در قلمرو مواد ساختاری هوافضا، مواد فلزی همچنان به تسلط خود ادامه می دهند. کشورهای توسعه یافته ای مانند ایالات متحده، بریتانیا، آلمان و ژاپن در زمینه تحقیق، تولید، ارزیابی و کاربرد در جهان پیشتاز هستند و دارای سیستم های پیشرفته فناوری مواد و پایگاه های داده سیستماتیک گسترده هستند. آلیاژهای تیتانیوم، که به عنوان با ارزش ترین ماده فلزی استراتژیک قرن بیست و یکم شناخته می شوند، "ستون فقرات" ضروری برای پیشرفت هوانوردی و هوا فضا هستند.
با ورود هواپیماهای نظامی در سراسر جهان به دوران مافوق صوت در اواسط قرن-20، موتورهای جت رایج شدند و ساختارهای فولادی و آلومینیومی را منسوخ کردند. آلیاژهای تیتانیوم، با خواص استثنایی خود، به سرعت به عنوان یک ماده ساختاری اولیه در هوافضا ظاهر شدند. قابل توجه است که آلیاژهای تیتانیوم در حال حاضر سهم فزاینده ای از ساختارهای پیشرفته هواپیما را تشکیل می دهند که اغلب در موتورهای هوایی مدرن از 20 درصد فراتر می رود. با این حال، دشواری ذاتی آنها در پردازش، که منجر به سایش شدید ابزار، کیفیت پایین سطح، و هزینه های بالا می شود، چالش قابل توجهی را برای پذیرش گسترده آنها ایجاد می کند.
تحقیق در مورد مکانیسمهای سایش ابزار و کیفیت سطح در طول برش آلیاژ تیتانیوم، همراه با بهینهسازی پارامترهای برش، برای پیشرفت هوانوردی و هوافضا اهمیت زیادی دارد.
آلیاژهای با دمای بالا: ستون فقرات نیروی هوافضا
آلیاژهای با دمای بالا نقش مهمی در حمایت از توسعه موتورهای هوافضا دارند. چین پیشرفت قابل توجهی در توسعه سوپرآلیاژهای فرفورژه به دست آورده است و یک سیستم متکی به خود ایجاد کرده است. آلیاژهایی مانند GH4169 که در دمای کمتر از 650 درجه استفاده میشوند، بهبود مستمری در کیفیت متالورژی و استفاده داشتهاند و از تولید انبوه موتورهای هوانوردی نسل سوم پشتیبانی میکنند. نسلهای جدیدتری از آلیاژها که قادر به تحمل دما تا 750 درجه و بالاتر هستند، با موفقیت در موتورهای هوانوردی نسل چهارم و موتورهای توربوفن تجاری توسعه یافتهاند.
سوپرآلیاژهای ریختهگری، ماده اولیه برای تیغههای موتورهای هوایی، از هم محور به ساختارهای منجمد شده جهت دار و تک کریستالی تبدیل شدهاند و قابلیتهای دمایی آنها را افزایش میدهند. سوپرآلیاژهای متالورژی پودر، که با استحکام بالا، دمای عملیاتی بالا، و نرخ رشد ترک ناشی از خستگی کم مشخص میشوند، کاربرد گستردهای در دیسکهای توربین موتورهای هوایی پیشرفته پیدا کردهاند.
فولادهای با استحکام فوق العاده بالا: استحکام پشت سازه های هوافضا
فولادهای بسیار با استحکام، با قدرت تسلیم بیش از 1380 مگاپاسکال، در کاربردهای هوافضا و دفاعی حیاتی هستند. موادی مانند 300M و AerMet 100، با قدرت بیش از 1930 مگاپاسکال، معمولاً در ارابه های فرود هواپیما استفاده می شوند. فولادهای ماریجینگ مبتنی بر Fe-Ni، که به دلیل تعادل استثنایی استحکام و چقرمگی شهرت دارند، در شفت موتور و بدنه موتور موشک استفاده می شوند.
تحقیقات در مورد فولادهای فوق العاده با استحکام بر افزایش مقاومت آنها در برابر خوردگی تنشی متمرکز است. چین فولاد ضد زنگ 10Cr13Co13Mo5Ni3W1VE را توسعه داده است که حتی از استانداردهای بین المللی در استحکام و چقرمگی پیشی گرفته و کاربردهای امیدوارکننده ای در تجهیزات هوافضا دارد.
فولادهای کم چگالی و استحکام بالا، دارای محتوای آلومینیوم بالا و عناصر آستنیته کننده، با هدف کاهش وزن هواپیما در عین حفظ یکپارچگی ساختاری. DT510، یک مثال قابل توجه، دارای 13.4 درصد چگالی کمتر و 19.3 درصد استحکام تسلیم بالاتر در مقایسه با فولادهای معمولی است.
در نتیجه، مواد فلزی، به ویژه آلیاژهای تیتانیوم، آلیاژهای با دمای بالا، و فولادهای با مقاومت فوق العاده بالا، برای پیشرفت فناوری هوافضا ضروری هستند. تحقیقات و نوآوری های مداوم در این زمینه ها همچنان صنعت هوافضا را به سمت ارتفاعات جدید سوق خواهد داد.
