8/10/2019 Estructuras en Aeronautica

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TRABAJO DE INVESTIGACION

ndice

1 Objetivo

2 Justificacin

3 Desarrollo de la investigacion

Alecciones de aluminio para resistencia a altas temperaturas

Alecciones de aluminio de alta resistencia

Alecciones de materiales compuestos para resistencia a altas temperaturas

Alecciones de materiales compuestos de alta resistencia

4 Anlisis

5 Conclusiones

6 Bibliografa

Objetivo

El objetivo del trabajo es realizar un estudio sobre el aluminio y los materiales

compuestos, para poder observar cuales son los materiales con los cuales estos se alan

para formar mejores materiales y de caractersticas muy diferentes a lo que sera un

material en bruto, es decir sin ningn tratamiento ya sea trmico o cualquier otro.

Justificacin

Considerando que el presente trabajo es de carcter prctico a un nivel descriptivo,

pretende con sus resultados la identificacin de los materiales usados en la industria

aeronutica y las caractersticas propias del material.

Desarrollo de la investigacin

Alecciones de aluminio para resistencia a altas temperaturas

El aluminio y sus aleaciones ocupan desde hace ms de 30 aos un lugar destacado en

la industria del transporte y la automocin, pues el material cuenta con caractersticas

especiales de alta dureza, ligereza, resistencia mecnica y conductividad trmica, entre

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otras, indispensables para la creacin de aeronaves, siendo esta, una de sus aplicaciones

ms importantes en la actualidad.

La industria aeronutica es muy dinmica en investigacin, y el desarrollo de nuevos

materiales metlicos para este sector no constituye una excepcin, especialmente en lo

que se refiere al aluminio.

Entre otras muchas cosas, es preciso desarrollar materiales metlicos ligeros y

resistentes a temperaturas relativamente altas.

Las aleaciones de aluminio son obtenidas a partir de la combinacin de este metal con

otros elementos (cobre, magnesio, zinc, silicio, manganeso, etc.) que mejoran sus

propiedades mecnicas, pues al ser este un material maleable y dctil, necesita mejorar

su resistencia mecnica y en algunas aplicaciones optimizar aspectos como la dureza.

Etas aleaciones, a partir de 100-150 C, estas aleaciones se degradan rpidamente.

Propiedades mecnicas, y entre ellas el lmite elstico (YS) de las principales aleaciones

de aluminio para aeronutica disminuyen muy rpidamente a partir de 100-150 C,

incluida la aleacin 7075 (Al-Zn-Mg-Cu) en estado T6, que es una de las de mayor

resistencia a TA y la ms utilizada en construccin aeronutica. Por encima de estas

temperaturas y hasta 450 C hay que recurrir a las aleaciones de titanio (densidad 4.400-

4.600 kg nr3) y a temperaturas an ms altas a los aceros, a las superaleaciones y a los

compuestos intermetlicos, de densidad muy superior. Dado el alto precio y la escasez

del titanio es muy importante el desarrollo de aleaciones de aluminio que puedan utilizarse

con garantas por encima de 100 C.

La puesta a punto de aleaciones de aluminio que puedan utilizarse en el intervalo de

temperaturas de 100 a 350 C (0,4-0,67 Tf, donde Tf = 933 K es la temperatura de fusin

del aluminio puro) presenta varias ventajas respecto a las de titanio: a) reduccin del

precio del material y del coste de fabricacin; b) reduccin de la masa de las piezas y, en

consecuencia, cuando son piezas giratorias, reduccin del momento de inercia, y c)

reduccin del consumo de titanio considerado material estratgico.

Un objetivo para su posible utilizacin sera conseguir aleaciones de aluminio que,

despus de tratadas 1.000 h a la temperatura de servicio, entre 100 y 350 C, tuvieran

igual lmite elstico especfico que la aleacin T-4A1-6V con el mismo tratamiento.

Para la produccin de estos materiales es preciso recurrir a tcnicas de solidificacin

rpida (SR) y de pulvimetalurgia. Esto, sin embargo, no constituye un obstculo

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econmico para su desarrollo ya que el precio del producto final es, an as, inferior al del

mismo producto realizado con aleaciones de titanio.

