2024 알루미늄 합금: 속성, 처리 & 응용

1. 소개

2024 알루미늄 합금.

높은 강도를 좋은 피로 저항성을 결합함으로써, 항공 우주에서 중요한 역할을합니다, 방어, 고성능 응용 프로그램.

1940 년대에 개발되었습니다, 2024 항공기 날개 스킨에 대한 선택의 합금이되었습니다., 동체 프레임, 및 구조적 구성 요소.

이 기사에서, 우리는 기계적 성능을 조사합니다, 야금 적 행동, 부식 저항, 제조 과정, 및 실제 응용 프로그램 2024 알류미늄.

2. 화학적 구성 2024 알류미늄

2024 알류미늄 합금은에 속합니다 al -with -mg -mn 가족, 각 요소가 정확한 야금 역할을 수행합니다. 전형적인 구성은 다음과 같이 분해됩니다:

3. 주요 변형 및 열처리

• 2024-T3: 솔루션 처리, 냉담한, 그리고 자연스럽게 노화되었습니다. uts ≈를 제공합니다 470 MPA 및 YS ≈ 325 MPA.
• 2024-T351: T3과 유사하지만 스트레스 관련 스트레칭이 있습니다, 시트 및 플레이트의 치수 안정성 향상.
• 2024-T4: 솔루션이 처리되고 자연적으로 노화됩니다; uts는 ≈로 떨어집니다 435 MPA이지만 더 나은 형성성을 유지합니다.
• 2024-T851: 솔루션 처리, 스트레스 관련, 인위적으로 노화되었습니다; 힘의 균형 (uts ≈ 460 MPA) 각질 제거 부식에 대한 저항력이 뛰어납니다.

4. 물리적, 기계적 특성 2024 알류미늄

2024 알루미늄은 경량의 탁월한 균형을 제공합니다, 열 성능, 그리고 높은 강도.

물리적 특성 2024 알류미늄

방 온도 기계적 특성

피로 성능과 균열 성장 행동

완전히 반전 된 굽힘 아래 (r = –1), 2024-T3은 대략 지구력 한계를 나타냅니다 160 MPA 10 ° 사이클에서.

피로 균열 성장률은 파리 법률 지수를 따릅니다. 3.0–3.5, 응력 강도 범위에 대한 적당한 민감도를 나타냅니다.

표면 근처에서 샷 페인 닝 또는 차가운 작업은 피로 한계를 높일 수 있습니다. 10–20%, 만들기 2024 주기적으로로드 된 항공기 스킨 및 회전 구조에 적합합니다.

고온 안정성 및 크리프 저항

하지만 2024 더 많은 것을 유지합니다 90% a 100 ° C 노출 100 시간, 위에 부드러워지기 시작합니다 120–150 ° C.

~에 150 ° C, 크리프 속도는 지속적인 부하에서 측정 가능합니다. 130 ° C.

따라서 엔지니어는 예약합니다 2024 주변 온도에서 온도 적용, 다른 합금을 선택하는 동안 (예를 들어, 6061 또는 7075) 또는 더운 서비스를위한 스테인리스 강.

5. 부식 행동 및 표면 보호

하지만 2024 건조한 공기의 일반적인 부식에 저항합니다, 해양 또는 산성 조건에서 구덩이와 편파 공격으로 고통받습니다..

합금의 높은 구리 함량은 노화 동안 입자 경계에서 집중됩니다., 현지 부식을위한 사이트 생성. 이 위험을 완화합니다, 엔지니어가 적용됩니다:

• 양극화: 10–20 µm 두께의 Allool 층을 생성합니다, 장벽 보호 향상 및 식별을위한 염색 허용.
• 클래딩 (Alclad): 얇은 층을 결합합니다 (5–10%) 순수한 알루미늄 2024 시트는 항공 우주 피부의 부식 저항을 극적으로 향상시킵니다.
• 변환 코팅: 크로메이트 또는 비 chromate 스프레이는 프라이머 및 페인트 전에 표면을 통행.

6. 제조 및 가공 가능성 2024 알루미늄 합금

2024 스트레스가 많은 응용 분야의 알루미늄 합금의 유용성은 다양한 제조 공정에 대한 적응성에 달려 있습니다.,

성능은 신중하게 형성을 제어해야하지만, 열처리, 및 가공 매개 변수.

