Transbordador Columbia Materiales utilizados en el sector Aeroespacial

Materiales utilizados en el sector Aeroespacial

Objetivo.

Reconocer, identificar y conocer las propiedades de los materiales, es muy importante en el campo de la ingeniería, ya que son ellos los que aportan características de resistencia y estabilidad en lo que se diseña.

Sino se tuviera en cuenta las características de los materiales en los diseños y simplemente se construyera, existiría una amplia posibilidad de que fallaran las estructuras.

Introducción.

Presentaremos las principales aplicaciones de las estructuras en la industria aeroespacial.

Propiedades e los materiales utilizados en el sector Aeroespacial.

Se describirán las propiedades mecánicas, químicas y características físicas de los principales materiales utilizados en el sector aeroespacial.

• Aleaciones de Aluminio
  De los factores mas importantes para la sección de aluminio (Al) y de sus aleaciones en el sector aeroespacial se encuentran su elevada relación de la resistencia al peso, a la corrosión, conductividad térmica y eléctrica, flexibilidad, apariencia, facilidad de conformado y maquineabilidad.
  
  Para la designación de aleaciones del aluminio en bruto se identifican mediante 4 dígitos y una designación del temple mostrando el estado material.
  1xxx – Aluminio comercialmente puro
  2xxx – Aluminio – Cobre
  3xxx – Aluminio – Manganeso
  4xxx – Aluminio – Silicio
  5xxx – Aluminio – Magnesio
  6xxx – Aluminio – Manganeso – Silicio
  7xxx – Aluminio – Zinc
  
  (Temple: Es el enfriamiento rápido del metal que se hace por inmersión en agua fría. Es inmediatamente después del temple cuando las aleaciones son fácilmente deformables, por lo tanto para obtener la mayor tenacidad la velocidad del temple debe ser tres veces mas rápida que la velocidad critica del temple).
  (Maduración: Después del temple la solución solida sobresaturada esta en un estado metaestable. La vuelta al equilibrio, es decir la precipitación de los compuestos intermetálicos que provocan endurecimiento estructural).
  
• Subdivisión de los estados T: Tratamiento térmico, la aleación de aluminio esta seguida por:
  T3: Tratamiento térmico de solución, temple, acritud y madurado natural. Aplicado a productos que después de un tratamiento de solución 0o temple con el fin de mejorar su resistencia mecánica.
  T6: Indica que ha recibido un tratamiento térmico de solución temple y maduración artificial, con el fin de mejorar sus propiedades mecánicas, suele incluirse en este estado los productos que después del temple son sometidos a un aplanado o enderezado por tracción sin efecto sobre las propiedades mecánicas.
  
• Serie 2xxx
  El principal aleante de la seria es el cobre y se encuentra en valores comprendidos entre 1,9% y el 6.8%. Sus propiedades mecánicas son mejoras con el tratamiento térmico de solución y templado.
  
• Aluminio 2024T3
  Es una e las aleaciones mas utilizas en el sector aeroespacial en elementos de fijación (remaches, macizos, remaches high shear, remaches ciegos, tornillos ciegos, tornillos de 12 puntos, tornillos hexagonales, pernos, lockbolts, hi-lock, taper-lock, tuercas) capaces de concentrar cargas y transferirlas.
  
  Estos elementos poseen características como:
  -Resistencia a la corrosión.
  -Resistencia a la fatiga (Tracción y cortadura).
  -Permeabilidad magnética.
  
  Composición química.
  Silicio, Hierro, Cobre, Manganeso, Magnesio, Cromo, Zinc, Titanio
  
• Aluminio 2224T3
  Ha sido utilizado en el sector aeroespacial con el propósito de obtener mejores combinaciones de resistencia, ductilidad y tolerancia a choques.
  
  Composición química.
  Aluminio, Cromo, Cobre, Hierro, Magnesio, Manganeso, Silicio, Zinc.
  
• Aluminio 2014 T3 ALCLAD.
  Es resistente a la corrosión formada por superficies de aluminio de alta pureza ligada metalúrgicamente a un núcleo de aleación de aluminio de alta resistencia. Esta aleación de aluminio es usada como protección contra la corrosión en la fabricación de compartimientos para revestimientos de fuselaje.
  Es una aleación de aluminio (Al), Manganeso (Mn) y Magnesio (Mg) tratado a alta temperatura, que tiene en su superficie la resistencia a la corrosión del aluminio puro y la resistencia a la tracción de aleación en el interior.
  
  Composición química.
  Cromo, Cobre, Hierro, Magnesio, Manganesio, Silicio, Zinc
  
• Serie 6xxx.
  Los aluminios de esta serie son aleaciones e magnesio y silicio. Su proporción es .5% magnesio y .5% silicio, esta proporción permite obtener silicato de magnesio, lo cual hace posible tratar térmicamente esta aleación y así mejorando su resistencia mecánica.
  La razón por la cual se utilizan ambos elementos dentro de las aleaciones es porque el Magnesio (Mg) produce alta resistencia tras el conformado en frio y el Silicio (Si) combinado con el magnesio logra mayor resistencia mecánica.
  
