UNIDAD VI: ALEACIONES LIGERAS

UNIDAD VI:

ALEACIONES LIGERAS

ALEACIONES PARA AERONAVES

El transporte aéreo para su construcción, utiliza diferentes materiales, principalmente aleaciones de aluminio entre otras., A través de la investigación en la documentación mas reciente, el presente trabajo pretende recoger de manera abreviada y concisa los conceptos mas importantes relacionados con su clasificación, aplicación y consumo en general y de esta manera tener presente la tendencia sobre la utilización de los materiales en la Industria aeronáutica.

El diseño de aeronaves requiere de materiales que cumplan las siguientes características:

• Excelente relación resistencia-peso.
• Costo
• Durables
• Tolerantes a los daños externos
• Resistencia a temperaturas sub-cero
• Ocasionalmente tolerancia a altas temperaturas, etc.

Se sabe que el material mas empleado son las aleaciones de aluminio debido a la gran resistencia que se desarrolla en estas por el fenómeno de endurecimiento por envejecido o precipitación, descubierto accidentalmente por Alfred Wilm en la Ciudad de Berlín  en 1906, y que debido a esto, se desarrollaron las aleaciones hoy conocidas como duraluminio y/o dural el que, inmediatamente se utilizo en Alemania para secciones estructurales de la aeronave, en principio, en 1919, para aprovechar su flexibilidad, así y a través del tiempo, las aleaciones de aluminio tratadas o trabajadas han sido los materiales de mayor aplicación en la construcción de las aeronaves, las cuales han estimulado el desarrollo de nuevas aleaciones., Así también la aplicación del magnesio y las aleaciones de titanio que ofrecen nuevas alternativas en su empleo donde se requieren nuevas propiedades.

ALEACIONES DE ALUMINIO.

El duraluminio fue el precursor de la serie 2XXX de aleaciones, incluyendo la 2014 y la 2024,  que son usadas actualmente. El otro grupo de aleación principal de aplicación aeronáutica es la serie 7XXX. Ambas clases se consideran junto con las aleaciones que contienen litio, últimas que han sido desarrolladas por su excelente relación resistencia-peso como una posible sustitución de materiales. El sistema para identificar a las aleaciones de aluminio como la designación  empleada para identificar a las aleaciones tratadas se puede observar en el esquema de la página subsecuente^[1]6 :

[pic 3]

Figura 50. Aleaciones de aluminio y sistemas para designación de tratamiento.^[2]7 

La selección de materiales para aplicaciones estructurales en aeronaves, dependen principalmente de una o varias prevenciones y algunos requerimientos de funcionalidad Un Ejemplo de estas y las nuevas aleaciones que se han utilizado en las aeronaves, se pueden observar en la siguiente tabla:

Tabla 20 .Aleaciones de aluminio utilizadas en una aeronave.

Por otra parte, para el Borde de ataque fijo (Fixed loading edge), Estabilizador vertical (Vertical stabilizer) y las. Vigas del piso (Floors beams), entre otras aleaciones, las propiedades mecánicas que deben reunir estas para su acertada funcionalidad, son las siguientes:

• Resistencia a la corrosión (CORROSION)
• Resistencia al esfuerzo en compresión, (CYS) (Compressive Yield Strength).
• Modulo de elasticidad (E) (Modulus).
• Resistencia a la fatiga.(FAT) (Fatigue)
• Requerimientos de diseño (no crítica), (Important, but not critical, design requirement).

• Desarrollo de fractura por fatiga, (FCG) (Fatigue Crack Growth).
• Resistencia a la fractura tenaz, (FT) (Fracture Toughness).
• Resistencia al corte, (SS) (Shear Strength).
• Resistencia a la tensión, (TS) (Tensile Strength).

Las zonas o áreas de la aeronave que requieren de  estas propiedades mecánicas son las siguientes:

La Aeronave común de pasajeros con la terminología empleada en cada uno de sus componentes, así como el porcentaje de los materiales estructurales utilizados se puede observar en la figura 51:

[pic 4]

Figura 51 .Propiedades requeridas en diferentes zonas estructurales para una aeronave de pasajeros.^[3]8 

En los últimos años, la industria del aluminio ha canalizado sus esfuerzos en una fuerte competitividad para buscar alternativas de nuevos materiales ligeros y mejorar la relación resistencia-peso, un ejemplo de esto, son los compuestos orgánicos de fibra reforzada.

A medianos de lo 80’s, se pronosticó que el contenido de aluminio en una aeronave de pasajeros disminuiría de un 80% a menos del 50% en una década, asimismo, también se pronosticaron cambios drásticos para las aeronaves militares. Sin embargo, la utilización de los materiales compuestos han sido menores a lo esperado, por ejemplo, en la reciente aeronave Boeing 777 se utiliza el 70% de aleaciones de aluminio en su estructura comparado con 78-81% en aeronaves anteriores. La situación es similar en las aeronaves Europeas.

Sobre aleaciones ligeras el alumno será capaz de describir los aspectos más importantes del aluminio que son los siguientes :

ALUMINIO.

• Estado natural.
• Propiedades Físicas.
• Obtención.
• Características Químicas.
• Características Mecánicas.
• Aleaciones de aluminio forjadas.
• Nomenclatura.
• Clasificación de las aleaciones de forja.
• Aleaciones de aluminio alclar.
• Tratamiento térmico de aleaciones de aluminio.
• Tratamiento térmico de remaches de aleaciones de aluminio.
• Recocido.
• Aleaciones endurecidas por deformación .
• Tratamiento térmico de lo anterior.
• Propiedades de trabajo.
• Formas que se obtienen en el mercado.
• Usos.

ESTADO NATURAL.

El aluminio no se encuentra nativo en la naturaleza, pero en combinación abunda muchisimo. Llega a forma el 7.85% de la corteza terrestre.

Los principales minerales son:

• El oxido de aluminio o alumina                        Al2O3
• El ortohidroxido o hidrarginita                        Al(OH)3
• El pirohidroxido o bauxita                                Al2O5H4
• El motohidroxido o diásporo                        AlO2H
• El fluoruro doble de aluminio y sodio o alunita        AlF3NuF
• El sulfato de aluminio y potasio o alunita                KAl(SO4)2

PROPIEDADES FÍSICAS: Es un metal blanco, algo azulado, muy ligero, tenaz, dúctil y maleable, conduce bien el calor y la electricidad. Su densidad es 2.6 cuando esta recocido 2.7 en estado agrio o en presencia de impurezas (fierro-cobre). Clasifica al aluminio entre los metales más ligeros. Peso atómico 26.97, calor especifico 0.22 conductividad térmico es 36 por eso es muy utilizado para utensilios de cocina. La conductividad eléctrica es 60%. Su resistividad es de 2.82μΩ por cm. Su temperatura de fusión es de 650ºC.

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