형성 및 단조 특성

콜드 형성 행동

• 성질 의존성 연성:

• • ~ 안에 T3/T4/T351 성사, 합금은 중간 정도의 강도로 인해 우수한 냉간 형성성을 나타냅니다. (인장 강도 ~ 470–525 MPa) 그리고 높은 신장 (10–12%).
    그것은 쉽게 스탬핑을받습니다, 굽힘, 롤 형성, 그리고 스트레치 형성, 날개 스킨 또는 동체 패널과 같은 복잡한 항공 우주 구성 요소에 이상적.
  • T851 성미, 하지만, 유의하게 형성 가능합니다 (신장 6-8%) 인공 노화로 인한 경도 증가로 인해.
    이 상태에서 냉간 작업은 균열이 발생할 위험이 있으며 연성을 향상시키기 위해 100–150 ° C로 예열해야합니다..

• 작업 경화 속도: 2024 합금은 중간 정도의 작업 지수를 나타냅니다 (n ≈ 0.15–0.20), 변형 중에 점차적으로 뻣뻣 해집니다.
  중간 어닐링 (3001-2 시간 동안 –350 ° C) 다단계 형성이 연성을 회복하고 내부 응력을 줄이려면 필요할 수 있습니다..

뜨거운 형성과 단조

• 단조 온도 범위: 최적의 단조가 발생합니다 350–450 ° C, 합금의 흐름 응력이 감소하는 곳 (≈50–100 MPa) 곡물 성장은 최소화됩니다.
  예열은 200–250 ° C로 사망하여 열 충격을 줄이고 재료 흐름을 향상시킵니다..
• 미세 구조 제어: 거친 곡물 형성을 피하기 위해 포스트 포스트 냉각 속도를 제어해야합니다..
  빠른 공기 냉각은 대부분의 응용 분야에서 일반적입니다, 냉각 속도가 느리지 만 후속 균질화가 필요할 수 있습니다 (4904-8 시간 동안 –520 ° C) 잔류 분리를 용해시키고 기계적 균일 성을 향상시킵니다.
• 응용 프로그램 예: 고강도 항공 우주 용서 (예를 들어, 랜딩 기어 구성 요소) 종종 T851 테일을 사용합니다 2024,
  스트레스 경로를 따라 곡물 흐름을 정렬하도록 최적화 된 단조 공정., 피로 저항성 향상.

가공 가능성

2024 알루미늄 합금은 평가되었습니다 가공 가능성에 공정합니다 (가공 성 지수 ≈ 40–50, 어디 100 = 자유 절단 황동), 성능의 영향을받는 성능으로, 압형, 그리고 절단 매개 변수.

주요 도전

• 절단 중 작업 하급: 합금은 최첨단에서 작업을하는 경향이 있습니다, 특히 T851 Temper, 피드와 속도가 차선책 인 경우 공구 마모로 이어집니다..
• 칩 용접 (구축 된 에지): 부드러운, T3/T4 유혹의 연성 매트릭스는 공구 표면을 준수 할 수 있습니다., 표면 거칠기와 공구 고장을 유발합니다.
• 열 감도: 높은 구리 함량은 열전도율을 증가시킵니다 (121 w/m · k), 그러나 절단 구역의 농축 열은 냉각수가 충분하지 않으면 도구 수명을 여전히 저하시킬 수 있습니다..

표면 마감

• 올바르게 조정 된 매개 변수가 달성 할 수 있습니다 ra ≤ 1.6 μm T3/T4 TEMPERS에서, T851은 더 미세한 사료를 필요로 할 수 있습니다 (≤0.15 mm/rev) 더 높은 경도로 인해이 마감 처리.

제모 후 열처리 및 스트레스 완화

• 형성된 구성 요소: T3/T4 성사에서 형성된 부품은 종종 겪습니다 안정화 어닐링 (12024-48 시간 동안 –150 ° C) 잔류 응력을 줄이고 스트레스 성상 균열을 방지하기 위해.
• 단조 부품: 단조 및 가공 후, T851 테일 커 형 구성 요소가 필요합니다 솔루션 열처리 (4951-2 시간 동안 –505 ° C),
  담금질, 인공 노화 (19012-16 시간 동안 ° C) 피크 강도를 달성합니다.

7. ~이다 2024 용접에 좋은 알루미늄?

용접 2024 도전을 제기합니다. 구리 함량이 높으면 용접 전역 강도가 줄어들고 열적 위험을 증가시킵니다..

가스 (gtaw) 또는 가스 금속 아크 용접 (간이) ~와 함께 2319 또는 4043 필러 합금이 결합 될 수 있습니다 2024,

그러나 설계자는 일반적으로 기계적 고정 또는 접착제 결합에 유리한 구조 용접을 피합니다..

