이 증가하고 있습니다. 이 글은 현대 항공기에서 알루미늄과 스테인리스강의 용도와 차이점을 설명합니다.

항공우주 응용 분야용 알루미늄 부품

알루미늄은 비교적 가벼운 소재로, 약 2.7g/cm³(그램/입방센티미터) 무게입니다. 알루미늄은 스테인리스강보다 가볍고 저렴하지만, 알루미늄은 스테인리스강만큼 강하지 않고 내식성도 떨어집니다. 내구성과 강도 면에서 스테인리스강이 알루미늄보다 우수합니다.

항공우주 생산의 많은 측면에서 알루미늄 사용이 감소했음에도 불구하고, 알루미늄은 여전히 현대 항공기에서 널리 사용됩니다. 많은 특정 목적에 대해 알루미늄은 여전히 가장 강하고 가벼운 소재입니다. 높은 연성 덕분에 가공하기 쉽고 많은 복합 소재나 티타늄에 비해 상대적으로 저렴합니다. 다른 금속(구리, 마그네슘, 망간, 아연)과 합금화하거나 냉간/열간 처리로 추가 강화할 수도 있습니다. 알루미늄이 공기에 노출되면 치밀한 화학 산화물 결합이 알루미늄을 환경으로부터 격리시킵니다. 이 특성은 내식성을 극도로 높여줍니다.

항공우주 부품 제조에 사용되는 가장 인기 있는 알루미늄 합금:

• 알루미늄 합금 7075 (알루미늄/아연)
• 알루미늄 합금 7475-02 (알루미늄/아연/마그네슘/실리콘/크롬)
• 알루미늄 합금 6061 (알루미늄/마그네슘/실리콘)

7075는 알루미늄과 아연의 조합으로 항공우주 응용 분야에서 가장 일반적으로 사용되는 합금으로 탁월한 기계적 특성, 연성, 강도, 내피로성을 가집니다.

7475-02는 알루미늄, 아연, 실리콘, 크롬의 조합이며, 6061은 알루미늄, 마그네슘, 실리콘을 포함합니다. 어떤 합금이 필요한지는 최종 부품의 의도된 용도에 전적으로 달려 있습니다. 많은 알루미늄 항공기 부품이 순수하게 장식용이지만, 특정 부품은 항공기 기능에 필수적이며 특정 특성을 가져야 합니다.

항공우주 산업에서 일반적으로 사용되는 알루미늄 합금 유형은 알루미늄-스칸듐입니다. 알루미늄에 스칸듐을 첨가하면 금속의 강도와 내열성이 강화됩니다. 알루미늄-스칸듐 사용은 연료 효율도 높일 수 있습니다. 강철과 티타늄 같은 더 조밀한 소재의 대안으로, 이들을 더 가벼운 알루미늄-스칸듐으로 대체하면 중량 감소로 이어져 더 높은 연료 효율을 제공합니다.

항공우주 응용 분야용 스테인리스강 부품

항공우주 산업에서 스테인리스강은 알루미늄에 비해 놀라운 선택처럼 보입니다. 스테인리스강은 더 무겁지만, 최근 항공우주 응용 분야에서 사용이 증가하는 것으로 밝혀졌습니다.

스테인리스강은 최소 11% 크롬을 포함하는 철 기반 합금군으로, 철 부식을 방지하고 내열성을 제공하는 화합물입니다. 다양한 유형의 스테인리스강에는 질소, 알루미늄, 실리콘, 황, 티타늄, 니켈, 구리, 셀레늄, 니오븀, 몰리브덴 원소가 포함됩니다. 스테인리스강 유형은 등급이 매겨져 세 자리 숫자로 표시됩니다. 자주 사용되는 스테인리스강은 약 1/10에 불과하지만 150개 이상의 스테인리스강 등급이 있습니다. 또한 스테인리스강은 얇은 판, 플레이트, 봉, 와이어, 튜브로 형성될 수 있어 다양한 응용 분야에 유용합니다. 주로 결정 구조에 따라 분류되는 5개의 주요 스테인리스강 그룹이 있습니다. 이 그룹들은 오스테나이트계, 페라이트계, 마르텐사이트계, 듀플렉스계, 석출 경화형 스테인리스강입니다.

위에서 언급했듯이 스테인리스강은 강철과 크롬의 조합으로 만들어진 합금입니다. 스테인리스강의 강도는 합금의 크롬 함량과 직접 관련이 있습니다. 크롬 함량이 높을수록 강철은 더 강해집니다. 고강도가 필요하지만 증가된 무게를 감당할 수 있는 항공기 부품에서 스테인리스강 합금 사용이 증가하는 것으로 밝혀졌습니다. 스테인리스강은 높은 내식성과 고온 저항성을 가지며, 액추에이터, 패스너, 랜딩 기어 부품 등 다양한 항공우주 구성요소에 적합합니다.

장점:

알루미늄보다 강하지만 스테인리스강은 보통 훨씬 무겁습니다. 그러나 알루미늄과 비교해 스테인리스강 부품에는 두 가지 주요 장점이 있습니다:

스테인리스강은 높은 내식성을 가집니다.

스테인리스강의 삼산화철 저항성은 합금 내 크롬 존재로 인해 부동태 피막을 형성하여 소재를 부식으로부터 보호합니다. 대기 조건이나 화학 용매에서 오든 스테인리스강은 높은 내식성을 가집니다. 보호 산화층 덕분에 스테인리스강은 산화와 부식을 방지합니다. 사실 산소에 노출되면 피막이 스스로 복구될 수 있습니다. 부식 및 오염 저항성, 낮은 유지보수 비용, 친숙한 광택으로 스테인리스강은 강도와 내식성이 필요한 응용 분야에서 흔한 소재입니다.

스테인리스강은 더 강하고 내마모성이 우수합니다.

스테인리스강은 알루미늄보다 높은 인장 강도를 가지며 응력, 진동, 스크래치, 충격, 손상을 더 잘 견딥니다. 예를 들어 304 스테인리스강 등급의 극한 인장 강도는 505MPa(73,200psi)로 알루미늄의 310MPa(45,000psi)보다 높습니다.

스테인리스강의 전단 계수와 녹는점도 알루미늄보다 높습니다.

이러한 특성은 많은 항공우주 부품에 필수적이며 스테인리스강 부품을 항공우주 응용 분야의 다재다능한 선택으로 만듭니다.

스테인리스강의 기타 장점으로는 우수한 내열성 및 내화성, 밝고 아름다운 외관, 우수한 위생적 특성이 있습니다. 스테인리스강은 제조하기도 쉬운데, 항공기 모든 부품을 용접, 가공, 절단해 정밀 사양에 맞춰야 할 때 중요한 고려사항입니다. 마지막으로 특정 스테인리스강 합금은 극도로 높은 충격 저항성을 가지며, 이는 대형 항공기의 안전성과 내구성에 중요한 요소입니다.

결론

시간이 지남에 따라 항공우주 산업은 점점 더 다양해지고 있으며, 현대 항공우주 차량은 스테인리스강 동체나 기체로 제조될 가능성이 더 높습니다. 더 높은 가격에도 불구하고 알루미늄보다 훨씬 강하며, 사용된 등급에 따라 여전히 우수한 강도-중량 비율을 제공할 수 있습니다.

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