��������� �� � �

����� �������

������:���� ����� ��!

�"� �����

����� ��... :......................................................... ���� �������� � ����� �� �� ����� �� ���:.................................................................................. !�� "���� # $��� ��%&" '��

�(�& :....................................................................... )�%*&�+ ��$�*&� �(� ,��� -�.

��/ ��$ 0�1 :..............................................................................................��%2� "�����

3�4.................................................... :.....................561� *��78 9 ("��� ��� &�:$

$�:����:................................................................................................................����& ��

��;. 9 ���<��� :...................................................................................................=&$���

����>.............................................. : ..............................................................................?@@@��/

3�4 A��&:.............................................................................................9B�� تابستان ?CDE AF�G :...................................................................................................................HI@@����> ���� :����� ��� 3964-8452-69- ISBN:

ظ استكليه حقوق چاپ براي ناشر محفو��� ���� ���� ��� �� ����� �� � ���� ���� �!"#� ��$ �� %&' ()�*� �&�.

,�-. :/01� 2#3�45 62��7�. 8��� 6���� �)�� 2�9:; ��<#��- 6=�8>7) 6=��?@ 62���� �>�>A� ���#��� .BCD@ :�����E

���� ��� ��� ������� �������� »������� �������� ��� ������ � �� «

������� :��� ��� ��������� ������ ��� � ����� :����� ��!�"#� � $�%&' �( � ���)� /+�,"' ���#� ��� ����� ��� ��-#�� } ��( {

�0�� 1#�� �02�3 4��5��6 78�� �� ���' � 6��� ����5��6 9:0;� �5� $�<=5� :���>? :4��5��6 �0�� 1#�� �02�3 ��@A .

���C $�<=5� :��D E: �6�:� F��G �<� 1(�� :HADDD F�� :978-964-8452-69-3 �I���0��>' 7"2J� :�K"' L�J�� :���:"����–�02�3 6��� .L�J�� :1N� ��!�"#�

46�%'� ����� : ���#� �,"'��O� P46�%'� ����� :2�3 4��5��6�0�� 1#�� �0 4���� ��( 46 :��@A A�Q�/OQ@ TL����6 ��( 46 :��� /ORQ �&� ����5(�0� 4 �:� :�RRR���

فهرست مطالب أ.........................................................................................................................پيشگفتار

۱.............................................................انتخاب مواد براي كاربردهاي هوايي: فصل اول

٢........................................................................................................................................ مقدمه‐۱‐۱ ٥....................................................................................................... آلياژهاي هوايي و هوافضا‐۲‐۱ ٧........................................................................................هاي هوايي هاي اصلي سازه ويژگي‐۳‐۱

٧...............................................................................................................................ها بال‐۱‐۳‐۱ ٩................................................................................................................................. بدنه‐۲‐۳‐۱ ١٠.................................................................................................................ي فرود ارابه‐۳‐۳‐۱ ١٠............................................................................................................. سطوح کنترل‐۴‐۳‐۱ ١١................................................................................هاي هوايي خواص مورد نياز در سازه‐۴‐۱

١١...........................................................................هاي تحت بارگذاري فشاري سازه‐۱‐۴‐۱ ١٦...........................................................................هاي تحت بارگذاري کششي سازه‐۲‐۴‐۱ ١٨.................................................................................................................ي فرود ارابه‐۳‐۴‐۱ ٢٠............................................................................................................. سطوح کنترل‐۴‐۴‐۱ ٢١.................................................................. خواص مورد نياز براي پروازهاي سريع السير‐۵‐۱

۲۳...........................................................................آلياژهاي هوايي آلومينيم:فصل دوم

٢٤..................................................................................................................................... مقدمه‐۱‐۲ ٢٥................................................................................ کاربردهاي هوايي آلياژهاي آلومينيم‐۲‐۲

٢٥........................................................................................................... اسکلت هواپيما‐۱‐۲‐۲ ٢٧............................................................................................................. موتور هواپيما‐۲‐۲‐۲ ٢٨.................................................................................................................ي فرود ارابه‐۳‐۲‐۲ ٢٨................................................................................................... آلياژهاي نوردي آلومينيم‐۳‐۲

٢٨..............................................................................................xxx۱ آلياژهاي سري ‐۱‐۳‐۲ ٢٩..............................................................................................xxx۲ آلياژهاي سري ‐۲‐۳‐۲

٣١...............................................................................................................................۲۰۱۴آلياژ

������

���� ��..................................................................................................................................������ ��..................................................................................................................................������ ��..................................................................................................................................������ � ..................................................................................................................................���������..................................................................................................................................���������...................................................................................................................................���������...................................................................................................................................��� ������..................................................................................................................................��

�������..................................................................................................................................���������..................................................................................................................................��

��������� ������ xxx�................................................................................................������ �..................................................................................................................................��

��������� ������ xxx ................................................................................................�!��� �..................................................................................................................................�!��� �..................................................................................................................................�"��� ��..................................................................................................................................�#��� ��..................................................................................................................................����� � �..................................................................................................................................��

���� ���� ������xxx�..................................................................................................������ ��..................................................................................................................................������ ��...................................................................................................................................������ ...................................................................................................................................������ � ..................................................................................................................................������ ��..................................................................................................................................�������� ..................................................................................................................................�!�������..................................................................................................................................�!������ ..................................................................................................................................�"

����� �$%&' ������ ()&* +,-&........................................................................................�#�� �+,-&� ./012% ������ ..................................................................................................��

اي بر فلزات و آلياژهاي هوايي مقدمه

٥٣.................................................................................................xx۲ آلياژهاي سري ‐۱‐۵‐۲ ٥٣.................................................................................................................................۲۰۱آلياژ ٥٤.................................................................................................................................۲۰۴آلياژ ٥٥................................................................................................................۲۰۶A و ۲۰۶آلياژ ٥٥.................................................................................................................................۲۴۲آلياژ ٥٦.................................................................................................................................۲۹۵آلياژ ٥٦..................................................................................................................................۲۹۶آلياژ

٥٧.................................................................................................xx۳ آلياژهاي سري ‐۲‐۵‐۲ ٥٧..........................................................................................................Si-Mg-Cuآلياژهاي ٥٧...................................................................................................................Si-Mgآلياژهاي

٥٨................................................................................................................۳۵۵C و ۳۵۵آلياژ ٥٩................................................................................................................۳۵۶A و ۳۵۶آلياژ ٥٩................................................................................................................۳۵۷A و ۳۵۷آلياژ

٦٠..................................................................................................xx۵ آلياژهاي سري‐۳‐۵‐۲ ٦٠.................................................................................................................................۵۲۰آلياژ

٦١.....................................................................................................ليتيم‐ آلياژهاي آلومينيم‐۶‐۲ ٦٣..........................................................................................................۰۴۹Weldaliteآلياژ ٦٤...............................................................................................................................۲۰۹۰ اژآلي

٦٥...............................................................................................................................۲۰۹۱آلياژ ٦٦...............................................................................................................................۸۰۹۰آلياژ

٦٦........................................................................................... آلياژ مورد استفاده در کنکورد‐۷‐۲

۷۱..............................................................................آلياژهاي هوايي تيتانيم:فصل سوم ٧٢..................................................................................................................................... مقدمه‐۱‐۳ ٧٥...................................................................................... کاربردهاي هوايي آلياژهاي تيتانيم‐۲‐۳

٧٥........................................................................................................... اسکلت هواپيما‐۱‐۲‐۳ ٧٩..................................................................................................ي فرود هواپيما ارابه‐۲‐۲‐۳ ٧٩.................................................................................................... هواپيماهاي نظامي‐۳‐۲‐۳ ٨١.......................................................................................................هاي گازي توربين‐۴‐۲‐۳

فهرست

٨٦....................................................................................................................... بالگردها‐۵‐۲‐۳ ٨٧.................................................................................................................... فضاپيماها‐۶‐۲‐۳ ٨٨......................................................................................................... خواص آلياژهاي تيتانيم‐۳‐۳

٨٨...................................................................................α و شبه α خواص آلياژهاي ‐۱‐۳‐۳ ٨٩....................................................................................................β خواص آلياژهاي ‐۲‐۳‐۳ ٩٠...............................................................................................α-βژهاي خواص آليا‐۳‐۳‐۳ ٩١......................................................................................... آلياژهاي تيتانيم استاندارد هوايي‐۴‐۳

٩١......................................................................................۲ تيتانيم غير آلياژي گروه ‐۱‐۴‐۳ ٩٢......................................................................................۳ تيتانيم غير آلياژي گروه ‐۲‐۴‐۳ ٩٤................................................................................................α و شبه α آلياژهاي ‐۳‐۴‐۳

٩٤............................................................................................................V۵/۲‐Al۳‐Tiآلياژ ٩٥..........................................................................................................Sn۵/۲‐Al۵‐Tiآلياژ ٩٦.....................................................................Si۰۸/۰‐Mo۲‐Zr۴‐Sn۲‐Al۶‐Tiآلياژ ٩٧..................................................................................................V۱‐Mo۱‐Al۸‐Tiآلياژ ۱۱۰۰ Timetal...................................................................................................................٩٩ ١٠٠....................................................................................................................IMI ۲۳۰آلياژ ١٠٠....................................................................................................................IMI ۴۱۷آلياژ ١٠١....................................................................................................................IMI ۶۷۹آلياژ

١٠٢....................................................................................................................IMI ۶۸۵لياژ آ ١٠٢....................................................................................................................IMI ۸۲۹آلياژ ١٠٣....................................................................................................................IMI ۸۳۴آلياژ

١٠٤.........................................................................................................α-β آلياژهاي ‐۴‐۴‐۳ ١٠٤.......................................................................Cr۴‐Mo۴‐Zr۲‐Sn۲‐Al۵‐Tiآلياژ ١٠٥...................................................................................Mo۶‐Zr۴‐Sn۲‐Al۶‐Tiآلياژ ١٠٦...........................................................................................)V۴‐Al۶‐Ti) ۶۴‐Tiآلياژ ١٠٩..................................................................................................Sn۲‐V۶‐Al۶‐Tiآلياژ ١١٠.........................................................................................................Mo۴‐Al۷‐Tiآلياژ ١١١................................................................................Fe۲‐Mo۲‐V۳‐Al۵/۴‐Tiآلياژ ١١٢....................................................................................................................IMI ۵۵۰آلياژ

اي بر فلزات و آلياژهاي هوايي مقدمه

١١٢....................................................................................................................IMI ۵۵۱آلياژ ١١٣.........................................................................................................S۲۲‐۲۲‐۶‐Tiآلياژ ١١٤.................................................................Si۲۵/۰‐Mo۲‐Zr۲‐Sn۵‐Al۵‐Tiآلياژ

١١٥.............................................................................................β و شبه β آلياژهاي ‐۵‐۴‐۳ ١١٥...................................................................................Sn۵/۴‐Zr۶‐Mo۵/۱۱‐Tiآلياژ ١١٧...............................................................................................Al۳‐Fe۲‐V۱۰‐Tiآلياژ ١١٨..........................................................................................................S۲۱ Timetalآلياژ ١٢٠............................................................Fe۱‐Cr۲‐Mo۴‐Zr۴‐Sn۲‐Al۵‐Tiآلياژ ١٢٠....................................................................................Al۳‐Fe۲‐V۸‐Mo۸‐Tiآلياژ ١٢١.............................................................................Zr۱۱‐Sn۲‐Al۲‐V۵/۱۱‐Tiآلياژ ١٢٢..................................................................................................Al۱‐Fe۵‐V۸‐Tiآلياژ ١٢٢......................................................................................................Al۵/۲‐V۱۶‐Tiآلياژ ١٢٢.......................................................................................................Cr۱۵‐V۳۵‐Tiآلياژ

