항공 우주 응용 분야를 위한 알루미늄 및 스테인리스 스틸 부품

항공 우주 응용 분야를 위한 부품을 만들 때 부품의 모양, 무게 및 내구성과 같은 많은 요소를 고려해야 합니다. 이러한 요소는 항공기의 비행 가치에 영향을 미칩니다. 수년 동안 항공우주 분야에서 선택되는 재료는 알루미늄이었습니다. 그러나 현대 제트기에서는 구조의 20%만 차지합니다.

그러나 경량 항공기에 대한 수요로 인해 현대 항공 우주 산업에서 탄소 강화 폴리머 및 벌집 재료와 같은 복합 재료의 사용이 계속 증가하고 있습니다. 최근 몇 년 동안 항공우주 제조업체는 알루미늄에 대한 대안을 연구하기 시작했으며 그 중 하나는 항공우주 등급 스테인리스강입니다. 새로운 항공기 부품에 이 스테인리스강의 사용이 증가했습니다. 이 게시물은 현대 항공기에서 알루미늄과 스테인리스 스틸의 사용법과 차이점을 설명합니다.

알루미늄 부품 항공우주 애플리케이션용

알루미늄은 무게가 약 2.7g/cm3(g/cm3)인 비교적 가벼운 재료입니다. 알루미늄은 스테인리스강보다 가볍고 저렴하지만 알루미늄은 스테인리스강만큼 강하고 부식에 강하지 않습니다. 내구성과 강도면에서 스테인리스 스틸이 알루미늄보다 우수합니다.

알루미늄의 사용은 항공우주 생산의 여러 측면에서 감소했지만 알루미늄은 여전히 ​​현대 항공기에 널리 사용됩니다. 많은 특정 목적을 위해 알루미늄은 여전히 ​​가장 강력하고 가벼운 재료입니다. 높은 연성으로 인해 가공이 쉽고 많은 복합 재료 또는 티타늄에 비해 상대적으로 저렴합니다. 또한 다른 금속(예:구리, 마그네슘, 망간 및 아연)과 합금하거나 냉간 또는 열처리를 통해 더욱 향상될 수 있습니다. 알루미늄이 공기에 노출되면 가까운 화학적 산화물 결합이 알루미늄을 환경으로부터 격리시킵니다. 이 기능으로 인해 부식에 매우 강합니다.

항공우주 부품 제조에 사용되는 가장 인기 있는 알루미늄 합금은 다음과 같습니다.

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

7075는 알루미늄과 아연의 조합으로 우수한 기계적 특성, 연성, 강도 및 피로 저항성을 지닌 항공우주 분야에서 가장 일반적으로 사용되는 합금입니다.

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

항공 우주 산업에서 사용되는 알루미늄 합금의 일반적인 유형은 알루미늄-스칸듐입니다. 알루미늄에 스칸듐을 첨가하면 금속의 강도와 내열성이 강화됩니다. 알루미늄 스칸듐을 사용하면 연비도 높일 수 있습니다. 강철 및 티타늄과 같이 밀도가 높은 재료에 대한 대안이므로 이를 더 가벼운 알루미늄-스칸듐으로 교체하면 무게가 줄어들어 연비가 향상됩니다.

스테인리스 스틸 부품 항공우주 애플리케이션용

항공 우주 산업에서 스테인리스 스틸은 알루미늄에 비해 놀라운 선택인 것 같습니다. 스테인리스 스틸은 무게가 더 크지만 최근에는 항공우주 분야에서 더 많이 사용되는 것으로 밝혀졌습니다.

