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ときは、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、航空宇宙用途に最適な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、それは構造の20％しか占めていません。

しかし、軽飛行機の需要により、炭素繊維強化ポリマーやハニカム材料などの複合材料の使用は、現代の航空宇宙産業で増加し続けています。 近年、航空宇宙メーカーはアルミニウムの代替品の研究を開始しており、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。

航空宇宙用途向けのアルミニウム部品

アルミニウムは比較的軽量な素材で、重さは約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優れています。

アルミニウムの使用は航空宇宙生産の多くの側面で減少していますが、アルミニウムは依然として現代の航空機で広く使用されています。 多くの特定の目的のために、アルミニウムは依然として最強で最軽量の材料です。 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。 この機能により、耐食性が非常に高くなります。

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ている合金であり、優れた機械的特性、延性、強度、および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あり、6061はアルミニウム、マグネシウム、シリコンを含んでいます。 どの合金が必要かは、最終部品の使用目的によって完全に異なります。 多くのアルミニウム製航空機部品は純粋に装飾的ですが、特定の部品は航空機の機能に不可欠であり、特定の特性を備えている必要があります。

航空宇宙産業で使用される一般的なタイプのアルミニウム合金は、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、金属の強度と熱に耐える能力が強化されます。 アルミニウム-スカンジウムの使用も燃料効率を高めることができます。 スチールやチタンなどのより密度の高い材料の代替品であるため、これらをより軽いアルミニウム-スカンジウムに置き換えると、軽量化につながり、燃料効率が向上します。

航空宇宙用ステンレス鋼部品

航空宇宙産業では、ステンレス鋼はアルミニウムと比較して驚くべき選択のようです。 ステンレス鋼は重量が大きいですが、最近、航空宇宙用途での使用が増えることがわかっています。

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％含む鉄基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、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、およびモリブデンの元素が含まれます。 ステンレス鋼の種類は等級分けされており、3桁で表されています。 頻繁に使用されるステンレス鋼は約10分の1ですが、150を超えるステンレス鋼のグレードがあります。 さらに、ステンレス鋼は薄いプレート、プレート、バー、ワイヤー、およびチューブに成形できるため、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つの主要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、オーステナイト系、フェライト、マルテンサイト、デュプレックス、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、高い耐食性と耐熱性を備えているため、アクチュエータ、ファスナー、着陸装置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。

ステンレス鋼はより強く、より耐摩耗性があります。

ステンレス鋼はアルミニウムよりも引張強度が高く、応力、振動、引っかき傷、衝撃、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さはアルミニウムよりも高く、それぞれ505 MPa（73,200 psi）と310 MPa（45,000 psi）です。

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くなっています。

これらの特性は多くの航空宇宙部品に不可欠であり、ステンレス鋼部品を航空宇宙用途の用途の広い選択肢にします。

ステンレス鋼の他の利点には、その優れた耐熱性と耐火性、明るく美しい外観、および優れた衛生品質が含まれます。 ステンレス鋼も製造が容易です。これは、航空機のすべての部品を正確な仕様に溶接、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の重要な要素です。

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ており、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っています。 価格が高いにもかかわらず、アルミニウムよりもはるかに強力であり、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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