١٢٢............................................................................................. آلومينايدهاي تيتانيم‐۶‐۴‐۳

۱۲۵........................................................................آلياژهاي هوايي منيزيم:فصل چهارم ١٢٦.................................................................................................................................. مقدمه‐۱‐۴ ١٢٩................................................................................... کاربردهاي هوايي آلياژهاي منيزيم‐۲‐۴

١٢٩........................................................................................................ اسکلت هواپيما‐۱‐۲‐۴ ١٢٩...................................................................................... کاربردها در هواپيما ساير‐۲‐۲‐۴ ١٢٩................................................................ تأثير عناصر آلياژي بر خواص آلياژهاي منيزيم‐۳‐۴ ١٣١...................................................................................... آلياژهاي منيزيم استاندارد هوايي‐۴‐۴

١٣١................................................................................................................A۱۰۰AMآلياژ ١٣٢.....................................................................................................................A۶۳AZآلياژ ١٣٣.....................................................................................................................A۸۱AZآلياژ ١٣٣.....................................................................................................................A۹۲AZآلياژ ١٣٤.....................................................................................................................A۲۱EQآلياژ ١٣٤......................................................................................................................A۳۳EZآلياژ ١٣٤.....................................................................................................................A۲۲QEآلياژ

فهرست

١٣٥...................................................................................................................A۴۳WEآلياژ ١٣٦.....................................................................................................................A۶۳ZCآلياژ ١٣٦......................................................................................................................A۴۱ZEآلياژ ١٣٧......................................................................................................................A۶۳ZEآلياژ ١٣٨.....................................................................................................................A۵۱ZKآلياژ ١٣٨.....................................................................................................................A۶۱ZKآلياژ

۱۴۱......................................................................................فوالدهاي هوايي:فصل پنجم

١٤٢.................................................................................................................................. مقدمه‐۱‐۵ ١٤٣...................................................................................................اربردهاي هوايي فوالدها ک‐۲‐۵

١٤٣........................................................................................................ اسکلت هواپيما‐۱‐۲‐۵ ١٤٥..................................................................................................................دنده چرخ‐۲‐۲‐۵ ١٤٦........................................................................................................................ياتاقان‐۳‐۲‐۵ ١٤٨...............................................................................................ي فرود هواپيما ارابه‐۴‐۲‐۵ ١٥١.............................................................................................................. سيم طنابي‐۵‐۲‐۵ ١٥٢............................................................................................گذاري در هواپيما لوله‐۶‐۲‐۵ ١٥٣....................................................................................................هاي گازي توربين‐۷‐۲‐۵ ١٥٥.................................................................................................. فوالدهاي استاندارد هوايي‐۳‐۵

١٥٥............................................................................................. فوالدهاي ماريجينگ‐۱‐۳‐۵ ١٥٧..............................................................................نزن مارتنزيتي فوالدهاي زنگ‐۲‐۳‐۵

١٦١.............................................................................................................................۴۰۳فوالد ١٦٢.............................................................................................................................۴۱۰فوالد ١٦٣....................................................................................................................XM‐۳۰فوالد ١٦٣.............................................................................................................................۴۱۴فوالد ١٦٤.............................................................................................................................۴۱۶فوالد ١٦٤.............................................................................................................................۴۲۰فوالد ١٦٥.............................................................................................................................۴۲۲فوالد ١٦٥.............................................................................................................................۴۳۱فوالد

١٦٦...........................................................................................................۴۴۰فوالدهاي گروه

اي بر فلزات و آلياژهاي هوايي مقدمه

١٦٦................................................................................نزن آستنيتي فوالدهاي زنگ‐۳‐۳‐۵ ١٧٠...........................................................................................................۳۰۰فوالدهاي سري ١٧٣...........................................................................................................۲۰۰فوالدهاي سري

١٧٣..............................................ي نوردي شونده سخت نزن رسوب فوالدهاي زنگ‐۴‐۳‐۵ ١٨١..........................................ي ريختگي شونده سخت نزن رسوب فوالدهاي زنگ‐۵‐۳‐۵ ١٨١...........................................................................موليبدن‐نيکل‐ فوالدهاي کروم‐۶‐۳‐۵ ١٨٢......................................................................................موليبدن‐ فوالدهاي کروم‐۷‐۳‐۵

١٨٢...................................................................................نزن متالورژي پودر فوالدهاي زنگ‐۸‐۳‐۵

۱۸۵............................................................................سوپر آلياژهاي هوايي:فصل ششم ١٨٦.................................................................................................................................. مقدمه‐۱‐۶ ١٨٧............................................................................................ کاربردهاي هوايي سوپرآلياژها‐۲‐۶

١٨٧....................................................................................................هاي گازي توربين‐۱‐۲‐۶ ١٨٨............................................................................ها و فضاپيماها ها، موشک راکت‐۲‐۲‐۶ ١٨٩......................................................................... سوپرآلياژهاي پايه نيکل استاندارد هوايي‐۳‐۶

١٨٩..........................................................................................................................Xهاستلوي ١٩٣.........................................................................................................................۶۰۰اينکونل ١٩٣.........................................................................................................................۶۰۱اينکونل ١٩٦.........................................................................................................................٦٢٥ل اينکون

١٩٧.........................................................................................................................۷۰۲اينکونل ١٩٨.........................................................................................................................۷۰۶اينکونل ١٩٩.........................................................................................................................۷۱۸اينکونل ٢٠٠.........................................................................................................................۷۹۲اينکونل ٢٠١..................................................................................................................X‐۷۵۰اينکونل ٢٠٢.........................................................................................................................۷۲۲اينکونل ٢٠٣....................................................................................................................C۷۱۳اينکونل ٢٠٥.................................................................................................................LC۷۱۳اينکونل

٢٠٦....................................................................................................................A۸۰نايمونيک ٢٠٦........................................................................................................................۹۰نايمونيک

فهرست

٢٠٨...................................................................................................................Rene ۴۱آلياژ ٢٠٩.......................................................................................................................K‐۵۰۰مونل

٢١٠......................................................................................................................۹۰۱اينکولوي ٢١٢....................................................................................................................RA‐۳۳۳آلياژ

٢١٣.......................................................................اي پايه کبالت استاندارد هوايي سوپرآلياژه‐۴‐۶ ٢١٧.........................................................................................................................L‐۶۰۵آلياژ

٢١٩.............................................................................................................................۶استاليت ٢٢٠..........................................................................................................................۲۱استاليت ٢٢٠..........................................................................................................................۳۱استاليت

٢٢١.......................................................................................................................WI‐ ۵۲آلياژ ٢٢٣...........................................................................................................Haynes ۱۸۸آلياژ

۲۲۷.........................................................................................................................منابع

۲۳۱...........................................................................................واژه نامه فارسي به انگليسي ٢٤٣..........................................................................................واژه نامه انگليسي به فارسي

۲۵۵..................................................................................................................ها پيوست ۲۵۷.............................................کد و تركيب شيميايي آلياژهاي هوايي و هوافضا:Iپيوست ۲۶۹................................................استحكام و چگالي آلياژهاي هوايي و هوافضا :IIپيوست ۲۷۵.......................هاي هوايي و فضايي آلياژهاي قابل استفاده در سيستمانواع :IIIپيوست ۲۸۱......هاي هوايي و فضايي سيستمیمشخصات آلياژهاي قابل استفاده در اجزا :IVپيوست ٢٨٩...... مورد استفاده در آنهاي مواد فلزيمعرف ويي هوايها ستمي سي برخريتصاو :Vپيوست

لفينؤپيشگفتار م

پيشگفتار مولف ب

.كردعطا و تدوين كتاب حاضر را به نويسندگان آن سپاس كه توفيق نگارش خداي را ي مهندسي مواد، خصوصاً انواع فلزات و خوشبختانه آثار و كتب علمي متعددي در زمينه

ها مورد تأكيد آنچه در اين كتاب. هاي اخير به رشته تحرير در آمده است آلياژها، در سالهاي فلزي و آلياژي با تأكيد بر خواص فيزيكي، قرار گرفته، عموماً معرفي انواع سيستم

گري، متالورژي ريخته آنها و يا با تكيه بر فرايندهاي توليد آنها نظير... مكانيكي، خوردگي و اربرد معين، بوده و شايد كمتر كتابي را بتوان يافت كه بر مبناي يك ك... پودر، جوشكاري و

رو و نيز با توجه به نبود مجموعه از اين. به بررسي انواع فلزات و آلياژها پرداخته باشدمدوني در خصوص كاربردهاي هوايي فلزات و آلياژها، تصميم به تدوين كتابي مشتمل بر

) اعم از آلياژهاي آهني و غيرآهني(انواع فلزات و آلياژهاي مورد مصرف در صنايع هوايي .رفته شد كه منجر به تأليف كتاب حاضر گرديدگ

ترين فلزات و ترين و پرمصرف مورد از متداول120در اين كتاب به معرفي بيش از آلياژهاي هوايي پرداخته شده و در معرفي هر آلياژ، عالوه بر ذكر تركيب شيميايي آن،

فرايند توليد هر اطّالعات ديگري نظير نوع محصوالت قابل دسترس، خواص مهم و كليات نيز آورده ماشينكاري و دهي، عمليات حرارتي، جوشكاري گري، شكل آلياژ شامل ريخته

UNSگذاري متحد همچنين براي معرفي هر آلياژ، از سيستم نام. شده است(Unified Numbering System)كاربردهاي خاص از سوي ديگر، به. استفاده شده است

اين . نيز اشاره شده است) بالگردها و هواپيماهامثل (در صنايع هوايي هر يك از اين آلياژها مانند پيچ، مهره، (ي فرود، بال، بدنه، سازه، اجزاي اتصال كاربردها شامل مواردي نظير ارابه

) ي احتراق دنده، ياتاقان، شافت، پره، ديسك، محفظه نظير چرخ(اجزاي سيستم محرّكه ، )پرچهاي معادل فارسي كارگيري واژه متن كتاب، تالش زيادي جهت به گرچه در .هستند... و

براي بيان مصاديق كاربردهاي هوايي صورت گرفته، ولي به هر حال اصطالحات انگليسي مربوط به اين كاربردها نيز جهت مطابقت با كلمات فارسي، هم به صورت پاورقي و هم به

. اند نامه در انتهاي كتاب آورده شده صورت واژهاي به مواد فلزي ويژه و غيرمتداول بايد اذعان داشت كه در كتاب حاضر، هيچ اشاره

نظير آلياژهاي (هاي هوايي دارند فردي در سيستم كه استفاده محدود يا منحصربهچ مطلبي همچنين هي. نشده است) دار و انواع آلياژهاي ديرگداز برليم، آلياژهاي حافظه

