Pièces en aluminium et en acier inoxydable pour application aérospatiale

Lors de la création de pièces pour des applications aérospatiales, de nombreux facteurs doivent être pris en compte, tels que la forme, le poids et la durabilité de la pièce. Ces facteurs affecteront la valeur de vol de l'avion. Pendant de nombreuses années, le matériau de choix pour les applications aérospatiales a été l'aluminium. Cependant, dans les avions à réaction modernes, il ne représente que 20 % de la structure.

Cependant, en raison de la demande d'avions légers, l'utilisation de matériaux composites tels que les polymères renforcés de carbone et les matériaux en nid d'abeille continue d'augmenter dans l'industrie aérospatiale moderne. Ces dernières années, les fabricants de l'aérospatiale ont commencé à étudier des alternatives à l'aluminium, dont l'acier inoxydable de qualité aérospatiale. L'utilisation de cet acier inoxydable dans les nouveaux composants d'avions a augmenté. Cet article expliquera l'utilisation et la différence entre l'aluminium et l'acier inoxydable dans les avions modernes.

Pièces en aluminium pour les applications aérospatiales

L'aluminium est un matériau relativement léger, pesant environ 2,7 g/cm3 (grammes par centimètre cube). Bien que l'aluminium soit plus léger et moins cher que l'acier inoxydable, l'aluminium n'est pas aussi solide et résistant à la corrosion que l'acier inoxydable. En termes de durabilité et de résistance, l'acier inoxydable est supérieur à l'aluminium.

Bien que l'utilisation de l'aluminium ait diminué dans de nombreux aspects de la production aérospatiale, l'aluminium est encore largement utilisé dans les avions modernes. Pour de nombreuses applications spécifiques, l'aluminium reste le matériau le plus solide et le plus léger. En raison de sa ductilité élevée, il est facile à traiter et il est relativement bon marché par rapport à de nombreux matériaux composites ou au titane. Il peut également être encore amélioré en l'alliant avec d'autres métaux (tels que le cuivre, le magnésium, le manganèse et le zinc) ou par un traitement à froid ou à chaud. Lorsque l'aluminium est exposé à l'air, les liaisons oxydes chimiques étroites isolent l'aluminium de l'environnement. Cette caractéristique le rend extrêmement résistant à la corrosion.

Les alliages d'aluminium les plus populaires utilisés dans la fabrication de pièces aérospatiales incluent :

• Alliage d'aluminium 7075 (aluminium/zinc)
• Alliage d'aluminium 7475-02 (aluminium/zinc/magnésium/silicium/chrome)
• Alliage d'aluminium 6061 (aluminium/magnésium/silicium)

Le 7075 est une combinaison d'aluminium et de zinc et est l'alliage le plus couramment utilisé dans les applications aérospatiales avec d'excellentes propriétés mécaniques, ductilité, résistance et résistance à la fatigue.

Le 7475-02 est une combinaison d'aluminium, de zinc, de silicium et de chrome, tandis que le 6061 contient de l'aluminium, du magnésium et du silicium. L'alliage requis dépend entièrement de l'application prévue de la pièce d'extrémité. Bien que de nombreuses pièces d'avion en aluminium soient purement décoratives, certaines pièces sont essentielles au fonctionnement de l'avion et doivent avoir des caractéristiques spécifiques.

Un type courant d'alliage d'aluminium utilisé dans l'industrie aérospatiale est l'aluminium-scandium. L'ajout de scandium à l'aluminium renforce la résistance du métal et sa capacité à résister à la chaleur. L'utilisation d'aluminium-scandium peut également augmenter le rendement énergétique. Comme il s'agit d'une alternative aux matériaux plus denses tels que l'acier et le titane, le remplacement de ceux-ci par de l'aluminium-scandium plus léger entraîne une réduction de poids qui, à son tour, améliore le rendement énergétique.

Pièces en acier inoxydable pour les applications aérospatiales

Dans l'industrie aérospatiale, l'acier inoxydable semble être un choix surprenant par rapport à l'aluminium. Bien que l'acier inoxydable ait un poids plus important, on a récemment constaté qu'il augmentait son utilisation dans les applications aérospatiales.

