De markt voor onderdelen voor lucht- en ruimtevaartcomponenten en precisievliegtuigen:

Tijden zijn veranderd. Een typische jet die tegenwoordig in aanbouw is, bestaat uit slechts 20% puur aluminium. De meeste niet-kritieke bouwmaterialen - panelen en esthetische interieurs - bestaan ​​nu uit nog lichtere koolstofvezelversterkte polymeren (CFRP) en honingraatmaterialen. Ondertussen is er voor motoronderdelen en kritieke componenten van precisievliegtuigcomponenten een gelijktijdige nadruk op een lager gewicht en een hogere temperatuurbestendigheid voor een betere brandstofefficiëntie, waardoor nieuwe of voorheen onpraktisch te bewerken metalen in de lucht- en ruimtevaartmaterialenmix worden gebracht.

Lucht- en ruimtevaart uniek onder industrieën

Lucht- en ruimtevaartproductie is uniek onder andere massaproductiesectoren, vooral in de productie van vliegtuigmotoren. De motor is het meest complexe onderdeel van een vliegtuig, het bevat de meest individuele onderdelen en bepaalt uiteindelijk het brandstofverbruik. De komst van lean-mix-motoren met een temperatuurpotentieel tot 3.800 ° F (2100 ° C) heeft ertoe bijgedragen dat de vraag naar deze nieuwe materialen is toegenomen. Aangezien de huidige superlegeringen een smeltpunt hebben van ongeveer 1850 ° C (3,360 ° F), wordt het een uitdaging om materialen te vinden die bestand zijn tegen hogere temperaturen.

Om aan deze temperatuurvereisten te voldoen, worden nu hittebestendige superlegeringen (HRSA) in de materiaalvergelijking geïntroduceerd, waaronder titaniumlegeringen, nikkellegeringen en sommige niet-metalen composietmaterialen zoals keramiek. Deze materialen lijken moeilijker te bewerken dan traditioneel aluminium, wat historisch gezien een kortere standtijd en minder procesveiligheid betekent.

Er is ook een hoog procesrisico bij het bewerken van lucht- en ruimtevaartonderdelen. Omdat er geen foutenmarges bestaan ​​op een kruishoogte van 35.000 voet, zijn toleranties in de lucht- en ruimtevaart nauwkeuriger dan in bijna elke andere industrie. Deze mate van precisie kost tijd. Er zijn langere bewerkingstijden nodig voor elk onderdeel en meer tijd per onderdeel maakt schroot relatief duur, rekening houdend met tijdsinvestering. Bovendien bestaan ​​bestellingen van lucht- en ruimtevaartcomponenten, in vergelijking met andere industrieën, vaak uit kleine oplagen en lange doorlooptijden, waardoor planning voor productiviteit, doorvoer en winstgevendheid moeilijk wordt.

In tegenstelling tot elke andere industrie, behalve olie en gas, die ook hoge temperatuur-, druk- en corrosievereisten hebben, hebben ruimtevaartmaterialen zelf invloed op het ontwerp van componenten. Ontwerp voor produceerbaarheid (DFM) is de technische kunst van het ontwerpen van componenten met een evenwichtige benadering, waarbij rekening wordt gehouden met zowel de functie van de componenten als de fabricagevereisten. Deze benadering wordt meer en meer toegepast bij het ontwerpen van lucht- en ruimtevaartcomponenten en meer bij het ontwerpen van lucht- en ruimtevaartcomponenten en precisievliegtuigcomponenten, omdat hun componenten bepaalde belastingen en temperatuurbestendigheid moeten kunnen weerstaan, en sommige materialen kunnen maar zo veel bevatten. De ontwerpen van materialen en componenten drijven elkaar echt aan, niet de een na de ander. Deze relatie tussen materiaal en ontwerp is vooral belangrijk bij het bestuderen van materialen van de volgende generatie. Om al deze redenen verschillen luchtvaartfabrikanten van elkaar. Geen wonder dat hun assortiment materialen uniek is.

Een nieuw materieel landschap

Standaard luchtvaartaluminium - 6061, 7050 en 7075 - en traditionele luchtvaartmetalen - nikkel 718, titanium 6Al4V en roestvrij 15-5PH - worden nog steeds gebruikt in de luchtvaart. Deze metalen geven nu echter terrein aan nieuwe legeringen die zijn ontworpen om de kosten en efficiëntie te verbeteren. Voor alle duidelijkheid:deze nieuwe metalen zijn niet altijd nieuw, sommige bestaan ​​al tientallen jaren. Integendeel, ze zijn nieuw voor praktische productietoepassingen, aangezien werktuigmachines, gereedschapstechnologie en wafelcoatings geavanceerd genoeg zijn om met moeilijk te bewerken legeringen om te gaan. .

Hoewel de hoeveelheid aluminium in vliegtuigen afneemt, verdwijnt het gebruik ervan niet helemaal. Aluminium komt inderdaad terug, vooral in gevallen waarin de overgang naar CFRP onbetaalbaar of ineffectief is gebleken. Maar aluminium dat weer verschijnt, is niet het aluminium van je vader. Zo winnen titaniumklei (TiAl) en lithiumaluminium (Al-Li), die al sinds de jaren 70 bestaan, pas sinds de eeuwwisseling terrein in de luchtvaart.