ت اي بر فلزات و آلياژهاي هوايي مقدمه

هاي اخير به عنوان جانشين آلياژهاي متداول هوايي مطرح موادي كه در سال ي در باره، ارائه نگرديده و شايد يكي از داليل اصلي انتخاب )مانند تركيبات بين فلزي(گشته اند

.براي عنوان كتاب، همين موضوع باشد» اي بر فلزات و آلياژهاي هوايي مقدمه«عبارت هاي ب مشتمل بر شش فصل است كه در فصل اول به نيازمنديساختار كتا

در . عمومي مربوط به طراحي و انتخاب مواد در صنايع هوايي پرداخته شده استفصول دوم تا ششم كتاب نيز به ترتيب آلياژهاي آلومينيم، تيتانيم، منيزيم، فوالدها و

نيز ) V تا I(اي پنج پيوست كتاب دار. اند سوپرآلياژهاي هوايي مورد بررسي قرار گرفتهها به تعداد زيادي از فلزات و آلياژهاي مورد استفاده در باشد كه در اين پيوست مي

هاي هوايي و هوافضا اشاره شده و تصاوير برخي از وسايل نقليه هوايي و فضايي سيستم . نيز آورده شده است

هاي اوليه نوشته سعي و تالشي كه در جهت رفع نقائص موجود در دست ي با همهاز اين رو . شده،ممكن است اشكاالت و نقاط ضعفي در كتاب وجود داشته باشد

نويسندگان، پيشاپيش مراتب امتنان خود را از دقت نظر دانشجويان، محققان و ساير و ها و از ديدگاهدارند خوانندگان كتاب كه ايرادهاي موجود را انتقال دهند، اعالم مي

. استقبال مي نمايندپيشنهادهاي ايشاندر انتها الزم است از مديريت و كاركنان محترم انتشارات دانشگاه صنعتي مالك

اند، گونه مساعدتي جهت تسريع در چاپ و انتشار كتاب دريغ نورزيده اشتر كه از هيچ . كمال تقدير و تشكر به عمل آيد

و نيز قدمي در جهت اميد آنكه اين اثر ناچيز، گامي در راستاي نشر علم در كشور .معرفي و شناسايي جايگاه مواد فلزي در صنايع هوايي باشد

الناز فيضي-كريم زنگنه مدار

دانشگاه صنعتي مالك اشتر

فصل اول

انتخاب مواد براي كاربردهاي هوايي

انتخاب مواد براي كاربردهاي هوايي: فصل اول ٢

مقدمه‐۱‐۱هاي صنايع هوايي، مشابه ساير صنايع، نقل و انتقال حداکثر وزن ممکن نيازمندي

ي انتخاب مواد در اين صنعت وجود اما مشکالتي که در زمينه. با کمترين هزينه استابل توجهي از جمله تلفات جاني دارد بسيار شديدتر است، زيرا انهدام در هوا خسارات ق

.را به دنبال خواهد داشتبلند کردن بار و غلبه بر نيروي جاذبه به منظور حمل آن به صورت هوايي، يک

بنابراين، طراحي ها بايد تا حد ممکن سبک و با بازدهي باال . فرايند گران قيمت استاين . ، مورد نيازند وسيعي از موادي از اين رو در صنايع هوايي، گستره. باشند

ها بسته به طبيعت يک کاربرد خاص، مثالً کاربردهاي عمومي يا نظامي، نيازمندياز هواپيماهاي بسيار (هاي مختلفي دارندوسايل هوايي معمولي اندازه. کنند تغيير مي

پاشي استفاده کوچک يک نفره که جهت تفريح يا کاربردهاي در مقياس کم مثل سم را دارا مسافر ۳۰۰ بيش از تا هواپيماهاي بسيار بزرگ که قابليت حملشوند، گرفته مي

شوند نيز وسايل هوايي نظامي که به عنوان جنگنده يا بمب افکن شناخته مي. )هستند . انواع مختلفي دارند

فاکتورهاي مهمي که در . ها هستند هواپيماهاي مختلف نيازمند انواع طراحي پرواز، سرعت و ارتفاع پرواز، قابليت ي رند شامل محدودهگي طراحي مورد توجه قرار مي

.و نيز مقدار وزن قابل حمل توسط هواپيما است) در هواپيماهاي جنگنده(مانور ند ا اين فازها عبارت. عمر يک هواپيما شامل ترتيب تکرارپذيري از چهار فاز عملياتي است

) ٢مربوط به هواپيماهاي معمولي (زني گشت ‐۳، ١برخاستن ‐۲حرکت بر روي زمين، ‐۱: از .٤ فرود‐۴، )٣مربوط به هواپيماي نظامي(يا انجام عمليات

يک هواپيما به . ترين فاز است براي هواپيماهاي معمولي بلند شدن از زمين مهمگيري اوجي از طرف ديگر، زاويه. موتورهايي نياز دارد که تقريباً با تمام قدرت کار کنند

1-Take Off 2-Civilian Airplanes 3-Military Airplanes 4-Landing

٣ و آلياژهاي هوايياي بر فلزات مقدمه

اي که بتواند تمامي موانع اطراف فرودگاه را با اندازه کافي باشد، به گونههواپيما بايد به .امنيت کامل رد کند

اي نياز فاز گشت زني که شامل پرواز در يک حالت پايا است، تقريباً به شرايط ويژهبيني آب و هوا و استفاده از رادار براي تعيين هاي مدرن پيش ندارد، زيرا روش

کند که از پرواز در شرايط طوفاني اال، اين امکان را فراهم ميدرصدهاي رطوبت بي جت و پرواز در ارتفاع چند هزار در اين صورت، با نيروي جلو برنده. خودداري شود

متري، اکثر مشکالت آب و هوايي قابل حل خواهد بود، زيرا در اين ارتفاع، هوا تنها يک اين حالت، مشکل تالطم هوايي احتماالً هرچند در(چهارم چگالي معمولي خود را دارد

حرکتي کم، يک هواپيما با ي در مقايسه با يک خودرو با محدوده). باقي خواهد ماند . گذراند پرواز زياد، بيشتر عمر خود را در حالت گشت زني ميي محدوده

تنها بايد با سرعت از زمين بلند نه١بر خالف هواپيماهاي عمومي، يک جت جنگندهآميز فاز عملياتي نيز باشد، يعني بتواند مانورهايي با ود، بلکه بايد آماده انجام موفقيتش

.سرعت باال انجام دهد بدون اينکه در حالت پايا و در يک ارتفاع ثابت پرواز کندتر طورکلّي هر چه شرايط استفاده از يک وسيله دشوارتر باشد، عمر آن کوتاه بهمثالً عمر هواپيماهاي معمولي در حدود . شود پيماها نيز مياين موضوع شامل هوا. است براي طول ٢که يک هواپيماي کنکورد مافوق صوت هزار ساعت است، درحالي۵۰‐۱۰۰

رود همان طور که انتظار مي. هزار ساعت طراحي شده است۲۰‐۳۰عمر کوتاه در حد، گرچه )هزار ساعت ۶کمي بيش از (عمر طراحي هواپيماهاي نظامي بسيار کمتر است

قابل استفاده ) سال۲۵مثالً (بسياري از اين هواپيماها براي مدت زماني بسيار طوالني بنابراين، در رابطه با خواص مواد مورد استفاده در هواپيما، عالوه بر رفتار . هستند

خواص خوردگي و خوردگي تنشي ‐که نقش کليدي در عمر هواپيما دارد‐خستگي .ئز اهميت استنيز بسيار حا

هاي حمل و نقل، به حداکثر رساندن بار قابل حمل سيستمي هدف اصلي در کلّيههاي مربوط به وسيله و سيستم جلو قيمت با توجه به هزينه. با توجه به قيمت است

بار «‐ ۱: بنابراين، هر سيستم نقليه شامل سه جزء است. شود ي آن تعيين مي برنده 1-Fighter Jet 2-Ultrasonic Concord Airplane

انتخاب مواد براي كاربردهاي هوايي: فصل اول ٤

حمل «‐۲شود، فردي که توسط وسيله حمل ميشامل هر شيء يا» حمل شدهکه شامل » ١ابزار جلو برنده«‐۳هاي کنترل و خدمه، شامل بدنه، سيستم» کننده

.تأسيسات توليد نيرو و سوخت استافزايش بار قابل حمل به معناي کاهش يک يا هر دو جزء ديگر نسبت به وزن کلّ

يش بازدهي تأسيسات توليد نيرو بيشترين سهم در اين حالت به افزا. هواپيما استتر، وزن موتور تقريباً برابر با وزن بار حمل شده در هواپيماهاي قديمي. شود مربوط مي) کمي بيش از نصف(که در هواپيماهاي جديدتر، وزن موتور تا حد زيادي بود، درحالي

يند، پيما هاي زيادي را مي متأسفانه در هواپيماهايي که مسافت. کاهش يافته است . همچنان يک مشکل وجود دارد و آن هم نياز به حمل مقادير زيادي سوخت است

نسبت وزني اول آنکه: بهبود بازدهي سوخت نقش داردمهندسي مواد از دو راه در ها کاهش چشمگيري داشته است که اين امر در طول سال٢در موتورهاي توربيني

راي مثال، در سوپرآلياژهاي پايه نيکل، ب( بهبود خواص دماي باالي مواد است ي نتيجهکارگيري دار و نيز به کريستال همراه با انجماد جهت هاي توربين تک پرهي توسعه

مواد ي توسعه). هاي جديد توليد نياز دارد کنترل سرمايش پره، به استفاده از روش هاي هاي تقويت شده و پوشش هاي زمينه فلزي، سراميک مهندسي نظير کامپوزيتتواند در کاهش نسبت وزني و افزايش بازدهي سوخت مؤثر مقاوم به اکسايش نيز مي

خصوص ي هواپيما نيز توجه داشته باشد، به مهندس مواد بايد به سازه آنکه دوم. باشدهاي زياد، زيرا کاهش وزن سازه مستقيماً با ميزان بار قابل در حمل و نقل در مسافت

.حمل ارتباط داردکند که مقدار کمتري از آن اي اين امکان را فراهم مي ي سازه ص هر مادهبهبود خوا

اما مالک انتخاب مواد براي. ي کاهش يابد مورد استفاده قرار گيرد و وزن سازهاي که بهبود يک خاصيت ماده گونه هاي مختلف يک هواپيما متفاوت است، به قسمت

افزايش استحکام استاتيک تنها در . ودممکن است تنها در بخشي از سازه مفيد واقع شکه در نواحي با ، مؤثر است، درحالي)ها نظير بال(مناطقي که شدت بارگذاري باالست

. دهد بارگذاري متوسط، مدول االستيک ماده مالک اصلي طراحي را تشکيل مي 1-Propulsion 2-Turbine Engines

٥ و آلياژهاي هوايياي بر فلزات مقدمه

. گذارد، چگالي مواد است هواپيما تأثير مي ي يک خاصيت مهم که بر کلّ سازهدر مقايسه با تأثير بيشتري بر کاهش وزن سازه% ۳۰ چگالي به ميزان حدود کاهشبنابراين، چگالي پارامتري است که . درصدي استحکام يا مدول االستيک دارد۵۰بهبود

. مناسب براي هواپيما بايد مد نظر قرار گيردي در انتخاب ماده

آلياژهاي هوايي و هوافضا‐۲‐۱ي يا سازهء آلياژها، در صنايع هوايي و هوافضا و در اجزاطيف وسيعي از فلزات و