Los estudios publicados sobre estos materiales se refieren esencialmente a las

aleaciones Al-Fe-X (X = Ce, Co, Cr, Mn, Mo, Ni, Ti, V, Zr, Y y sus combinaciones) y, de

forma ms limitada, a las aleaciones Al-Cr-X (X = Ce, Co, Mn, Ni, Si, Ti, V, Zr), Al-Mn-X (X

= Ce, Co, Fe, Ni, Zr) y Al-Zr-X (X = Cr, Ti, V).

Las aplicaciones industriales para altas temperaturas de los materiales de base aluminio

se encuentran principalmente en la industria aeronutica: rotores de compresin de

turbinas de gas, vlvulas, crteres, alerones, piezas de misiles o fuselajes de aviones que

han de volar a altas velocidades (Mach 2 3), as como tubos de conduccin de aire

caliente en sistemas para eliminar el hielo de las alas y de las barquillas de aviones

subsnicos, etc.

Alecciones de aluminio de alta resistencia

Las impurezas fundamentales en el aluminio son el hierro y el silicio. Estos aumentan la

dureza del aluminio, pero disminuyen a la vez la plasticidad y resistencia a la corrosin. El

aluminio puro se lamina fcilmente hasta hojas muy delgadas, se puede estampar y

prensar. La resistencia y dureza del aluminio se puede elevar por deformacin en fro.

Dureza: la mayora de las veces se da en los materiales de aluminio la dureza Brinell, a

causa de la sencillez de su determinacin. los valores de la dureza Brinell se extienden

desde HB=15 para aluminio pursimo blando hasta casi HB=110 para AlZnMgCu 1,5

endurecido trmicamente, es decir, aleacin 7075.

Los valores de la dureza determinados por otros mtodos, como el Vickers o el de Knoop,

apenas tienen significado prctico en este metal. De vez en cuando se utiliza la

microdureza, una variante del mtodo Vickers, para determinar la dureza de capas

anodizadas.

Aleaciones de aluminio de alta dureza. La resistencia de estas aleaciones alcanza 50-52

kgf/mm2, pero tienen menor plasticidad que el duraluminio. Las aleaciones de aluminio dealta solidez, excepto el cobre y magnesio, contienen zinc.

Un representante de las aleaciones de aluminio de alta solidez es la aleacin V95 . Las

fases endurecedoras de la aleacin son MgZn2, las fases Al2Mg3Zn3 y Al2CuE8. Con el

aumento del contenido de zinc y magnesio la solidez de las aleaciones aumenta, pero la

plasticidad y resistencia a la corrosin disminuyen. Los aditivos de manganeso y cromo

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mejoran la resistencia a la corrosin y la solidez. La aleacin V95 se templa en agua a

495-475 C y se somete a envejecimiento artificial a 135-145 C durante 16 horas.

Un defecto de la aleacin es una sensibilidad elevada a corrosin de las piezas que se

encuentran bajo esfuerzos. La aleacin se emplea para construcciones sometidas a

esfuerzos (revestimiento, cuadernas, largueros de aviones, carcazas de esfuerzo de

construcciones estructurales remachadas, etc.).

Alecciones de materiales compuestos para resistencia a altas temperaturas

Los nuevos materiales constituyen, sin duda, uno de los pilares actuales de la

investigacin y de la ciencia a nivel mundial.

Se entiende por materiales compuestos aquellos formados por dos o ms materiales

distintos sin que se produzca reaccin qumica entre ellos.

En todo material compuesto se distinguen dos componentes:

- la MATRIZ, componente que se presenta en fase continua, actuando como ligante

- el REFUERZO, en fase discontinua, que es el elemento resistente.

Un aspecto relevante, para mejorar la resistencia a altas temperaturas de los materiales

compuestos, se refiere a la adicion fsica de cermicos.

