بررسی کاربردهای فولاد ضد زنگ در صنعت هوافضا و هوانوردی

بدون شک هواپیما یا جنگنده‌ای که بر فراز آسمان در حال پرواز است را دیده‌اید. این هواپیما یا جنگنده با سرعت بسیار بالا در هوا در حال حرکت است و همین موضوع سبب می‌شود تا بدنه و سایر تجهیزات هواپیما یا جنگنده در معرض تنش و تغییر شکل‌های بسیار بزرگ و مداوم قرار بگیرند. به همین دلیل قطعات و بدنه هواپیما باید از ماده یا فلزی ساخته شوند که در برابر عوامل خارجی، از خود مقاومت نشان دهند و کارایی خود را حفظ کنند. در  صنعت هوافضا و هوانوردی از فولاد و فلزات متفاوتی استفاده می‌شود؛ اما فولادهای ضدزنگ به دلیل مقاومت بالا در برابر خوردگی و استحکام مطلوب در دماهای مختلف، در این صنایع بیشتر از سایر فلزات کاربرد دارند. در ادامه علاوه بر مقایسه صنعت هوافضا و هوانوردی، به کاربردهای فولاد ضدزنگ (استنلس استیل) در این صنایع نیز می‌پردازیم.

مقایسه صنعت هوافضا و هوانوردی

صنعت هوافضا به مجموع صنایعی گفته می‌شود که کارکنان آن در زمینه طراحی، ساخت، فروش و آزمایش بالگردها، هواپیماها، جنگنده‌ها و... فعالیت دارند. اما صنعت هوانوردی به مکانیک و تحلیل پرواز در آسمان می‌پردازد (در واقع صنعت هوانوردی به دینامیک سازه توجه دارد و حرکت هواپیما و... در هوا را بررسی می‌کند).  بنابراین باید بین این دو لفظ تفاوت قائل شد؛ اما این نکته را نیز بدانید که در کلیت، این دو صنعت مکمل یکدیگرند.

چرا از فولاد ضدزنگ در صنعت هوافضا استفاده می‌شود؟

همان‌طور که گفته شد صنعت هوافضا به طراحی، ساخت و آزمایش بالگردها، هواپیماها و جنگنده‌ها می‌پردازد. از طرف دیگر هواپیمایی که در آسمان در حال پرواز است؛ تحت نیروها و تنش‌های مختلفی قرار می‌گیرد. به‌عنوان‌مثال نیروی دِرگ، جاذبه و مقاومت هوا مستقیماً به هواپیما وارد می‌شوند. همچنین تغییر دما در ارتفاعات بالا و کاهش فشار هوا نیز مسئله انتخاب بهترین فلز، برای ساخت قطعات و بدنه هواپیما را پیچیده‌تر می‌کنند (علاوه بر نیروهای وارد شده به هواپیما یا بالگرد، تغییرات دما و کاهش فشار نیز انتخاب بهترین فلز برای به‌کاربردن در ساخت بدنه و قطعات هواپیما را سخت‌تر می‌کنند). در واقع کسی که به‌عنوان مهندس هوافضا قصد دارد تا ماده مناسب به‌منظور ساخت قطعات و بدنه هواپیما را انتخاب کند؛ باید تمام جوانب را در نظر بگیرد و آزمایش‌های بسیار زیادی را انجام دهد.

پس از پژوهش‌های متوالی و آزمایش‌های فراوان، مهندسان به این نتیجه رسیدند که در بسیاری از قطعات هواپیما و همچنین در قسمت‌هایی از بدنه هواپیما فولاد ضدزنگ بهترین کارایی را دارد. چرا که فولاد ضدزنگ همان‌طور که می‌دانید از استحکام بسیار بالایی برخوردار است و در شرایط دمایی و فشاری مختلف نیز عملکرد خود را حفظ می‌کند. به همین دلیل از ورق استیل در ساخت قطعات مختلف هواپیما استفاده فراوانی می‌شود.

با وجود سنگین بودن فولاد ضدزنگ نسبت به آلومینیوم، چرا فولاد در صنعت هوانوردی نسبت به آلومینیوم پرکاربردتر است؟

به‌منظور انتخاب بهترین ماده برای ساخت قطعات و بدنه هواپیما، پارامتر وزن و چگالی فلز از اهمیت بالایی برخوردار است. چرا که سنگین بودن هواپیما مستلزم موتور قوی‌تر و بزرگ‌تر است. این موضوع نیز باعث افزایش هزینه‌های تولید می‌شود و برای شرکت سازنده مطلوب نیست. به همین دلیل از آلومینیوم در بدنه و قطعات هواپیما استفاده‌های گسترده‌ای می‌شود؛ اما استحکام و مقاومت آلومینیوم در برابر تنش و حرارت‌های بالا به‌اندازه فولاد ضدزنگ نیست (به همین دلیل در قسمت‌هایی از هواپیما یا جنگنده که استحکام اهمیت بیشتری دارد؛ از فولاد ضدزنگ استفاده می‌شود). به عنوان مثال در رینگ‌های کلکتور هواپیما، از لوله استیل استفاده می‌شود تا علاوه بر وزن نسبتاً مناسب آن، استحکام قطعه نیز تضمین شود.