... و ٦ها ، موشک٥، آنتن هاي فضايي٤، ماهواره ها٣، فضاپيماها٢، بالگردها١هواپيماهابه همين دليل، دسته بندي مواد فلزي مورد مصرف در . گيرند مورد استفاده قرار مي

توان بر اساس اين وجود، ميبا. رسد گونه کاربردها بسيار مشکل به نظر مي اينترين آلياژهاي ، برخي از مهم٧ها و استانداردهاي هوايي و هوافضايي موجود بندي طبقه

در انتهاي اين II و Iهاي پيوست. مورد مصرف در کاربردهاي فوق را شناسايي کردترين فلزات و آلياژهاي کتاب، به ترتيب ترکيب شيميايي و خواص استحکامي مهم

.دهند و هوافضايي را نشان ميهواييترين آلياژهاي هوايي را به طور خالصه و با توجه به استانداردهاي موجود، مهم

:بندي نمود توان به صورت زير تقسيم مي : شامل، انواع فوالدها‐

فوالدهاي کربني و کم آلياژ فوالدهاي فوق مستحکم کروم‐فوالدهاي آلياژي حاوي نيکل :نزن شامل الدهاي زنگفو فوالدهاي فريتي

1-Airframes 2-Helicopters 3-Space Shuttles 4-Satellites 5-Space Antenna 6-Missiles 7-Aerospace Structural Metals Handbook

انتخاب مواد براي كاربردهاي هوايي: فصل اول ٦

فوالدهاي آستنيتي فوالدهاي مارتنزيتي سخت فوالدهاي رسوب

: آلياژهاي نيکل شامل‐ کبالت% ۵آلياژهاي حاوي کمتر از کبالت% ۵آلياژهاي حاوي بيش از

: آلياژهاي آلومينيم شامل‐ آلياژهاي ريختگي : شامل،ذيرآلياژهاي کارپ آلياژهاي قابل عمليات حرارتي آلياژهاي غير قابل عمليات حرارتي

: آلياژهاي منيزيم شامل‐ آلياژهاي ريختگي :آلياژهاي کارپذير شامل آلياژهاي قابل عمليات حرارتي آلياژهاي غير قابل عمليات حرارتي

آلياژهاي تيتانيم‐ آلياژهاي کبالت‐ آلياژهاي برليم‐ آلياژهاي نيوبيم‐ آلياژهاي تانتاليم‐ آلياژهاي موليبدن‐ آلياژهاي تنگستن‐ آلياژهاي واناديم‐ آلياژهاي زيرکنيم‐

٧ و آلياژهاي هوايياي بر فلزات مقدمه

و مشخصات برخي از انواع فلزات و انواع انتهاي کتاب، IV و IIIهاي در پيوست و هواپيماها آورده شده ١هاآلياژهاي قابل استفاده در اجزاي مختلف فضاپيماها، پرتابگر

ي چند نوع هواپيماي ، ميزان استفاده از مواد فلزي در سازهVهمچنين در پيوست . استا آورده شده و عالوه بر آن، عمومي و نظامي همراه با تصاويري نمادين از اين هواپيماه

.ه استهايي از کاربردهاي موردي برخي آلياژها در ساخت اجزاي آنها ارائه گرديد مثال

هاي هوايي هاي اصلي سازه ويژگي‐۳‐۱، اجزاي ٢فرود ي ها، بدنه، ارابه ي يک هواپيما شامل بال هاي اصلي سازه قسمت

. است٦قسمت متحرک بال و ٥، باالبرها٤، سکان٣هالوالمتحرک و سطوح کنترل مثل .شود در ادامه، به توضيح مختصر اين قسمت ها پرداخته مي

ها بال‐۱‐۳‐۱وقتي . گيرند ترين تغييرات تنش قرار مي ها در معرض باالترين سطح و پيچيده بال

ها با توجه به وزنشان، وزن سوخت ذخيره شده در آنها و هواپيما روي زمين است، بالدر اين . گيرند وزن موتورهايي که احتماالً روي آنها نصب است، رو به پايين قرار مي

اين . ت کشش و سطوح پاييني آنها تحت فشار قرار داردها تح حالت، سطوح بااليي بالبرخاستن است نيز ادامه دارد که نشستن يا مدل بارگذاري زماني که هواپيما در حال

شوند که اما بيشترين نيروها زماني به بال وارد مي. نقش مهمي در عمر هواپيما داردايد کلّ وزن هواپيما را تحمل ها ب با توجه به اينکه بال. کند هواپيما در هوا حرکت مي

ي که در نتيجه) ۱‐۱شكل (شوند هاي پايا به سمت باال خم مي ها تحت تنش کنند، بالآن، سطوح بااليي بال تحت تنش فشاري و سطوح پاييني بال تحت تنش کششي قرار

ي کند که حداکثر بار خمشي به ريشه بنابراين، هر بال مثل اهرمي عمل مي. گيرد ميها نصب شده باشند، وزن موتور به همراه وزن اگر موتورها روي بال. شود ارد ميبال و

1-Launchers 2-Landing Gear 3-Flaps 4-Rudder 5-Elevator 6-Aileron

انتخاب مواد براي كاربردهاي هوايي: فصل اول ٨

کند و تا حدي اثر اين نيرو را و سوخت در برابر نيروي باال برنده مقاومت ميبدنه . دهد کاهش مي

۷۸۷ها در حين پرواز هواپيماي بوئينگ انحناي رو به باالي بال‐ ۱‐۱شکل

هاي پايا وجود دارند که پيچيده هستند و اغلب وه بر تنشهاي نوساني نيز عال تنشاين نوع . دهند خود را نشان مي) يعني جايي که هوا متراکم است(در ارتفاع کم

. شوند ها، در شرايط نامساعد آب و هوايي و يا در زمان مانور هواپيما تشديد مي تنشدر ارتفاعات باال نيز به ي تالطم هواي صاف ها ممکن است در نتيجه البته اين تنش

طورکلّي پرواز هواپيما در ارتفاع زياد نبايد در معرض تغييرات شديد وجود آيند، اما بهگيري، هاي بحراني معموالً مربوط به مراحل برخاستن، اوج تنش. تنشي قرار گيرد

.نزديک شدن به زمين و فرود هواپيما هستندوجه به مانورهاي مداوم و سريع بيشتر در هواپيماهاي نظامي، تغييرات تنش با ت

که در ارتفاع زياد پرواز ) هواپيماهاي شناسايي(نوع خاصي از هواپيماهاي نظامي . است . کنند، نبايد در معرض تغييرات شديد تنشي قرار بگيرند مي

با توجه به اينکه رشد ترک خستگي، غالباً تحت تنش کششي اتفاق مي افتد تا تنش ي مورد هاي متفاوتي از نظر ماده هاي سطوح بااليي بال نيازمندي براين، تنشفشاري، بنا

در . ترين نيازمندي سطح بااليي بال، مقاومت به فشار است مهم. کنند استفاده را ايجاب ميسطح پاييني بال که بايد استحکام کششي استاتيکي بااليي داشته باشد، مقاومت به

٩ و آلياژهاي هوايياي بر فلزات مقدمه

خواص ديگري نيز در هر دو سطح بااليي و پاييني مورد مسلماً. خستگي حائز اهميت است . نياز خواهد بود که اين خواص تا حدي به روش ساخت نيز بستگي دارند

ي از طريق بدنه١ها به اين صورت است که دو تير بال روش قديمي ساخت بالل اين طناب ممکن است از نوک يک بال به نوک با. شوند با طناب متصل مي٢هواپيما

تر ممکن است به صورت دو تير مجزّا براي ديگر کشيده شود، اما در هواپيماهاي بزرگ . هر بال، به بدنه متصل شوند که بعداً در جهت مناسب کشيده خواهند شد

چنانچه . هاي مدرن ساخت بر مبناي مسيرهاي بارگذاري پراکنده استوارند روش. تر خواهند بود ها ساده د شوند، اين روشها توسط ماشينکاري از يک ورق اوليه تولي بال

در اين حالت، مقاومت به خوردگي تنشي نيز بايد قابل قبول باشد چرا که ورق اوليه شود معموالً ضخيم است و تحت عمليات حرارتي قرار که بال از آن ساخته مي

بيعت ط. مانده وجود ندارد هاي باقي بنابراين، تضميني براي حذف کامل تنش. گيرد ميهمچنين به . ها نيز باعث شده که چقرمگي شکست بااليي مورد نياز باشد کششي تنش

. اي شدن، مدول االستيک باال الزم است منظور مقاومت در برابر خمش و پوسته

بدنه‐۲‐۳‐۱اي با دو انتهاي بسته است که کلّ بار بلند تقريباً استوانهي بدنه هواپيما يک پوسته

تأثير بار که به صورت عمودي رو به پايين عمل کرده و به وسيله .کند را حمل ميشود، اين است که پوسته را در معرض ها در يک موقعيت بين طولي نگهداشته مي بال

ها، در بنابراين، قسمت پاييني بدنه، خصوصاً زير بال. دهد خمش شديدي قرار مي. ه تحت تنش کششي قرار داردکه قسمت بااليي بدن گيرد، درحالي معرض فشار قرار مي

. شود عالوه، وقتي هواپيما دور مي زند، تنش پيچشي به بدنه وارد مي بهکنند، فشار داخل کابين بايد افزايش در هواپيماهايي که در ارتفاع باال پرواز مي

هاي طولي و محيطي شود که پوسته در معرض تنش داده شود که اين خود باعث ميتنها شود که نه ي فشار تبديل مي در اين صورت بدنه به يک محفظه.بيشتري قرار گيرد

٣استحکام کششي استاتيکي، بلکه چقرمگي شکست و خطاي مجاز آسيب ديدگي

1-Wing Plank 2-Airplane Fuselage 3-Failure Tolerance

انتخاب مواد براي كاربردهاي هوايي: فصل اول ١٠

عالوه بر آن، وقوع حداقل يک مرتبه افزايش و کاهش فشار . بااليي نيز بايد داشته باشد . نيز حائز اهميت باشد١شود که مقاومت به خستگي کم چرخه در هر پرواز، باعث مي

اند، سطوح هاي بسيار باال طراحي شده در هواپيماهايي که براي پرواز در سرعت .شوند ها در اثر اصطکاک با هوا گرم مي خصوص گوشه بدنه و به

ها به هنگام برخاستن هواپيما، با توجه به پر بودن مخزن سوخت تنش در چرخهاي خستگي نيز تنش برخاستن هواپيما،تن يا نشسدر حين . هواپيما، بسيار باالست

که در يک ميدان هوايي با ‐ هواپيماهاي نظامي ي بدنهدر اجزاي . شوند مطرح ميهاي استاتيک زيادي وجود خواهد تنش‐سوخت کامل در حالت آماده باش قرار دارند

به کلّ وزن هواپيماشود که اما بيشترين تنش حين فرود هنگامي ايجاد مي. داشتگرچه در اين حالت، سرعت فرود عمودي هواپيما آنچنان نيست . کند زمين برخورد مي

. شود هاي شديدي بر بدنه اعمال مي که شوک زيادي به بدنه وارد سازد، ليکن تنش

ي فرود ارابه‐۳‐۳‐۱ها يا بدنه جمع شوند تا عملکرد آيروديناميکي ها بايد به داخل بال حين پرواز، چرخ