. Esto ha dado pie al enorme desarrollo de las fibras cermicas, siendo las ms

empleadas como refuerzo las de B, Al2O3y SiC, y que entre sus numerosas ventajas secuentan: no se disuelven en la matriz, mantienen su resistencia a altas temperaturas,

tienen alto mdulo de elasticidad, no se oxidan y tienen baja densidad.

Material Compuesto formado por un material intermetlico de hierro-aluminio y

xido de aluminio

Este material presenta altas propiedades mecnicas, resistencia a las altas temperaturas,

a la corrosin y a la oxidacin y puede ser empleado para producir herramientas de corte

o matrices

La superficie de un freno hecho de un material compuesto en base a aluminio

reforzado por cristales de borato de magnesio wisker y partculas de material

cermico

Sus ventajas son su alta resistencia al desgaste, conductividad trmica, un excelente

comportamiento ante las altas temperaturas y un coeficiente de friccin estable.

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Material compuesto de zinc-aluminio reforzado con partculas de cermicas

El material compuesto de la siguiente patente tiene un excelente desempeo, incluyendo

alta resistencia, alta resistencia al desgaste, bajo coeficiente de expansin lineal y buen

desempeo ante las altas temperaturas.

Material compuesto cermico de xido de aluminio lining board

El material compuesto de almina conocido como lining board tiene entre sus

caractersticas resistencia a alta temperatura, antioxidante, elevada resistencia al

desgaste, retardador de fuego, bajo coeficiente de friccin, relativa alta resistencia y es

utilizable para uso en los campos de la industria mecnica, qumica y otras.

Entre los duro plsticos, tambin denominados RESINAS (todos ellos necesitan un

proceso de curado para alcanzar su estructura reticulada) encontramos los siguientes

tipos de materiales para matrices:

- EPOXIS, que son las de uso ms general en altas prestaciones, con una temperatura

mxima de uso en torno a los 170'.

- BISMALEIMIDAS (BMI), para altas temperaturas (hasta 250), utilizada, por ejemplo en

los bordes de ataque de las alas del Eurofighter-2000.

- POLlAMIDAS (P1), tambin para aplicaciones de altas temperaturas, en el entorno de

los 300.

Alecciones de materiales compuestos de alta resistencia

El material compuesto para mejorara sus cualidades de resistencia necesita:

Fibras.

Los principales tipos de fibras utilizados como refuerzo, en lo que al material que las

compone se refiere, son:

- FIBRAS DE VIDRIO, de gran resistencia a traccin, duras, resistentes al ataque qumico

y flexible.

- VIDRIO-S, para mayor resistencia y rigidez.

-FIBRAS DE CARBONO, de muy alta resistencia y rigidez, por la estructura cristalogrfica

del grafito.

Material compuesto cermico cuya base es el trixido de aluminio.

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Un material compuesto en base a almina con alta dureza y resistencia.

Material en base a aluminio reforzado con partculas cermicas en un nano material.

En el material compuesto, los granos del aluminio pueden ser menores que 100

nanmetros y de acuerdo a ello la dureza del material puede incrementarse hasta tres

veces la del material comn.

Anlisis

El trabajo realizado tuvo como resultado el aprendizaje de 2 de los materiales mas usados

en la industria aeronutica y sus usos especficos en ciertas areas de la aeronave, asi

como sus caractersticas debido a la combinacin de estos con diferentes materiales.

Conclusiones.

Las aleaciones Al-Cr-Zr obtenidas por mtodos de solidificacin rpida presentan laspropiedades mecnicas y la estabilidad trmica necesaria para su utilizacin en

aplicaciones industriales a temperaturas entre 100 y 300 C, lo que las convierte en

buenas candidatas para sustituir en este rango de temperaturas a aleaciones de titanio en

un futuro prximo.

Las aleaciones de aluminio para mejorar su dureza utilizan magnesio como aleante

principal. Las series que ocupan este rango de dureza tambin estn afectadas por los

tratamientos que reciben.

En los materiales compuestos se puede observar una gran variedad de combinaciones

para lograr diferentes propsitos.

Se ha comprobado cmo vara la dureza de un material compuesto en estado de

obtencin y despus de un tratamiento trmico, as como respecto al incremento del

volumen del reforzante.

bibliografia