Az anyagválasztás mindig a jellemző igénybevétel, tömeg, költség, üzemeltethetőség és gyárhatóság kérdése.
Egy repülőn a fáradásos törés esetén game-over van, ezt megtanulta mindenki a Comet-ek kapcsán.
- A 2198-as Al ötvözet 10 millió ciklust kibír 98%-os valószínűséggel 240MPa feszültség-amplitúdó mellett, hegesztett kötésben, kb. 2800km/m^3 sűrűséggel. Szakítószilárdsága valahol 380MPa.
- normálisan hegesztett nagyszilárdságú acél, mondjuk DOMEX 700MC AWI-val hegesztve nagyjából 200MPa feszültség-amplitúdót visel el 98%-os valószínűséggel 10 millió ciklusra nézve. A szakítószilárdsága valahol 900MPa és a sűrűsége 7860kg/m^3
A fáradásos igénybevételnél
a statikus anyagjellemzők (keménység, szakítószilárdásg, folyáshatár) már nem érnek semmit.
- Ti6Al4V esetén a 10 millió ciklus esetén 98%-os valószínűséggel valahol 350-400MPa.
Jobb anyagok meg per pillanat nincsenek a fenti feltételnek megfelelően. Sok fejlesztés megy, de valahol mindig oda jutnak vissza, hogy a régivel van üzemeltetési tapasztalat.
Csak két példa:
- Az Airbus beleölt egy valog pénzt abba, hogy a szegecselt alumínium szerkezetet elhagyja a szárnyakon lévő szerelőnyilásoknál (wing access panel - jobb fordítás nem jutott eszembe...) Az elképzelés az volt, hogy szuperplasztikus alakítással és diffúziós hegesztéssel gyártanak ilyen egységeket egyben - titánból. A diffúziós hegesztés azt jelenti, hogy vákuumkamrában összenyomod a két lemezt x MPa nyomással, felmelegíted az olvadáspont 80%-ára, így tartod az anyagot kb. 40-50 órán át. A kötést a külső elektronok hozzák létre. Nincs hegesztőanyag, minimális hőbevitel, nincs élelőkészítés és egy komplex rácsos szerkezet egyszerre hegesztődik meg. Az Airbus titánnal ettől azt várta, hogy kimaradna a szegecsélés meg úgy 40%-al könnyebb lehetne a szerkezet. Elég jó eredményeket értek ezzel a módszerrel a titán esetében. Logikus volt a feltételezés, hogy akkor vigyük át ez alumíniumra - elvégre az alumínium a fő szerkezeti elem! Rengeteg pénzt, időt és erőforrást öltek bele. Milliárdos tételről van szó. Minden selejt lett, amit gyártottak. Ugyanezt eljátszották az Eurofighter kacsaszárnyainál is.
Miért: Mert elfelejtettek egy apróságot:
- a titán esetében a titán-dioxid "kifelé" megy a kötésből, míg az alumínium esetében az alumínium-oxid "befelé". A titán esetében emiatt kitűnő mechanikai tulajdonságok vanna, az alumínium esetében meg selejt.
- nem tettek le erről, ezért futottak még egy kört, az alumínium+titán kombóval, holott minden kezdő hegesztő tudja, hogy ez nem egy. A titán olvadáspontja úgy 1700 Celsius, míg az alumíniumé valahol 620 Celsius. Már csak a hőmérsékletkülönbség miatt sem megy... Most az volt az elképzelés, hogy akkor dörzshegesztenek. Fogják a két anyagot, egymásra teszik, majd egy korongot nyomnak rá - mindkét lemez rendesen be van fogva és a korongot kezdik el nagy sebességgel forgatni és lassan előre vezetni. A súrlódásból hő keletkezik és a nyomással kombinálva majd az "összedolgozza" a két anyagot. Az eredmény szintén gond. Legtöbbször szétrepedt középen, ha meg nem repedt el, akkor a gyengébb alumínium szilárdságának a 25%-át kapták vissza húzásra, nyírásra meg 40MPa volt a legjobb eredmény. Ezek mind statikus vizsgálatok voltak, fárasztásig el sem jutottak. Ezzel szemben a szegecselés úgy indul, hogy az alumínium teljes fárasztási szilárdsága adott.
Miért: Mert még egy apró dologra nem figyeltek a tisztelt mérnökurak:
- A titán sűrűsége 4,5g/cm^3, a titán-dioxid sűrűsége 4,23g/cm^3. Vagyis a hegesztésnél a titán-dioxid feljön a hegfürdő tetejére és a fürdő áramlása miatt kimegy salakba
- az alumínium sűrűsége kb. 2,8-31g/cm^3, míg az alumínium-oxid sűrűsége 3,95g/cm^3, így az oxid belesüllyed az ömledékbe és mivel 2000 fokon már szilárd, szinte kettévágja a még olvadt alumínium-titán olvadékot...Ha meg nem, akkor beékelődik a varratba és éles bemetszés.
Ez a kirándulás az európai repülőgépgyártásnak egy valog pénzbe, pár évbe került...
Másrészt az autók sem lettek könnyebb, hiába a TRIP- meg a TWIP acél.