ها بايد کمترين فضاي ممکن را نيز در عين حال، اين قسمت. ا دچار اختالل نشودهواپيمبا توجه به اينکه . بنابراين، معيار عملکرد بستگي به حداقل شرايط حجمي دارد. اشغال کنند

کاهش حجم يا وزن مواد ممکن است بر خواص آنها تأثير منفي داشته باشد، لذا اجزاي خته شوند که باالترين مقدار استحکام استاتيک، استحکام خستگي ها بايد از موادي سا چرخ

. کم چرخه و چقرمگي شکست را دارا باشند

سطوح کنترل‐۴‐۳‐۱. ها هستندلوال و ها متحرک بالهاي قسمتها، سطوح کنترل شامل سکان، باالبرنده

شده ساخته شده و عمليات حرارتي اغلب از قطعات آهنگريء با توجه به اينکه اين اجزا . شوند، مقاومت به خوردگي تنشي آنها بايد قابل قبول باشد مي

بنابراين، در اين حالت، . طورکلّي در معرض بارگذاري کمي قرار دارند اين اجزاء بهها لوال با وجود اين، .شود سوب نميحاي م استحکام استاتيکي چندان پارامتر بحراني

1-Low Cycle Fatigue Resistance

١١ و آلياژهاي هوايياي بر فلزات مقدمه

سطوح . تا آثار پرواز از سکّو را تحمل کنند کافي مستحکم باشند ي بايد به اندازهاي دارند و از ديدگاه کنترل، اجزاي نسبتاً نازکي هستند که اغلب ساختار پوستي و رگه

هر سطح کنترلي که در مجاورت . عملکردي، بايد مدول االستيک کافي داشته باشندعالوه، هرگونه به. گيرد، بايد مقاومت حرارتي نيز داشته باشد خروجي موتور قرار مي

هاي انعکاس مستقيم از صداي موتور که باعث ايجاد بارگذاري صوتي بر روي پنل . دهد را افزايش مي٢ شود، نياز به مقاومت مناسب در برابر خستگي پر چرخه١اي سازه

هاي هوايي خواص مورد نياز در سازه‐۴‐۱به هر حال، . ظر متفاوت استمعيار مناسب انتخاب مواد بسته به بارگذاري قطعه مورد ن

. ي هواپيما، اهميت چگالي ماده را نيز نبايد ناديده گرفت در انتخاب مواد براي سازه

هاي تحت بارگذاري فشاري سازه‐۱‐۴‐۱ برخي اطّالعات مربوط به سه ماده را که هر کدام تحت شرايط متفاوت ۱‐۱جدول

ρEپارامتر . دهد کار روند، نشان مي هتوانند براي ساخت بال يک هواپيما ب مي1/3

معيار انتخاب /ρEطبق اين اطّالعات، مقدار . چگالي ماده استρ مدول يانگ و Eماده است که در آن

1/3/

.ترين مقدار و براي تيتانيم در حد متوسط استبراي آلومينيم باالترين و براي فوالد پايين هاي گونه اطّالعاتي در مورد محدوديت ه، هيچ خواص مندرج در جدول يادشدي مقايسه

با افزايش بارگذاري، . دهد اعمالي به مواد مختلف با افزايش شدت بارگذاري ارائه نمي کافي باال ي و چنانچه شدت بارگذاري به اندازهيابد هاي اعمالي به پنل افزايش مي تنش

هر . شود ي پالستيک مي حدودهو پنل وارد مکند باشد، از حد االسيتک ماده تجاوز ميي پالستيک شود، اما با توجه به استحکام يک هواپيما نبايد وارد محدوده ي چند سازه

پالستيسيته را کنترل نمود، زيرا وجود مقدار کمي ي توان محدوده نهايي سازه، مي زمر با ورود به. اندازد پالستيسيته، انسجام کلّي اجزاء يا قطعات را به خطر نمي

ي يابد، زيرا با ورود به منطقه پنل کاهش مي٣پالستيک، استحکام کمانش‐االستيک

1-Structural Panels 2-High Cycle Fatigue Resichuce 3-Buckling

انتخاب مواد براي كاربردهاي هوايي: فصل اول ١٢

اين . پالستيک، معيار رفتار االستيک ماده، مدول برشي خواهد بود، نه مدول يانگدر نتيجه، وقتي پنل وارد . يابد مدول مقدار ثابتي ندارد و با افزايش تنش، کاهش مي

ن آن با توجه به بار محوري، با سرعت بيشتري شود، وز ي پالستيک مي محدودههاي کافي باال باشد، پنلي يابد و در نهايت، اگر بار محوري به اندازه افزايش مي

.شوند تر مي هاي تيتانيمي سنگين آلومينيمي از پنل

مقايسه خواص سه نوع آلياژ پيشنهادي جهت ساخت بال هواپيما‐۱‐ ۱جدول

تسليم استحکام آلياژ(MPa)

االستيک مدول(GPa)

چگالي(gr/cm3)

نسبت

ρE1/3

/ نزن فوالد زنگ۵۲۰FV

۱۰۸۱ ۲۱۵ ۸۳/۷ ۷۶۵/۰

آلياژ تيتانيمV۴‐Al۶‐Ti

۸۳۰ ۱۱۰ ۴۳/۴ ۰۸/۱

آلياژ آلومينيم۷۶T‐۷۰۷۵

۴۷۰ ۷۲ ۸۰/۲ ۴۸/۱

در (تري است و تحت بارهاي بيشتري ي قوي بايد توجه داشت که تيتانيم ذاتاً مادهاگر پهناي ). الف۲‐۱شکل(ي االستيک باقي مي ماند در محدوده) با آلومينيممقايسه

پنل افزايش يابد، تنش کمانش کمتر بوده و بنابراين، تحت يک بارگذاري خاص، پنل ). ب۲‐ ۱شکل (تر باشد تر و در نتيجه، سنگين بايد ضخيم ۶T‐۷۰۷۵نيم هاي آلياژ آلومي دهد که محل تقاطع منحني نيز نشان مي۳‐۱شکل

تحت . گيرد قرار ميMN/m2 ۵۰، در شاخص بارگذاري V۴‐Al۶‐Tiو آلياژ تيتانيم توان از آلياژ تيتانيم به جاي آلياژ شرايطي که پنل در معرض بارگذاري باال باشد، مي

در مقايسه با پنل (در اين حالت، امکان کاهش پهناي پنل . آلومينيم استفاده کردالبته اين . شود تر شدن سازه تواند باعث سبک هد داشت که ميوجود خوا) آلومينيمي

١کننده تهاي تقوي کاهش وزن محدود است، چرا که با کاهش پهناي پنل، فاصله تيرک. خود افزايش وزن را به دنبال داردي يابد که به نوبه نيز کاهش و تعداد آنها افزايش مي

1-Supporter

١٣ و آلياژهاي هوايياي بر فلزات مقدمه

هاي ازه با افزايش وزن ناشي از تيرکدر اين صورت، کاهش وزن ناشي از تغيير مواد س . شود مي، خنثیتقويت کننده

ب

هاي فوالدي، تيتانيمي و آلومينيمي تحت بارگذاري هاي مختلف وزن پنل ‐ ۲‐۱شکل

الف

انتخاب مواد براي كاربردهاي هوايي: فصل اول ١٤

نزن، تيتانيم و آلومينيم تحت هاي فوالد زنگ ويژگي کمانش در پنل‐ ۳‐۱شکل

هاي متفاوت بارگذاري

به جاي آلياژ V۴‐Al۶‐Ti جايگزين سازي آلياژ ، براي۲‐۱با توجه به شکل بايد کمتر از bبنابراين، . باشد۵۰تر از بايد بزرگP/b2، نسبت ۶T ‐۷۰۷۵آلومينيم

mm۷۰هاي متداول دستيابي به اين مقدار ضخامت در شرايط عملي براي سازه. باشداگرچه با . ددشوار است، زيرا با اين مقدار ضخامت، امکان پرچ کردن وجود ندار

% ۸۰توان به ضخامت نازک رسيد، اما در اين حالت، هاي اوليه مي کاري ورق ماشينقيمتي شود که اين مقدار تلفات، براي فلز گران ي اوليه به صورت براده تلف مي ماده

بنابراين، براي استفاده از تيتانيم به . صرفه نيست به مثل تيتانيم به هيچ وجه مقرون .م، بايد روش ديگري جهت ساخت مورد استفاده قرار گيردجاي آلوميني

ي رسد که تيتانيم نتواند به عنوان يک ماده با توجه به توضيح فوق، به نظر ميتوان فوالدها را نيز از با استدالل مشابه مي. هاي هواپيما مطرح باشد اصلي براي سازه

. هاي هوايي حذف نمود فهرست مواد مطرح براي سازهترين شکل ساده‐که تاکنون مورد اشاره قرار گرفت‐ ١البته ساخت پنل توپر

هاي توپر هاي ساخت ديگري نيز وجود دارند که نسبت به پنل روش. طراحي است

1-Solid Panel

١٥ و آلياژهاي هوايياي بر فلزات مقدمه

. ها هستند هاي حاصل از اين روش اي از طرح نمونه١هاي ساندويچي سازه. اند بسيار ارجحتوليد نمود که مدول االستيک بسيار بيشتري نسبت به هايي توان پنل ها مي با اين نوع طرح

باعث شده که حتي ٢هاي النه زنبوري بازدهي بيشتر سازه. هاي توپر داشته باشند پنلهاي ساندويچي زيادي از نزن نيز جزء مواد قابل رقابت محسوب شوند و پنل فوالدهاي زنگ

. قرار گيرندنزن در اسکلت هواپيماها مورد استفاده جنس فوالد زنگ، امکان استفاده ٤ و اتصال نفوذي٣دهي سوپرپالستيک فرايندهاي مبتني بر شکلي توسعه

توان از طريق هاي تيتانيمي را به راحتي مي پنل. از آلياژهاي تيتانيم را فراهم کرده است فرايند اتصال نفوذي تهيه کرد، چرا که فيلم اکسيدي که در حالت عادي به عنوان مانع در

کند، تجزيه شده، سپس در دماهاي مناسب براي اين فرايند، در فلز پايه برابر اتصال عمل مي توسط اتصال نفوذي قطعات تيتانيمي نازک که با V۴‐Al۶‐Tiهاي توپر پنل. شود حل ميشوند و تخمين زده شده که به اين روش اند توليد مي دهي سوپرپالستيک تهيه شده شکل . را کاهش داد وزن سازه% ۳۰توان حدود مي

هواپيما ي چنانچه تيتانيم مقاومت عالي در برابر حرارت نداشت، براي ساخت بدنهتيتانيم بيشتر از آلومينيم خواص خود را در دماي . شد بر آلومينيم ترجيح داده نمي

۳ (٥ ماخ۳هاي پرواز کند و مقاومت حرارتي آن براي کاربرد در سرعت باالتر حفظ مياين مسئله در مورد برخي از انواع . کافي باالستي به اندازه) سرعت صوتبرابر

تر بوده و با توجه به دهي فوالدها مشکل نزن نيز صادق است، اما شکل فوالدهاي زنگ .شوند اينکه چگالي بيشتري نيز دارند، کمتر ترجيح داده مي

