Wytrzymały stal nierdzewna stosowana w aplikacjach lotniczych

Zwykle określamy wytrzymałość na rozciąganie wyższą niż 800 MPa, wytrzymałość plastyczną wyższą niż 500 MPa – to stal nierdzewna o wysokiej wytrzymałości, a wytrzymałość plastyczna wyższą niż 1380 MPa – to stal nierdzewna o wysokiej wytrzymałości. Rozwój przemysłu lotniczego wykazał, że poprawa parametrów statków powietrznych i silników lotniczych w dużej mierze zależy od materiałów metalowych. Ze względu na wysoką wytrzymałość, wysoką twardość, wysoką odporność na korozję w wysokim stresie oraz dobrą odporność na uderzenia stal jest nadal stosowana w niektórych kluczowych elementach konstrukcyjnych samolotów, takich jak skrzydła lądowania, belki, połączenia o wysokim naprężeniu, elementy mocujące i inne elementy ze stali nierdzewnej o wysokiej wytrzymałości.

Wysokowydajny stal nierdzewna obejmuje głównie stal nierdzewną twardą utlenianiem Martensita oraz stal nierdzewną twardą utlenianiem pół-Austenitowego. Siła stali twardej utlenianiem Martensita osiąga się poprzez transformację Martensitu i proces utwardzania utlenianiem, przewaga polega na wysokiej wytrzymałości, przy tym ze względu na niską zawartość węgla, wysoką zawartość chromu, wysoką zawartość molibdenu oraz/lub wysoką zawartość miedzi, jej odporność na korozję jest zazwyczaj nie mniejsza niż stal nierdzewna austenityczna o wzorze 18Cr-8Ni; odporność na cięcie, dobra zdolność spawalnicza, nie wymaga lokalnego odżelowania po spawaniu, proces obróbki cieplnej jest stosunkowo prosty. Główną wadą jest to, że nawet w stanie odżelowanym struktura stalowej powłoki nadal jest twarda martensyt, co utrudnia głębokie obróbkę w postaci formowania w zimnej postaci. Typowym gatunkiem stali jest 17-4PH a PH13-8Mo, stosowana do produkcji wysokowydajnych odpornych na korozję elementów łożysk, takich jak części łożysk silników, elementy mocujące itp., działających w temperaturze 400 °C. PH13-8Mo jest szeroko stosowana w konstrukcyjnych elementach łożyskach lotniczych o wysokiej odporności na korozję w temperaturze średniej.

Półaustenityczna stali nierdzewna utwardzona przez obróbkę płaską może być obrabiana, deformowana w chłodzie i spawana w stanie austenitycznym, a następnie transformacja martensitu i utwardzenie przez obróbkę płaską można kontrolować poprzez dostosowanie warunków starzenia w celu uzyskania różnych właściwości wytrzymałościowych i koordynacji wytrzymałości na rozciąganie. Stal ta charakteryzuje się dobrą odpornością na korozję i wytrzymałością termiczną, zwłaszcza odpornością na korozję naprężeniową, a jest szczególnie odpowiednia do produkcji części o temperaturze pracy poniżej 540 °C. Wady to złożony proces obróbki cieplnej, bardzo precyzyjne wymagania dotyczące kontroli temperatury obróbki cieplnej (±5 °C); tendencja utwardzania w pracy jest duża, a do głębokiego obróbki w warunkach chłodzenia często wymagane jest wiele przeróbek międzyoperacyjnych. Typowe gatunki to: 17-7PHPH15-7Mo itp. Ten rodzaj stali jest stosowany głównie w przemyśle lotniczym do pracy w temperaturze poniżej 400°C w środowisku korozyjnym, np. w wszelkiego rodzaju rurach, połączeniach rurowych, sprężynach, elementach mocujących itp.

 

Zawieszenie samolotu

Materiały użyte do produkcji skrzynki startowej samolotu to 30CrMnSiNi2A, 4340, 300M, Aermet100 oraz inne skrzynki startowe i elementy mocujące dla samolotów, których wymagania są wyższe, są w większości wykonane ze stali nierdzewnej hartowanej przez obróbkę cieplną, np.: 17-4PH do układu prowadzenia samolotów F-15 – 15-5pH, do układu prowadzenia samolotów B-767 – PH13-8mo stal ma potencjał zastąpić 17-4PH 15-5PH, 17-7PH, PH15-7Mo oraz inne stopy ze względu na lepszą odporność na korozję naprężeniową niż stali nierdzewnej hartowana przez utwardzenie opadowe o tej samej klasie.

Samolot niosący

Niemiecka firma FAG opracowała stal nierdzewną z dodatkiem azotu Cronidur30 (0,C-0,N-15% Cr-L %Mo), produkowaną metodą PESR (elektrożarzeniowe odbarwianie) w atmosferze wysokiego ciśnienia azotu. Jest to stal nierdzewna o wysokiej temperaturze, całkowicie hartowana azotem, co czyni ją bardziej odporną na korozję niż stal SS440. Nie nadaje się do zastosowań o dużym współczynniku rozszerzalności cieplnej (D: średnica wewnętrzna wału/mm, N: liczba obrotów wału/min/rozmiar wału) ze względu na jej charakterystyczny typ pełnego hartowania; ta sama stal Cronidur30 może jednocześnie spełniać wymagania dotyczące pozostałego naprężenia ściskającego i wytrzymałości na pęknięcia w zakresie DN4 milionów przy zastosowaniu wysokiej częstotliwości hartowania. Temperatura temperowania jest jednak niższa niż 150°C, co uniemożliwia utrzymanie wysokiej temperatury wału po wyłączeniu silnika.

Samoloty z elementami konstrukcyjnymi

Wysokowydajna stal nierdzewna w konstrukcji łożysków samolotów jest głównie 15-5PH, 17-4PH, PH13-8Mo itp., w tym zamek pokrywy pokładu pasażerskiego, śruby o wysokiej wytrzymałości, sprężyny i inne części. Samoloty cywilne używają takiego wysokowydajnego stali nierdzewnej do konstrukcji skrzydła, np. stali 15-5PH do konstrukcji skrzydła Boeinga 737-600; stal typu A340-300 z serii PH13-8Mo. Stali Ph13-8Mo stosowana jest w częściach wymagających wysokiej wytrzymałości i odporności na ściskanie, zwłaszcza w przypadku siłowych właściwości poprzecznych, takich jak ramy kadłuba. W ostatnim czasie stal Custom465 została przetestowana ze względu na zwiększoną wytrzymałość i odporność na korozję naprężeńową. Stali Custom465 opracowano przez Carpenter na podstawie stalów Custom450 i Custom455 do produkcji prowadnic klap, prowadnic płatów, przekładni, wsporników silników itp. Obecnie stal ta jest uwzględniona w specyfikacjach technicznych MMPDS-02, AMS5936 i ASTM A564. HSL180 – stal nierdzewna o wysokiej wytrzymałości (0.21C-12.5Cr-1.0Ni-15.5Co-2.0Mo) jest używana do produkcji konstrukcji samolotu, która ma taką samą wytrzymałość 1800 MPa jak stal niskooklejniana, taka jak 4340, oraz taką samą odporność na korozję i wytrzymałość jak stal nierdzewna hartowana przez utwardzenie opadowe, taka jak SUS630.