스테인리스강은 철의 부식을 방지하고 내열성을 제공하는 화합물인 크롬이 11% 이상 함유된 철계 합금 계열을 말합니다. 다양한 유형의 스테인레스 스틸에는 질소, 알루미늄, 실리콘, 황, 티타늄, 니켈, 구리, 셀레늄, 니오븀 및 몰리브덴 원소가 포함됩니다. 스테인레스 스틸의 종류는 등급이 매겨져 있으며 세 자리 숫자로 표시됩니다. 자주 사용되는 스테인리스 스틸은 10분의 1 정도에 불과하지만 150가지 이상의 스테인리스 스틸 등급이 있습니다. 또한 스테인리스강은 얇은 판, 판, 봉, 와이어, 튜브 등으로 성형할 수 있어 다양한 용도에 유용합니다. 주로 결정 구조에 따라 분류되는 5개의 주요 스테인리스강 그룹이 있습니다. 이러한 그룹은 오스테나이트, 페라이트, 마르텐사이트, 이중 및 석출 경화 스테인리스강입니다.

위에서 언급했듯이 스테인레스 스틸은 강철과 크롬의 조합으로 만들어진 합금입니다. 스테인리스강의 강도는 합금의 크롬 함량과 직접적인 관련이 있습니다. 크롬 함량이 높을수록 강철이 더 강해집니다. 스테인리스 스틸 합금의 사용은 고강도가 필요하지만 증가된 중량에 대처할 수 있는 항공기 부품에서 증가하는 것으로 밝혀졌습니다. 스테인리스 스틸은 높은 내식성과 고온 저항성을 가지므로 액추에이터, 패스너 및 랜딩 기어 구성 요소를 비롯한 다양한 항공 우주 구성 요소에 적합합니다.

장점:

알루미늄보다 강하지만 스테인레스 스틸은 일반적으로 훨씬 무겁습니다. 그러나 알루미늄과 비교할 때 스테인리스 스틸 부품에는 두 가지 주요 이점이 있습니다.

스테인리스 스틸은 높은 내식성을 가지고 있습니다.

삼산화철에 대한 스테인리스 스틸의 내성은 합금에 크롬이 존재하기 때문에 발생하며, 이는 부식으로부터 재료를 보호하기 위해 보호막을 형성합니다. 대기 조건이나 화학 용제에 관계없이 스테인레스 스틸은 높은 내식성을 가지고 있습니다. 보호 산화물 층으로 인해 스테인리스 스틸은 산화 및 부식을 방지합니다. 사실, 산소에 노출되면 멤브레인은 실제로 스스로 복구할 수 있습니다. 부식 및 내오염성, 낮은 유지보수 비용, 친숙한 광택으로 인해 스테인리스 스틸은 강도와 ​​내식성이 요구되는 응용 분야에서 일반적인 소재가 됩니다.

스테인리스 스틸은 더 강하고 마모에 강합니다.

스테인리스 스틸은 알루미늄보다 인장 강도가 높으며 응력, 진동, 긁힘, 충격 및 손상을 더 잘 견딜 수 있습니다. 예를 들어, 등급 304 스테인리스강의 극한 인장 강도는 각각 505MPa(73,200psi) 및 310MPa(45,000psi)에서 알루미늄보다 높습니다.

스테인리스 스틸의 전단 계수 및 융점도 알루미늄보다 높습니다. .

이러한 특성은 많은 항공우주 부품에 필수적이며 스테인리스 스틸 부품을 항공우주 응용 분야에서 다용도로 선택하게 합니다.

스테인리스강의 또 다른 장점으로는 우수한 내열성 및 내화성, 밝고 아름다운 외관, 우수한 위생성 등이 있습니다. 스테인리스 스틸은 또한 제조가 쉽기 때문에 항공기의 모든 부품을 정확한 사양에 맞게 용접, 기계 가공 또는 절단해야 할 때 중요한 고려 사항입니다. 마지막으로 특정 스테인리스강 합금은 내충격성이 매우 높으며 이는 대형 항공기의 안전성과 내구성에 중요한 요소입니다.

결론

시간이 지남에 따라 항공 우주 산업은 점점 더 다양 해지고 현대 항공 우주 차량은 스테인레스 스틸 동체 또는 기체로 제조 될 가능성이 높아집니다. 더 높은 가격에도 불구하고 알루미늄보다 훨씬 강하며 사용 등급에 따라 여전히 우수한 중량 대비 강도 비율을 제공할 수 있습니다.

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