L'acier inoxydable fait référence à la famille des alliages à base de fer contenant au moins 11 % de chrome, qui est un composé qui empêche la corrosion du fer et offre une résistance à la chaleur. Différents types d'acier inoxydable comprennent les éléments azote, aluminium, silicium, soufre, titane, nickel, cuivre, sélénium, niobium et molybdène. Le type d'acier inoxydable a été classé et représenté par trois chiffres. Bien que l'acier inoxydable fréquemment utilisé ne représente qu'environ un dixième, il existe plus de 150 nuances d'acier inoxydable. De plus, l'acier inoxydable peut être façonné en plaques minces, plaques, barres, fils et tubes, ce qui le rend utile pour une variété d'applications. Il existe cinq principaux groupes d'acier inoxydable, principalement classés selon leur structure cristalline. Ces groupes sont les aciers inoxydables austénitiques, ferritiques, martensitiques, duplex et à durcissement par précipitation.

Comme mentionné ci-dessus, l'acier inoxydable est un alliage composé d'une combinaison d'acier et de chrome. La résistance de l'acier inoxydable est directement liée à la teneur en chrome de l'alliage. Plus la teneur en chrome est élevée, plus l'acier est résistant. Il a été constaté que l'utilisation d'alliages d'acier inoxydable augmentait dans les composants d'avions qui nécessitent une résistance élevée mais peuvent supporter l'augmentation du poids. L'acier inoxydable a une résistance élevée à la corrosion et aux températures élevées, ce qui le rend adapté à une gamme de composants aérospatiaux, y compris les actionneurs, les fixations et les composants de train d'atterrissage.

Avantages :

Bien que plus résistant que l'aluminium, l'acier inoxydable est généralement beaucoup plus lourd. Cependant, par rapport à l'aluminium, les pièces en acier inoxydable présentent deux avantages principaux :

L'acier inoxydable a une résistance élevée à la corrosion.

La résistance de l'acier inoxydable au trioxyde de fer est due à la présence de chrome dans l'alliage, qui forme un film de passivation pour protéger le matériau de la corrosion. Qu'il provienne des conditions atmosphériques ou des solvants chimiques, l'acier inoxydable a une grande résistance à la corrosion. Grâce à sa couche d'oxyde protectrice, l'acier inoxydable empêche l'oxydation et la corrosion. En fait, lorsqu'elle est exposée à l'oxygène, la membrane peut se réparer d'elle-même. La résistance à la corrosion et à la pollution, les faibles coûts de maintenance et la brillance familière font de l'acier inoxydable un matériau courant dans les applications nécessitant résistance et résistance à la corrosion.

L'acier inoxydable est plus solide et plus résistant à l'usure.

L'acier inoxydable a une résistance à la traction plus élevée que l'aluminium et peut mieux résister aux contraintes, aux vibrations, aux rayures, aux chocs et aux dommages. Par exemple, la résistance à la traction ultime de l'acier inoxydable de grade 304 est supérieure à celle de l'aluminium, à 505 MPa (73 200 psi) et 310 MPa (45 000 psi) respectivement.

Le module de cisaillement et le point de fusion de l'acier inoxydable sont également supérieurs à ceux de l'aluminium .

Ces caractéristiques sont essentielles pour de nombreuses pièces aérospatiales et font des pièces en acier inoxydable un choix polyvalent pour les applications aérospatiales.

Les autres avantages de l'acier inoxydable incluent son excellente résistance à la chaleur et au feu, son bel aspect brillant et ses excellentes qualités hygiéniques. L'acier inoxydable est également facile à fabriquer, ce qui est une considération importante lorsque toutes les pièces de l'avion doivent être soudées, usinées ou coupées selon des spécifications précises. Enfin, certains alliages d'acier inoxydable ont une résistance aux chocs extrêmement élevée, ce qui est un facteur important pour la sécurité et la durabilité des gros porteurs.

Conclusion

Au fil du temps, l'industrie aérospatiale est devenue de plus en plus diversifiée et les véhicules aérospatiaux modernes sont plus susceptibles d'être fabriqués avec un fuselage ou une cellule en acier inoxydable. Malgré leur prix plus élevé, ils sont également beaucoup plus résistants que l'aluminium et, selon la qualité utilisée, peuvent toujours offrir un excellent rapport résistance/poids.

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