필요할 때, 예열 100 ° C 그리고 지배적 인 인공 노화 (T8x 성질) 까지 복원하는 데 도움이됩니다 80% 기본 금속 강도.

8. 응용 프로그램 2024 알루미늄 합금

그만큼 2024 알루미늄 합금

예외적 인 피로 저항으로 인해, 적당한 형성성, 그리고 높은 강도 대 중량비.

항공 우주 산업

2024-T3 및 T351은 항공기 제조의 스테이플입니다, 특히:

• 날개 스킨 & 동체 구조: 높은 피로 저항성과 양호한 성형 성이 만듭니다 2024 대형에 이상적입니다, 날개 스킨과 같은 얇은 벽 섹션, 동체 프레임, 그리고 갈비.
• 벌크 헤드와 스트링거: 긴 서비스 수명에 걸쳐 고강도 및 순환 적재에 대한 강도와 저항이 필요한 구성 요소.
• 랜딩 장비 용어 (T851): T851 성질, 탁월한 강도와 스트레스-성분 저항으로, 랜딩 기어 빔과 같은 단조 부품에 사용됩니다., 액추에이터, 그리고 경첩.

자동차 및 모터 스포츠

부식 민감도로 인해 대량 생산 차량에 널리 사용되지는 않지만, 2024 틈새 시장에서 사용됩니다:

• 모터 스포츠 섀시 및 서스펜션 암: 속도와 기동성에 최대 강도 대량 비율이 필수적인 경우.
• 맞춤형 성능 부분: 레이싱 급 바퀴, 스트럿 바, 그리고 크로스 멤버.

산업 및 구조 장비

2024 합금은 고 부하에 적용됩니다, 피로가 발생하기 쉬운 산업 구성 요소, 포함:

• 유압 및 공압 피팅
• 로드 베어링 커넥터 및 패스너
• 브리지 구성 요소 및 기계적 연계

사용은 일반적으로 표면 보호가있는 응용 분야로 제한됩니다. (클래딩 또는 코팅을 통해) 부식 노출을 완화 할 수 있습니다.

다른 특수 용도

• 로봇 공학 및 자동화 시스템: 고속 로봇 어셈블리의 경량 구조 암 및 엔드 효과.
• 고성능 자전거와 스포츠 용품: 경주 자전거의 프레임과 중요한 조인트, 특히 동적 하중이 강한 곳.

9. 장단점 2024 알루미늄 합금

2024 알루미늄 합금, 특히 열처리 형태로 (T3, T4, T351, T851),

고강도와 피로 저항의 균형 잡힌 조합을 제공합니다., 구조 응용 프로그램에 대한 선택의 자료로 만듭니다.

장점 2024 알류미늄

높은 강도 대 중량비

• 가장 강한 알루미늄 합금 중, 특히 T3 및 T851 성사에서, 인장 강도는 470–505 MPa에 도달합니다.
• 항공 우주 및 운송 응용 분야에서 상당한 무게를 절약 할 수 있습니다.

우수한 피로 저항

• 주기적 하중 조건에서 다른 많은 알루미늄 등급보다 우수합니다..
• 반복적 인 응력을받은 구성 요소에 이상적입니다, 항공기 날개 및 자동차 서스펜션 시스템과 같은.

좋은 가공 가능성

• 좋은 공정한 등급, 특히 T3 및 T4 성미에서.
• 일관된 칩 형성을 생성하고 적절한 툴링으로 밀접한 공차를 허용합니다..

어닐링 또는 T3/T4 조건에서의 적당한 형성성

• 스트레치 형성 될 수 있습니다, 롤 포맷, 그리고 좋은 정확도로 찍혔습니다.
• 항공기 스킨 및 프레임의 복잡한 공기 역학적 형태에 유용합니다..

열처리를 통한 강화 된 특성

• 광범위한 성교를 통해 설계자는 강도를 조정할 수 있습니다, 연성, 그리고 부식 저항.
• 인공 노화 (T851) 대형 응용 프로그램의 기계적 성능을 향상시킵니다.

입증 된 항공 우주 유산

• 중요한 항공 우주 구조에서 수십 년간 성공적인 사용으로 성능과 신뢰성을 검증합니다..

단점 2024 알류미늄

불쌍한 내식성

• 특히 해양 및 촉촉한 환경에서 편도 및 구덩이 부식에 취약하다.
• 보호 클래딩이 필요합니다, 양극화, 또는 장기 내구성을위한 변환 코팅.