نزن فوالد زنگهاي زيادي صورت گرفته تا کلّ بدنه هواپيما از هر چند تالشآميز نبوده است و اين مواد در حال حاضر تنها به ها موفقيت ساخته شود، اما اين تالش

در نواحي داغ عموماً به عنوان مثال، . گيرند صورت محدود مورد استفاده قرار ميالدها استفاده نزديک موتور، جايي که مقاومت در برابر حرارت باال الزم باشد، از اين فو

البته آلياژهاي تيتانيم به . کند همين موضوع در مورد تيتانيم نيز صدق مي. شود مي

1-Sandwich Panels 2-Honeycomb Structures 3-Superplastic Forming 4-Diffusion Bonding 5-Mach

انتخاب مواد براي كاربردهاي هوايي: فصل اول ١٦

. اند تري در هواپيماهاي نظامي مافوق صوت مورد استفاده قرار گرفته طور گستردهکار ترين ماده براي سطوح هواپيماهاي عمومي به آلومينيم همچنان به عنوان اصلي

مواد کامپوزيتي . کنند مينيم به شدت رقابت ميها نيز با آلو رود، البته کامپوزيت مياند هاي هواپيماهاي نظامي را به خود اختصاص داده هاي بزرگي از سازه تاکنون قسمت

.اند برده شدهکار و در سطوح کنترل برخي هواپيماهاي عمومي نيز به

هاي تحت بارگذاري کششي سازه ‐۲‐۴‐۱شوند، بال و نواحي پاييني بدنه اعمال ميهاي فشاري اصوالً در سطح بااليي تنش بدنه در معرض کشش نوساني قرار ي که سطح پاييني بال و نواحي عمده درحالي

. باشند و در نتيجه، مستعد خستگي ميگيرند ميها در بدنه، تنش. هاي خستگي داراي فرکانس باال هستند در سطح پاييني بال تنش

ها نيز مربوط به اعمال و حذف ما بخشي از اين تنششوند، ا حدي از خمش ناشي مي تا .فشار به صورت مکرر يا همان خستگي کم چرخه است

در (تخريب ناشي از خستگي ممکن است پس از تنها چند صد سيکل رخ دهد اي انتخاب شود که طورکلّي در اين شرايط بايد ماده به). شرايط خستگي کم چرخه

آن نيز در و طول ترک بحراني براي شکست نهايي ترک در آن کم،ي سرعت اشاعهروند نيز الزم کار مي ها براي موادي که در سطوح پاييني بال به اين ويژگي. زياد باشد

اي که در معرض تنش سازهي در حقيقت اين خواص براي هر قطعه). مانند بدنه(است .گيرد، مورد نياز است متغير قرار مي

اين دو پارامتر (ا استحکام استاتيک سازگاري ندارد متأسفانه چقرمگي شکست بو در نتيجه، افزايش استحکام در مواد پيشرفته، لزوماً افزايش ) معموالً عکس يکديگرند

ي آلياژها مستلزم برقراري بنابراين، توسعه. مقاومت به خستگي را در پي نخواهد داشت در کنار يکديگر وجود اي از خواص مختلف شرايطي است که در آن، ترکيب بهينه

يکي از خواصي که اغلب باعث ايجاد محدوديت در بهبود ساير خواص . داشته باشدهاي مختلفي رخ خوردگي ممکن است به صورت. شود، مقاومت به خوردگي است مي

هايي که يکي از روش. تر از ساير انواع آن است دهد که کنترل برخي از آنها مشکل

١٧ و آلياژهاي هوايياي بر فلزات مقدمه

، ي سازه گيرد آن است که ماده ما در برابر خوردگي انجام مياغلب براي حفاظت هواپياين . شود مي١کاري ي مقاوم به خوردگي، روکش نازکي از جنس يک مادهي با اليه

از البته به جز در مواردي که سازه(ها و سطوح کنترل بالي روش براي بدنه و پوستهما تير بال بسياري از هواپيماهاي ا. رود کار مي به) مواد غير فلزي ساخته شده باشد

شود و هاي بدون روکش ساخته مي عمومي و نظامي در حال حاضر با ماشينکاري ورقدر نتيجه، حفاظت آنها از خوردگي و خوردگي تنشي، با استفاده از پوشش هاي مقاوم

. به خوردگي نظير اليه هاي کروماته و رنگ ها بسيار حائز اهميت استکه به ‐ نيز الزم است که خواص مکانيکي مواد مقاوم به خوردگي ذکر اين نکته

براي مثال، آلومينيم با خلوص . عموماً ضعيف است‐روند کار مي ي روکش به عنوان مادهنرم است و اگر به عنوان روکش استفاده شود، به شدت تأثير منفي بر مقاومت % ۳/۹۹

Zn۱%‐Al هواپيماي کنکورد از آلياژ براي رفع اين مشکل، در. گذارد خستگي سازه مي) Al-Zn-Mg( آلومينيم ۷۰۰۸عالوه بر آن، مشخص شده که آلياژ . استفاده شده است

عالوه بر دارا بودن مقاومت خوردگي مناسب، قابل عمليات حرارتي است و استحکامي .اي دارد نزديک به ساير آلياژهاي سازه

اي و ائز اهميت هستند، خوردگي پوستهدو پديده خوردگي ديگر که در هواپيماها حهاي مرجح داخلي اي نوعي از خوردگي است که از محل خوردگي پوسته. اند خوردگي تنشي

. يابد شود و در طول صفحات به موازات سطح دانه گسترش مي مثل مرز دانه ها شروع مي فلز سازهشوند و اليه سطحي را از سپس محصوالت خوردگي باعث پوسته شدن مکانيکي مي

در خوردگي تنشي، يک ترک در يک عيب سطحي که قابليت خورندگي دارد، . کنند دا ميج. کند شروع به رشد کرده، از طريق خوردگي شيميايي و تنشي، به عمق ماده نفوذ مي

الزم براي ي مانده از عمليات قبلي، اغلب بخش زيادي از نيروي محرکه هاي باقي تنشترين نوع اي را اصلي توان خوردگي پوسته طورکلّي مي به. کنند مين ميخوردگي تنشي را تأترين عامل انهدام که خوردگي تنشي اصلي هاي نازک به شمار آورد، درحالي خوردگي در ورق

شده از جنس قطعات آهنگري. آيد شده، به حساب مي هاي ضخيم و قطعات آهنگري در ورق .مانده بسيار آسيب پذير هستند هاي باقي گسترش تنشپذير، در برابر مواد عمليات حرارتي

1-Cladding

انتخاب مواد براي كاربردهاي هوايي: فصل اول ١٨

١هاي متغير، بعد از عمليات محلولي شده با سطح مقطع آهنگريي وقتي يک قطعهشوند و مقاطع ضخيم در تر از مقاطع ضخيم، سرد مي تر سريع شود، مقاطع نازک کوينچ مي

ي باال قرار دارند به صورت اين مقاطع که هنوز در دما. گيرند معرض نيروهاي فشاري قرار ميشوند و در حين سرد شدن، تمايل دارند که بيشتر از مقاطع نازک پالستيکي تسليم مي

بنابراين، مقاطع ضخيم تحت کشش و مقاطع نازک در محل تماس با مقاطع . منقبض شوندمانده تا حد زيادي توسط عمليات هاي باقي تنش. گيرند ضخيم، تحت فشار قرار مي

ي پوسته که بايد توجه داشت که ماده. کاري بعد از عمليات حرارتي، قابل رفع هستندماشين ي مانده هاي باقي شود، تنش حاوي مواد سخت کننده است و از ورق ضخيم ماشينکاري مي

موجود در ورق اوليه را به همراه خواهد داشت و بنابراين، در معرض خوردگي تنشي قرار اي طراحي شوند که اختالف گونه اراي مقطع ضخيم بايد بههاي د قسمت. خواهد گرفت

ترکيب شيميايي آلياژ و مراحل عمليات . انقباض حين عمليات حرارتي به حداقل برسدماشينکاري تا حد . حرارتي بايد به نحوي انتخاب شوند که نرخ کوينچ الزم به حداقل برسد

ياژهايي که تحت شرايط مساعد براي ممکن بايد قبل از عمليات حرارتي انجام پذيرد و آل . خوردگي تنشي قرار دارند، بايد حداکثر مقاومت به اشاعه ترک را داشته باشند

ي فرود ارابه‐۳‐۴‐۱بايد داراي خواص مکانيکي ... هاي هيدروليک و ها، جک مجموعه قطعات چرخ

جاي بسيار عالي و قابل اطمينان باشند و همچنين بتوانند در يک فضاي کوچک. باشدσys/ρ ،σysبنابراين، معيار انتخاب مواد براي اين مجموعه بايد به جاي . بگيرند

اين بدان معني است که امکان جبران نقص در ساير خواص با کاهش چگالي در اين اما با توجه به اينکه همواره تمايل به . يابد اي کاهش مي شرايط، به ميزان قابل مالحظه

ها بايد کلّي هواپيما وجود دارد، انتخاب مواد براي مجموعه چرخحداقل رساندن وزن شده آلياژهاي قابل استفاده در قطعات آهنگري۲‐۱جدول . به دقت انجام گيرد

فوالدهاي با . دهد هاي هواپيما را به همراه استحکام مکانيکي آنها نشان مي چرخاژهاي آلومينيم در هواپيماهاي شوند و آلي استحکام باال بيشتر از ساير مواد انتخاب مي . اند بزرگ عمومي تا حد زيادي کنار گذاشته شده

1-Solution Treatment

١٩ و آلياژهاي هوايياي بر فلزات مقدمه

ي فرود هواپيما آلياژهاي مورد استفاده در ساخت ارابه ‐ ۲‐ ۱جدول

(MPa)کشش استحکام (MPa)تسليم استحکام آلياژ

آلياژهاي منيزيم

)۱۲۱L (۸A ۷۷ ۲۰۰

)۱۲۷L (Z۵Z ۱۴۳ ۲۳۰

۵۰۳۵ DTD ۱۷۸ ۲۴۵

)۵۰۴۵ (A۶۳ZE ۱۸۸ ۲۷۵

آلياژهاي آلومينيم

۷۷L ۳۲۵ ۴۱۷

۵۰۲۴ DTD ۴۲۰ ۴۹۵

۶T‐۷۰۷۵ ۴۳۰ ۵۱۰

۷۳T‐۷۰۷۵ ۳۸۵ ۴۵۵

۷۴ AZ ۴۵۰ ۵۱۰

۵۱۲۰ DTD ۴۵۰ ۵۲۰

۷۳۶T‐۷۰۵۰ ۴۲۰ ۴۹۰

آلياژهاي تيتانيم

۳۱۴ IMI ۹۲۷ ۱۰۰۴

۳۱۸ IMI ۹۲۷ ۱۰۰۴

۲‐۶‐۶ ۹۸۰ ۱۰۸۰

۵۵۱ IMI ۱۱۳۰ ۱۲۷۰

فوالدها

۹۹S ۱۰۸۰ ۱۲۴۰

۴۳۴۰ ۱۵۰۰ ۱۷۹۰

M۳۰۰ ۱۵۶۰ ۱۹۰۰

انتخاب مواد براي كاربردهاي هوايي: فصل اول ٢٠

بيشتر از فوالد % ۲۰ تنها حدود σs/ρترين آلياژهاي تيتانيم، نسبت در مستحکمM۳۰۰اما در هواپيماهاي . توليد تيتانيم بسيار باالتر استي که هزينه حالي است، در

ماهاي بمب افکن نظامي هزينه چندان فاکتور مهمي نيست و به همين دليل در هواپي۱Bي فرود استفاده شده است از آلياژهاي تيتانيم در ساخت ارابه .