• Aluminio 6061T6
  Esta aleación es utilizada en estructuras tubulares en la mayoría de aeronaves experimentales. Otras de sus aplicaciones son accesorios de aeronaves, pasadores de bisagras, pistones de freno y pistones hidráulicos. Este aluminio es ideal para trabajos con un buen acabado superficial, presenta facilidad de maquinado, posee excelentes características para soldadura fuerte y al arco, además de no ser toxico.
  Sus características le hacen ser un material propio para uniones y acepta distintos recubrimientos.
  Esta aleación puede ser templada inmediatamente a la salida de la prensa por enfriamiento al aire soplado o por una ducha de agua. Hacer dicho proceso presenta ventajas como.
  -Reduce el riesgo de formación de tamaño de grano en la zona cortical.
  -Se consiguen mejores características mecánicas, al conservar una textura no recristalizable.
  -Se evitan las deformaciones geométricas.
  Sin embargo las condiciones de temple en la prensa deben ser adaptadas a las temperaturas criticas de temple de las aleaciones, al espesor y a la geometría del producto.
  
  Composición química del aluminio 6061-T6
  Para asegurar la máxima eficiencia del aluminio, este cuenta con las siguientes especificaciones.
  Silicio Si, Hierro Fe, Cobre Cu, Magnesio Mg, Cromo Cr, Zinc Zn, Titanio Ti, Aluminio Al.
  
  Propiedades Mecánicas
  Dúctil, Ligero, Alta resistencia especialmente a a tensión, Resistencia a la corrosión, conductor, optima conformación con el frio.
  
• Serie 7xxx.
  Llamados Duroaluminio, los aluminios de esta serie poseen alta resistencia mecánica, este aluminio es un material apto para el mecanizado, sin embargo, no es un material adecuado para la soldadura por arco o fuerte/blando, no obstante puede llegar a soldarse por puntos.
  Los aluminios de esta serie son aleaciones que tienen un mayor porcentaje de Zinc y Magnesio, los cuales al combinarse entre si forman compuestos intermetalicos como el Magnesio de Zinc, aportando mayor dureza debido a su alta solubilidad de zinc y magnesio.
  Los aluminios de esta serie son probablemente los mas duros, sin embargo con el proceso de templado de solución temple y maduración artificial esta dureza tiende a reducirse. Su resistencia a la corrosión es baja si no se protege por una capa química o pintura.
  
• Aluminio 7075-T6.
  Este aluminio es utilizado en vigas, uniones de estructuras, así como en las estructuras mismas, en la fabricación de fuselajes de ala delta o del área militar, accesorios de aeronaves, engranajes, ejes, partes de misiles, tornillos, sin fin, es perfecto para áreas en donde es necesaria una alta resistencia, así como en la fabricación de moldes.
  
  Composición química.
  Silicio, Hierro, Cobre, Manganesio, Magnesio, Cromo, Zinc, Titanio.
  
  Propiedades mecánicas.
  El aluminio 7075-T6 es una aleación:
  -Alta resistencia mecánica.
  -Resistente a la corrosión.
  -Resistencia a la fatiga.
  -La relación resistencia-densidad es alta.
  Alta dureza.
  Alto índice de endurecimiento.
  
• Aluminio 7150-T6
  Esta aleación es la mas resistente de esta serie utilizada en el sector aeroespacial. Es una aleación con una tenacidad alta, lo que permite que se reemplace al aluminio 7075-T6 ya que cuenta con una resistencia de 6 a 10 Ksi mayor. Es una aleación que se puede tratar térmicamente, con el fin de aumentar su resistencia. Si resistencia a la corrosión es justa para sus aplicaciones.
  Esta aleación es utilizada en la piel de las alas en algunos aviones, en donde un material resistente a la fluencia es vital.
  
• Aleaciones de aluminio para fundición.
  
• ASTM B85
  Las aleaciones de aluminio para fundición están regidas bajo la norma ASTM B 179. Materiales puros, materiales reciclados y superaleaciones no hacen parte de las especificaciones de la B 179, pero pueden ser usada para hacer ese tipo de aleaciones.
  Esta norma no especifica aleaciones de aluminio para fundición utilizados en el sector aeroespacial.
  
• ASTM B26
  Esta norma cubre las aleaciones de aluminio para fundición excepto las que son para el sector aeronáutico.
  La composición química esta determinada de acuerdo a las especificaciones de los métodos de prueba. Se permite la adición de pequeñas cantidades de modificadores o elementos de refinación de grano en aleaciones para fundición, antes del modelo.
  Si se desea utilizar metales puros, metales reciclados y superaleaciones, se debe analizar la composición química y determinar si es posible.
  Si se cometen errores en la fundición, esta puede ser corregida únicamente por procesos tales como soldadura, impregnación, granallado o martilleo, entre otros.
  
• Aceros de bajo y medio carbono
  
• SAE 1025
  Presentan excelentes propiedades de maquineabilidad y soldabilidad, para su conformación responde favorablemente al tratamiento térmico y trabaja en frio.

El acero es una aleación de hierro y carbono, al cual se le adicionan variados elementos de aleación, los cuales le confieren propiedades mecánicas especificas para su diferente utilización en la industria, Los principales elementos de aleación son: Cromo, Tungsteno, Manganeso, Niquel, Vanadio, Cobalto, Molibdeno, Cobre, Azufre y Fosforo.
Los productos ferrosos con mas de 2.11% de carbono denominan fundiciones de hierro.
En este sector se usan para el motor, tren de aterrizaje y soportes.

Propiedades químicas.
Carbón, Manganeso, Fosforo, Azufre y Silicio.

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