چرا از گریدهای مختلف فولاد ضد زنگ در تجهیزات هواپیما استفاده می‌شود و گرید 304 در صنایع هوافضا و هوانوردی چه کاربردهایی دارد؟

در واقع فلز آلومینیوم از فولاد ضدزنگ یا استیل سبک‌تر است و از نظر وزنی نسبت به فولاد ضدزنگ، اولویت بیشتری برای استفاده در صنعت هوافضا و هوانوردی دارد. اما بسیاری از مهندسان پارامتر وزن را در این زمینه کنار می‌گذارند و به دلیل استحکام بالاتر و مقاومت بیشتر فولاد ضدزنگ (نسبت به آلومینیوم) در محیط‌های نامطلوب، از این فلز (فولاد ضدزنگ) استفاده می‌کنند. یکی از مطلوب‌ترین و پرکاربردترین گریدهای فولاد ضدزنگ در صنایع هوافضا و هوانوردی، فولاد ضدزنگ گرید 304 است که به دلیل جوشکاری آسان، ماشین‌کاری مطلوب، مقاومت بالا در برابر خوردگی و استحکام کافی، در قسمت‌های مختلف و همچنین قطعات متنوع هواپیما استفاده می‌شوند و کاربرد دارند.

گریدهای سری 300 استیل، به دلیل وجود کروم بالا در ترکیبات آن، تا دمای 870 درجه سانتی‌گراد را تحمل می‌کنند. این گرید به استیل نسوز نیز شهرت دارد. ورق استیل 310 قدرت تحمل دمایی تا 1150 درجه‌سانتی‌گراد در حرارت پیوسته و تا 1040 سانتی‌گراد در حرارت متناوب را داراست. به همین دلیل در ساخت قطعات هواپیما به ویژه موتور هواپیما نقش اساسی دارد.

کاربردهای فولاد ضدزنگ گرید 321 در صنعت هوافضا و هوانوردی چیست؟

یکی دیگر از گریدهای پر کاربرد فولاد ضدزنگ در صنایع هوافضا و هوانوردی استیل 321 است. فولاد ضدزنگ گرید 321 در بازه دمایی 800 الی 1500 درجه فارنهایت (427  الی 815.5 درجه سانتی‌گراد) می‌تواند عملکرد خود را حفظ کند و در برابر اکسیداسیون نیز می‌تواند تا درجه حرارت 1500 درجه فارنهایت (815.5 درجه سانتی‌گراد) از خود مقاومت نشان دهد. ماشین‌کاری و مقاومت این آلیاژ در دماهای بسیار بالا نیز در حد مطلوب قرار می‌گیرد و هیچ‌گونه تغییری در این گونه ویژگی‌ها ایجاد نمی‌شود (در واقع افزایش دما عملکرد و خواص فولاد را تحت‌الشعاع خود قرار نمی‌دهد). 

فولاد ضدزنگ گرید 321 در قطعات مختلف موتور، خروجی‌های موتور، منیفولدها، فلنج‌ها و... هواپیما و جنگنده‌ها کاربرد دارد.

کاربرد فولاد گرید 316 در تجهیزات و وسایل هواپیما

فولاد ضدزنگ گرید 316 نیز یکی دیگر از فولادهای پرکاربرد در صنعت هوافضا و هوانوردی است. این فلز به دلیل داشتن عنصر مولیبدن، در برابر خوردگی مقاومت بسیار بالایی از خود نشان می‌دهد و کارایی خود را در برابر دماهای بالا (تا 1598 درجه فارنهایت) و همچنین در برابر اسیدهایی همچون سولفوریک اسید و فسفریک اسید حفظ می‌کند. در واقع این فولاد با عنصر مولیبدن تقویت شده است تا در برابر خوردگی و آسیب‌دیدن از خود مقاومت نشان دهند.

کاربردهای استنلس استیل صنعت هوافضا

• سیلندر و پیستون عمل‌کننده
• بست‌های اتصال دهنده
• اجزای ارابه فرود
• میله کنترل هواپیما
• سیستم خروجی اگزوز
• بست‌های اتاقک خلبان

کاربردهای فولاد ضدزنگ در صنعت هوانوردی

موتور جت

مجرای اگزوز

فلنج‌ها

موتور پیستونی

منیفولد اگزوز

بست‌ها

فلاش تانک بخار

جمع‌بندی و نتیجه‌گیری

در بالا دربارة تفاوت‌های موجود بین صنایع هوانوردی و هوافضا، اهمیت فولاد ضدزنگ در این صنایع، کاربرد فولادهای مختلف در صنعت هوافضا و هوانوردی و... بحث کردیم. همچنین برخی از کاربردهای فولاد ضدزنگ را در صنایع هوافضا و هوانوردی نام بردیم. به این موضوع هم اشاره کردیم که اگرچه آلومینیوم نسبت به فولاد سبک‌تر است؛ اما به دلیل استحکام بالا، مقاومت بهتر در برابر خوردگی و دیگر ویژگی‌ها، از فولاد ضدزنگ (با وجود این که فولاد ضدزنگ سنگین‌تر از آلومینیوم است) در صنایع هوافضا و هوانوردی استفاده‌های فراوانی می‌شود.