اگر استحکام استاتيک مورد نياز تأمين شود، يعني استحکام تسليم باالتر ازMPa ۱۵۰۰بنابراين، . باشد، در اين صورت بايد مقاومت به ترک افزايش داده شود

استاتيکي و نيز چقرمگي شکست و مقاومت به مواد مورد نظر، با توجه به استحکام .شوند خوردگي تنشي، تردي هيدروژني و مقاومت خستگي انتخاب مي

انهدام مواد اغلب در نقاط حاوي تمرکز تنش اتفاق مي افتد، جايي که فاکتور به دليل آنکه امکان کنترل و کاهش نرخ رشد ترک . باشد۳حدود ) Kt(تمرکز تنش

شود که از همان کار گرفته مي مشکل است، معموالً تمهيداتي بهخستگي در فوالدها .ابتدا از ايجاد ترک جلوگيري شود

سطوح کنترل‐۴‐۴‐۱ها، تحت بارگذاري نسبتاً سبکي قرار سطوح کنترل هواپيما نظير سکان و باالبرنده

در بنابراين، موادي که. کجي و انحراف شديد در سطوح کنترل مجاز نيست. گيرند ميهاي پالستيک .شوند، بايد مدول االستيک کافي داشته باشند ها استفاده مي اين قسمت

شده با الياف هاي تقويت کنند و پالستيک تقويت شده امکان کاهش وزن را فراهم مياي هاي اليه ستفاده از سازها. شوند کربني جزء اولين کانديدهاي مناسب محسوب مي

در اين حالت، امکان استفاده از . سازد را ممکن مي١گردي چند جهته، کنترل ناهمساناي و نيز وجود دارد که در آنها، فيبرهاي شيشه) ٢هيبريدها(هاي دوتايي کننده تقويت

اي که مدول االستيک الزم در هر شوند به گونه کربني با نسبت مناسب مخلوط ميشده رو به هاي تقويت استفاده از پالستيک. دست آيد نقطه خاص از يک سازه، به

. افزايش است و بيشترين موارد مصرف اين مواد در صنايع هوافضاست

1-Unisotropic 2-Hybrides

٢١ و آلياژهاي هوايياي بر فلزات مقدمه

خواص مورد نياز براي پروازهاي سريع السير‐۵‐۱. شود ساکن هوا گرم ميي هواپيما به دليل برش ويسکوز در اليهي در پرواز، پوسته تأثير گرمايش بيشتر ،١خصوص در دماغه ها و به روي بالي کننده در سطوح هدايت

وقتي هواپيما در . است زيرا دقيقاً در باالي اين نواحي تغييرات شديد فشار وجود داردشوند و با توجه به اينکه اين کند، بسته هاي هوا به شدت متراکم مي هوا پرواز مي

تراکم اساساً در شرايط آدياباتيک اتفاق مي افتد، هوا گرم شده و افزايش دما به . شود هواپيما منتقل ميي هپوست

به سرعت استحکام خود را از دست oC ۱۵۰تمامي آلياژهاي آلومينيم در دماهاي باالي دهند و بنابراين، سرعت هواپيماي کنکورد براي حمل و نقل عمومي با سرعت مافوق مي

) oC ۱۳۰حدود (اين مقدار مطابق با دماي اشباع پوسته . شود ماخ محدود مي۲/۲صوت، به شود، اما براي آلياژ اين دما براي بسياري از فلزات، دماي کاري پاييني محسوب مي. است

هزار ساعت داشته باشد، نسبتاً باال است و بنابراين، ۲۰‐۳۰آلومينيم که بايد عمري حدود .آلياژ بايد از مقاومت خزشي مناسبي برخوردار باشد

ي آن به سريع السير که دماي پوستهبراي دستيابي به سرعت کافي در يک هواپيماي ماخ حرکت کرده، مسير نيويورک به ۸مانند هواپيمايي که بتواند با سرعت (رود شدت باال مي

. آن طراحي شودي ، بايد مواد جديدي براي پوسته) ساعت طي کند۳توکيو را ظرف مدت گيرند حائز يفاکتور ديگري که براي موادي که در معرض گرمايش متغير قرار م

که حالي خارجي هواپيما گرم شود، دري اگر پوسته. اهميت است، تنش حرارتي استي که سازه حالي گيرد در ي داخلي سرد باقي بماند، پوسته تحت فشار قرار مي سازه

هاي حرارتي ممکن است در اين صورت، تنش. داخلي تحت کشش قرار خواهد گرفت .باشند مكانيكي هاي تنشدر حد از نظر مقدار

1-Nose

انتخاب مواد براي كاربردهاي هوايي: فصل اول ٢٢

دومفصل

آلياژهاي هوايي آلومينيم

آلياژهاي هوايي آلومينيم: فصل دوم ٢٤

مقدمه‐۱‐۲روند و به آلياژهاي آلومينيم همچنان مواد اصلي براي ساخت اسکلت هواپيما به شمار مي

رسد اين وضعيت در آينده نيز به همين صورت باقي بماند، هرچند که امروزه به دليل نظر مي ها، مقدار وزن کلّ هواپيماها خي قسمتجايگزيني اين آلياژها با مواد کامپوزيتي، در بر

. کاهش چشمگيري داشته استاي مورد استفاده به طور گسترده) ها موشک(آلومينيم در صنايع هوايي، فضايي و هوافضا

و مخازن نگهداري سوخت مايع و ١اسکلت هواپيما، موتورها، لوازم يدکي. گيرد قرار ميبا استفاده از . اي آلومينيم در اين صنايع هستندهايي از کاربرده ها، نمونه اکسيدکننده

. توان مقاومت به خوردگي آلياژهاي آلومينيم را افزايش داد ، مي٢کاري و يا آندايزينگ روکشقرار ) دار هاي نمک خصوصاً محيط(هاي خارجي هواپيما که در معرض اتمسفر محيط قسمت . شوند دار ساخته مي گيرند، معموالً از آلياژهاي روکش مي

آلياژهاي آلومينيم از لحاظ نسبت استحکام به وزن، بر فوالد برتري دارند اما از اين لحاظ، از نظر معيار مدول االستيک، آلياژهاي آلومينيم از فوالد . تر از آلياژهاي تيتانيم هستند ضعيف

ره تالش البته رقابت ميان مواد نزديک است و طراحان هواپيما هموا. و تيتانيم بهتر هستندکنند به سطح باالتري از مقاومت به خستگي، چقرمگي شکست و مقاومت به خوردگي مي

.اي دست يابند تنشي و خوردگي پوستهبه جز آلياژهايي که به طور خاص براي کاربردهاي مافوق صوتي مورد استفاده قرار

يکي از اين . داردگيرند، دو گروه اصلي آلياژ آلومينيم جهت کاربرد در هواپيما وجود مي% ۵/۳ کشف شد و حاوي ۱۹۱۱سختي شده است که در سال ها شامل آلياژهاي رسوب گروه

آلياژهاي اين . منيزيم و مقدار ناچيزي سيليسيم به عنوان يک ناخالصي مهم بود% ۵/۰مس، . گيرند قرار ميxxx۲اين آلياژها در سري . شوند شناخته مي٣دسته به عنوان دورآلومين

گروه ديگر . است۲۰۲۴ترين آلياژ اين سري که درصد منيزيم بااليي نيز دارد، آلياژ مهمترين آلياژهاي هستند که به عنوان مستحکمAl-Zn-Mg-Cuآلياژهاي آلومينيم، آلياژهاي

قرارxxx۷ق استاندارد آمريکايي، اين آلياژها در سري ـطب. دـونـش يـته مـناخـينيم شـومـآل 1-Spare 2-Anodizing 3- Duralumin

٢٥ اي بر فلزات و آلياژهاي هوايي مقدمه

. است۷۰۷۵ترين آلياژ اين گروه، آلياژ مهم. گيرند مي اخير، تالش بر اين بوده که استحکام ي آلياژهاي آلومينيم در طول چند دههي در توسعه

البته . ترين خاصيت نيست استاتيک اين آلياژها افزايش داده شود، اما اين خاصيت لزوماً مهم انجام شده روي آلياژ نبايد به استحکام استاتيک باال همواره مطلوب است و هرگونه عمليات

اما بيشترين تحقيقات بر روي آلياژهاي هواپيما . قيمت کاهش قابل توجه اين خاصيت باشدبه منظور افزايش چقرمگي، مقاومت به خستگي و مقاومت به خوردگي آنهاست، حتي اگر

. بهبود اين خواص تا حدي باعث کاهش استحکام شود براي Al-Zn-Mg-Cuام استاتيک باال، آلياژهاي مستحکم با توجه به نياز به استحک مورد بررسي قرار گرفتند، ۱۹۲۰اين آلياژها ابتدا در دهه . اند کاربرد در هواپيما توسعه يافته

هاي متالورژيکي، کاربرد اين مواد را به عنوان آلياژهاي هواپيما تا جنگ جهاني اما پيچيدگيهاي اين آلياژ از نظر مقاومت به خستگي آن نيز محدوديتحتي بعد از. دوم به تأخير انداخت

و خوردگي تنشي باعث شد که طراحان هواپيما براي مدتي از همان آلياژهاي قديمي سري xxx۲هاي بيشتر، آلياژهاي سري سپس با افزايش تحقيقات و پيشرفت. استفاده کنندxxx۷

و در ند نيز به طور کامل حذف نشدxxx۲البته آلياژهاي سري . کار گرفته شدند دوباره به . گيرند حال حاضر، هر دو گروه مورد استفاده قرار مي

کاربردهاي هوايي آلياژهاي آلومينيم‐۲‐۲

اسکلت هواپيما‐۱‐۲‐۲ي هواپيماها، آلياژ آلومينيم ي مورد استفاده در سازه ترين ماده در حال حاضر متداول

از ميان آلياژهاي آلومينيم نيز آلياژهاي ). ۱‐۲شكل (شود ي نيز ناميده م١است که آلياژ سبک ). ۲‐۲شكل ( هواپيما دارند ي بيشترين كاربرد را در بدنهxxx۷ و xxx۲گروه

در . اي بين شش تا هشت برابر استحکام آلومينيم خالص است استحکام آلياژهاي سازهيم کشف شد که با استفاده هايي براي ساخت آلياژهاي آلومين زمان جنگ جهاني اول، روش

ها تاکنون تغييرات هاي هواپيما امکان پذير گرديد و اين طرح ها طراحي سازه از اين روشترين فاکتور طراحي براي مهندسين طراح هواپيما، در حال حاضر، مهم. اند اندکي داشته

. گيرد ر قرار ميتخابي است که البته استحکام مناسب نيز همواره مد نظـي ان ادهـي مـبکـس 1- Light Alloy