제한된 용접 가능성

• 열면 영향 구역에서 균열 균열 및 기계적 특성 손실로 인한 융합 용접에 권장되지 않습니다..
• 기계적 고정 또는 마찰 교반 용접이 선호됩니다.

고강도 성미의 작업 성이 낮아집니다

• T851과 같은 성사는 감소하는 동안 연성과 균열 위험이 높아짐에 따라.
• 예열 또는 중간 어닐링이 필요할 수 있습니다.

가공 중 열 감도

• 높은 구리 함량은 절단 가장자리에서 빠른 열 축적으로 이어집니다., 적절한 냉각없이 도구 수명을 저하시킬 수 있습니다.

스트레스 부식 균열에 대한 감수성 (SCC)

• 부식성 환경에서 지속적인 인장 스트레스 하의 구성 요소는 스트레스가 적절하게 연결되지 않는 한 SCC를 경험할 수 있습니다..

일반적인 합금에 대한 비용

• 보다 비싸다 6061 또는 5052 구리 합금 및 열처리 요구 사항으로 인한 알루미늄.

10. 다른 AL -CU 합금 및 경쟁사와 비교

2024 알루미늄 합금은 강도와 ​​피로 저항으로 널리 알려져 있습니다., 그러나 그것은 독립적으로 존재하지 않습니다.

비교 테이블: 2024 알루미늄 대. 경쟁 자료

11. 결론

2024 알루미늄 합금은 고강도를 결합합니다, 피로 지구력, 가벼운 구조, 항공 우주와 방어에서 필수 불가결하게 만듭니다.

그러나 부식에 대한 취약성 및 제한된 용접 가능성 수요 보호 코팅 및 대체 결합 방법.

엔지니어는 이러한 트레이드 오프를 비용 및 성능 요구 사항에 대비해야합니다..

차세대로서 Al -CU – MG 합금 및 첨가제 제조 발전,

개발자는 개선 할 것입니다 2024 알루미늄의 가계도 - 서비스 온도를 적극적으로 향상시킵니다, 부식 저항, 향후 고성능 응용 프로그램을위한 처리 가능성.

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FAQ

무엇인가요 2024 등급 알루미늄?

2024 알루미늄은 강도가 높습니다, Al-Cu – Mg – Mn 패밀리에서 열처리 가능한 단봉 합금. 일반적으로 3.8–4.9를 포함합니다 % Cu, 1.2–1.8 % MG 및 0.3–0.9 % MN, 균형 Al.

T3 또는 T351 성사에서, 그것은 약 470–505 MPa와 우수한 피로 저항을 제공합니다.,

항공 우주 피부의 메인 스테이로 만듭니다, 동체 프레임, 및 기타 구조적 구성 요소.

~이다 2024 알루미늄보다 강한 알루미늄 6061?

예. 동등한 성교에서 (예를 들어. T6 6061 및 T3 2024), 2024인장 강도 (~ 470 MPa) 6061-T6을 크게 초과합니다 (~ 310 MPa).

하지만, 6061 더 나은 부식 저항을 제공합니다, 용접 성, 그리고 형성성, 따라서 엔지니어는 최대 강도 또는 처리의 용이성이 가장 중요한지 여부에 따라 이들 중에서 선택합니다..

무엇입니까 2024 알루미늄 항공기?

많은 상업 및 군용 항공기가 통합되어 있습니다 2024 임계 하중 부유 패널의 합금.

예를 들어, 보잉 737 및 Airbus A320 시리즈는 날개 스킨에 2024-T3/T351을 사용합니다, 동체 프레임, 그리고 벌크 헤드.

전투기 제트기 (예를 들어, F-16) 또한 고용하십시오 2024 피로 수명이 중요한 구조적 갈비와 접근 패널에서.

차이점은 무엇입니까? 2024 그리고 7075 알류미늄?

• 구성: 2024 Al – CU – MG – MN 합금입니다 (≈4 % Cu), 반면 7075 Al – Zn – MG – CU 합금입니다 (≈5-6 % Zn).
• 힘: 7075-T6은 ~ 540–580 MPa UT에 도달합니다, 2024-T3의 ~ 470 MPa보다 높습니다.
• 피로 & 강인함: 2024 일반적으로 더 나은 골절 강인성과 피로 균열 성장 저항을 보여줍니다.
• 부식 & 용접 성: 용접하지 않습니다, 하지만 7075 각질 제거가 발생하기 쉽습니다; 2024 종종 Alclad 또는 코팅을받습니다.
• 형성 가능성: 2024 (T3/T4) 보다 쉽게 ​​형성됩니다 7075, 굽힘 중에 균열이 발생합니다.