Net als een nikkellegering in zijn hittebestendige eigenschappen, behoudt TiAl zijn sterkte en corrosieweerstand bij temperaturen tot 600 ° C (1.112 ° F). Maar TiAl is gemakkelijker te bewerken en vertoont vergelijkbare bewerkbaarheidseigenschappen als alfa-beta-titanium, zoals Ti6Al4V. Belangrijker is dat TiAl de stuwkracht-gewichtsverhouding in vliegtuigmotoren kan verbeteren, omdat het half zo groot is als nikkellegeringen. Zo worden zowel lagedrukturbinebladen als hogedrukcompressorbladen, traditioneel gemaakt van dichte superlegeringen op nikkelbasis, nu vervaardigd uit op TiAl gebaseerde legeringen. General Electric was een pionier in deze ontwikkeling en gebruikt TiAl-lagedrukturbinebladen in zijn GEnx-motor, het eerste grootschalige gebruik van het materiaal in een commerciële straalmotor - in dit geval de Boeing 787 Dreamliner.

Een andere herintroductie van aluminium in de lucht- en ruimtevaartindustrie is te vinden in lichtgewicht Al-Li, speciaal ontworpen om de eigenschappen van 7050 en 7075 aluminium te verbeteren. Over het algemeen versterkt de toevoeging van lithium het aluminium met een lagere dichtheid en gewicht, twee katalysatoren voor de evolutie van luchtvaartmateriaal. De hoge sterkte van Al-Li-legeringen, lage dichtheid, hoge stijfheid, schadetolerantie, corrosieweerstand en lasvriendelijke aard maken het een betere keuze dan traditioneel aluminium in commerciële vliegtuigcasco's. Momenteel gebruikt Airbus de AA2050. Ondertussen gebruikt Alcoa de AA2090 T83 en de 2099 T8E67. De legering wordt ook aangetroffen in de brandstof- en oxidatietanks van de SpaceX Falcon 9-ruimteraketten en wordt veel gebruikt in NASA's raket- en shuttleprojecten.

Titanium 5553 (Ti-5553) is een ander relatief nieuw metaal in de luchtvaart, met een hoge sterkte, een laag gewicht en een goede corrosieweerstand. De belangrijkste structurele componenten, die sterker en lichter moeten zijn dan de eerder gebruikte roestvaststaallegeringen, zijn de ideale toepassingspunten voor deze titaniumlegering. Bekend als de triple 5-3, was het een materiaal dat tot voor kort extreem moeilijk te bewerken was. Er is uitgebreid onderzoek en ontwikkeling uitgevoerd om het metaal praktisch te maken voor bewerking, en de triple 5-3 is onlangs zeer voorspelbaar gebleken vanwege de bewerkingsconsistentie die vergelijkbaar is met meer traditionele titaniumlegeringen zoals de eerder genoemde Ti6Al4V. De verschillen in de twee materialen vereisen dat verschillende snijgegevens worden gebruikt om een ​​vergelijkbare standtijd te bereiken. Maar wanneer de operator de juiste parameters heeft ingesteld, kan een drievoudig aantal van 5-3 machines worden voorspeld. De sleutel bij de Triples 5-3 is een wat langzamere werking en optimalisatie van de gereedschapsbaan en het koelsysteem om een ​​goede balans tussen standtijd en veiligheid te bereiken.

Bepaalde structurele componenten, zoals bevestigingsmiddelen, chassis en cilinders, vereisen ruwe sterkte en lichtheid heeft minder prioriteit. In dergelijke gevallen biedt Ferrium S53-gelegeerd staal mechanische eigenschappen die gelijk zijn aan of beter zijn dan conventionele ultrahogesterktestaalsoorten zoals 300M en SAE 4340, met als bijkomend voordeel de algehele corrosieweerstand. Dit kan de noodzaak voor cadmiumcoating en de daaropvolgende gerelateerde verwerking elimineren.

Composieten komen goed tot hun recht

Composietmaterialen vormen ook een steeds groter deel van de taart van ruimtevaartmateriaal. Ze verminderen het gewicht en het brandstofverbruik, terwijl ze gemakkelijk te hanteren, te ontwerpen, te vormen en te repareren zijn. Ooit alleen overwogen voor lichtgewicht constructie-elementen of cabinecomponenten, strekt het assortiment lucht- en ruimtevaartcomposieten zich nu uit tot echt functionele componenten - vleugel- en romphuiden, motoren en landingsgestellen.

Ook belangrijk is dat composietelementen kunnen worden gevormd tot complexe vormen die machinale bewerking en verlijming vereisen in het geval van metalen onderdelen. Voorgevormde composietcomponenten zijn niet alleen licht en sterk, maar verminderen ook het aantal zware bevestigingsmiddelen en verbindingen - die potentiële faalpunten zijn - in een vliegtuig. Op deze manier dragen composietmaterialen bij aan de wereldwijde trend om het aantal componenten in volledige assemblages te verminderen, waarbij waar mogelijk gebruik wordt gemaakt van ontwerpen uit één stuk.

Meer informatie over precisiecomponenten en ruimtevaartcomponenten

::Onderdelen voor de lucht- en ruimtevaartindustrie verspanen

::Hoe precisieonderdelen te bewerken?