آلياژهاي هوايي آلومينيم: فصل دوم ٢٦

روند تغييرات استفاده از مواد مختلف براي کاربردهاي هوايي طي دهه هاي گذشته‐۱‐۲شکل

در اسکلت هواپيماي عموميxxx۷ و xxx۲ کاربرد آلياژهاي آلومينيم سري ‐ ۲‐۲شکل

کند و گرچه وزن آن يک سوم فوالد آلياژ سبک از لحاظ استحکام کششي ضعيف عمل مياي براي اجزاي سازه. اما استحکام کششي آن نيز يک سوم استحکام فوالدهاستاست،

٢٧ اي بر فلزات و آلياژهاي هوايي مقدمه

آلياژهاي . ، بهتر است از مواد حجيم استفاده شود١ها ديگر مثل اجزاي خمشي و بستترين مزاياي آلياژهاي آلومينيم به مهم. آلومينيم براي چنين کاربردهايي مناسب هستند

:امل موارد زير استاي در هواپيما ش عنوان مواد سازهاي آلومينيم سبک است و براي توليد اجزاي تحت خمش يا فشار که بخش عمده‐

.دهد، مناسب است ي هر نوع هواپيما را تشکيل مي از سازه .هاي مورد نظر توليد نمود توان به شکل آلومينيم را به راحتي مي‐ . آلومينيم قابليت کارپذيري مناسبي دارد‐

متأسفانه . يب آلياژهاي آلومينيم در اين نوع کاربردها، خستگي استترين ع مهمهاي خمشي ها، تنش هاي هواپيما با افزايش و کاهش مداوم فشار کابين طبيعت سازه

هاي توليد شده در اثر تر از همه، تنش ها و مهم هاي شديد بال ايجاد شده در اثر تکانملي هستند که مشکل خستگي را تشديد هاي بالگرد، عوا هاي موتور يا پره لرزشتوان تا حدي اين هاي مجاز اعمالي به هر جزء مي با محدود کردن تنش. کنند مي

ي تنش حد خستگي براي اغلب آلياژهاي آلومينيم در محدوده. مشکل را برطرف نمودton/in2۱۰ب هاي باالتر را انتخا قرار دارد و طراحاني که آلياژهاي نوردي تحت تنش

گيرد، مورد کنند، بايد تعداد چرخه هاي خستگي را که ماده در معرض آن قرار مي مي .توجه دقيق قرار دهند

دهد که آلياژهاي آلومينيم نسبت به ساير فلزات در نتايج تحقيقات متعدد نشان ميي استفاده از آلياژهاي آلومينيم در همچنين در زمينه. تر هستند برابر خستگي حساس

ي هواپيما در هايي وجود دارد، زيرا پوسته پيماهاي مافوق صوت محدوديتهوابه . رسد که تأثير بسيار مخربي بر استحکام ماده دارد هاي باال به دماهايي مي سرعت

. همين علت نيز در هواپيماي کنکورد از آلياژ آلومينيم استفاده نشده است

موتور هواپيما‐۲‐۲‐۲ آلياژهاي ريختگي آلومينيم وجود دارد، اما اين آلياژها با کاربردهاي زيادي براي

آلومينيم ريختگي . اي مناسب نيستند پذيري کم، به عنوان مواد سازه توجه به انعطافاي در موتورهاي متناوب به عنوان محل اتصال ميل لنگ و پيستون به طور گسترده

1-Fitting

آلياژهاي هوايي آلومينيم: فصل دوم ٢٨

١اس که در ستون موتورهاهاي حس برخي از انواع بست. گيرد مورد استفاده قرار مي .شوند گيرند نيز از آلومينيم ريختگي ساخته مي مورد استفاده قرار مي

ي فرود ارابه‐۳‐۲‐۲ترين طور که قبالً اشاره شد، آلومينيم چگالي پاييني دارد و اين ويژگي مهم همان

ما و هواپيي کارگيري در مقاطع نازک پوسته عامل انتخاب آلياژهاي آلومينيم جهت بهي ها و ارابه اما بايد توجه داشت که در برخي کاربردها مثل اجزاي چرخ. بالگرد است

فرود و تا حدي در موتورها، موادي با باالترين چگالي مثل فوالدهاي فوق مستحکم . گيرند تا حجم اشغال شده توسط قطعات به حداقل برسد مورد استفاده قرار مي

براي ساخت اجزاي ۷۴AZ و ۷۷L ،۵۱۲۰، ۷۰۷۵، ۷۰۵۰تاکنون از آلياژهاي فصل (۲‐۱استحکام اين آلياژها در جدول . ي فرود هواپيماها استفاده شده است ارابه نيز با ۸۵T‐۸۰۹۱ و ۸۳T‐۲۰۹۰ از نوع ليتيم‐آلياژهاي آلومينيم. آورده شد) اول

اي اي شدن، در ساخت برخي اجز توجه به استحکام باال و مقاومت در برابر پوستهطورکلّي، آلياژهاي آلومينيم در حال حاضر براي شوند، اما به کار برده مي ي فرود به ارابه

.اند ي فرود هواپيماهاي بزرگ تا حد زيادي کنار گذاشته شده ساخت ارابه

آلياژهاي نوردي آلومينيم‐۳‐۲دهي ورق و ميله اي آلومينيم نوردي حين اعمال نيرو در جهت شکل ساختار دانه

کار اي در ساخت هواپيما به آلومينيم نوردي که به طور گسترده. شود فشرده مياغلب . شود رود، به دو نوع عمليات حرارتي پذير و عمليات حرارتي ناپذير تقسيم مي مي

. اند مليات حرارتي پذير ساخته شدهاي هواپيما از آلياژهاي آلومينيم ع اجزاي سازه

xxx۱ آلياژهاي سري ‐۱‐۳‐۲داراي مقاومت به خوردگي عالي، هدايت حرارتي و % ۹۹آلومينيم با خلوص بيش از

همچنين با . الکتريکي باال، خواص مکانيکي پايين و قابليت کارپذيري بسيار خوب است . توان استحکام آن را تا حدي بهبود بخشيد اعمال کرنش مي

1-Engine Pylons

٢٩ اي بر فلزات و آلياژهاي هوايي مقدمه

يات حرارتي ناپذير در ترين آلياژهاي آلومينيم عمل يکي از متداول۱۱۰۰آلياژ . آمده است۱‐۲ترکيب شيميايي اين آلياژ در جدول . ساخت هواپيما است

۱۱۰۰ ترکيب شيميايي آلياژ ‐ ۱‐ ۲جدول

ساير عناصر

Be* Zn Mn Cu Si+Fe Al سيستمUNS

آلياژ

۱۵/۰ ۰۰۰۸/۰ ۱/۰ ۰۵/۰ ۱۳/۰ ۱ ۹۹ ۹۱۱۰۰A ۱۱۰۰

فقط براي سيم پرکننده و الکترود جوشکاري*

در دماي ) کارسرد (Hشده و تمپر استحکام نسبتاً پاييني در شرايط آنيل۱۱۰۰آلياژ هاي کم قطر تحت اين آلياژ براي ساخت لوله. دهد اتاق و دماي پايين از خود نشان مي

همچنين در کاربردهايي که . رود کار مي فشار پايين، پرچ ها و برخي اجزاي موتور به و مقاومت به خوردگي خوب و در شرايطي که استحکام باال دهي نياز به قابليت شکل

مورد ... ، ورق فلزي، اجزاي توخالي و تاب دار و ١مورد نياز نباشد، مثل تجهيزات ذخيره . گيرد استفاده قرار مي

روند و کار مي هاي اوليه به هاي عمليات حرارتي ناپذير به ندرت در سازه پرچشوند که استحکام، جزء بيشتر در مناطقي استفاده ميهايي از جنس اين آلياژ، پرچ

.خواص مطرح ماده نباشد

xxx۲ آلياژهاي سري ‐۲‐۳‐۲ است و اغلب منيزيم به xxx۲ترين عنصر آلياژي در آلياژهاي سري مس مهم

اين آلياژها عمليات حرارتي پذيرند و براي . شود عنوان عنصر آلياژي دوم افزوده ميدر حالت عمليات . نه نياز به عمليات حرارتي محلولي دارندرسيدن به خواص بهي

شده، خواص مکانيکي اين آلياژها مشابه يا حتي بهتر از فوالدهاي کم کربن محلوليدر برخي از انواع آلياژهاي اين دسته، عمليات پيرسازي نيز مورد استفاده قرار . استاين عمليات استحکام . يابد ميگيرد که در اين حالت خواص مکانيکي باز هم بهبود مي

1-Storage Equipments

آلياژهاي هوايي آلومينيم: فصل دوم ٣٠

کند، اما تأثير قابل توجهي بر پذيري را کم مي دهد و انعطاف تسليم را افزايش مي .استحکام کششي ندارد

زماني که عمليات پيرسازي آلياژهاي آلومينيم ابداع شد، تغيير خواص مشاهده شخص شد که با اما بعدها م. شده تنها مربوط به پيرسازي معمولي در دماي اتاق بود

اين . توان به استحکام بسيار باالتري دست يافت پيرسازي مصنوعي در دماي باال نيز ميدر آلياژهاي . شود تفاوت ها در استحکام، مسلماً باعث تغيير در ساير خواص نيز مي

پذيري مناسب بوده و مقاومت به خستگي نيز براي معمولي، انعطافي پيرسازي شدهاما اين آلياژها در برابر خوردگي تنشي و خوردگي . يم نسبتاً خوب استيک آلياژ آلومين

، آلياژ در برابر هر دو نوع ۸T و ۶Tدر عوض، در تمپرهاي . اي حساس هستند پوسته، تغيير )۲۰۲۴مثالً در آلياژ (در صورت حضور سيليسيم در آلياژ . خوردگي مقاوم است

. در خواص مشهودتر استبه . گيرد نيز در معرض خوردگي تنشي قرار مي۶T در شرايط تمپر ۲۰۱۴متأسفانه آلياژ

عموماً در شرايط پيرسازي مصنوعي مورد xxx۲جز اين حالت خاص، آلياژهاي سري تنها آيد، نه دست مي اما استحکام بيشتر که با پيرسازي مصنوعي به. گيرند استفاده قرار مي

ه ممکن است استحکام خستگي را نيز کاهش ندارد، بلک بر افزايش استحکام خستگي را دري چقرمگي شکست نيز وجود دارد، زيرا اين خاصيت در حضور همين موارد در زمينه. دهد

ممکن است از عناصر افزوده شده ء کند و برخي از اين اجزا اجزاي فاز ثانويه کاهش پيدا مي که براي مدت ۲۰۲۴هاي بنابراين، ورق. براي پير سخت نمودن آلياژ به وجود آمده باشند

هاي با زمان پيرسازي اند، چقرمگي بيشتري نسبت به ورق زمان کمي پيرسازي شده . دهند نشان مي) با همان استحکام(تر طوالني

پيرسازي شده طبيعي، xxx۲در مورد مقاومت به خستگي، چقرمگي شکست آلياژهاي بنابراين، نکات مربوط به . تندتر از انواع مشابه پيرسازي شده به صورت مصنوعي هسهب

انتخاب مواد با توجه به در تناقض بودن مقاومت به خوردگي و خواص مکانيکي، پيچيده . دست آيد خواهد شد و تالش بر اين است که شرايط بهينه اي از اين خواص به

مقاومت به خوردگي کمتري نسبت به ساير آلياژهاي xxx۲آلياژهاي سري . اي شوند دانه تحت شرايط خاص ممکن است دچار خوردگي بينآلومينيم دارند و