Avaliação do uso de ligas do sistema Al-Mg-Sc no setor aeroespacial

Abstract

Ligas do sistema Al-Mg-Sc são possíveis opções para utilização em aeronaves visando à redução do peso estrutural e consumo de combustíveis, devido à demanda de ligas metálicas avançadas com melhores propriedades, porém a um custo menos atrativo. Considerando o potencial de emprego dessas ligas na indústria aeroespacial nacional, o presente trabalho se propôs a avaliar o uso das ligas de alumínio Scalmalloy® utilizadas na planta da empresa Aleris em Koblenz na Alemanha em dois componentes de aeronaves: revestimentos das fuselagens e a longarina (stringer) das asas; e foram abordados os valores das propriedades desejadas para cada um desses componentes escolhidos. As propriedades mecânicas das ligas Scalmalloy® foram consultadas na ficha de dados da empresa Aleris dessa liga na forma de chapas finas para as ligas Scalmalloy® 5024 e 5028. Foram realizadas consultas às fichas de dados na literatura e posteriores comparações das propriedades mecânicas das ligas Scalmalloy® com as propriedades mecânicas das ligas, que são tradicionalmente utilizadas no setor aeroespacial, com o uso do software Cambridge Engineering Selector®. Assim, a partir dos diagramas de Ashby e das tabelas que compilam as propriedades e os índices de materiais das ligas em questão, pode-se ver que, para revestimentos de fuselagem, a liga do sistema Al-Mg-Sc AA5028-H116 possui o maior índice E1/3/ρ igual a 1,571 e o segundo maior índice δy1/2/ρ igual a 6,906 que só é inferior ao índice da AA7475-T7 igual a 8,220. Além disso, para longarinas das asas, a liga do sistema Al-Mg-Sc AA5028-H116, processável por Melt-Spinning, possui o maior índice E1/2/ρ igual a 3,19 e o maior índice δy2/3/ρ igual a 25,33, o que mostra a superioridade da AA5028-H116 perante às ligas remanescentes na fase final da seleção de materiais em relação às propriedades mecânicas envolvidas neles. Verificou-se que a AA5028-H116 pode substituir as ligas de alumínio AA2024-T3 e AA2524-T3 e perante à AA7475-T7 compete satisfatoriamente em termos da relação das propriedades mecânicas com a densidade, que são fabricadas em formato de chapas nos revestimentos de fuselagens, e com o processamento por Melt-Spinning tem potencial para substituir as ligas de alumínio AA7075-T6 e AA7475-T7, que são fabricadas em formato de chapas ou perfis extrudados utilizados nas longarinas das asas. Além disso, ao combinar alta resistência mecânica com excelentes ductilidade e processabilidade, pode ser considerado um material apropriado para uso em componentes que são submetidos a cargas elevadas e críticas de segurança, apesar do alto preço.

Alloys of the Al-Mg-Sc system are possible options for use in aircraft aiming to reduce structural weight and fuel consumption, due to the demand for advanced metal alloys with better properties, but at a less attractive cost. Considering the employment potential of these alloys in the national aerospace industry, the present work aimed to evaluate the use of Scalmalloy® aluminum alloys used in the Aleris plant in Koblenz, Germany in two aircraft components: fuselage skins and stringer of the wings and the values of desired properties for each of these chosen components were discussed. The mechanical properties of the Scalmalloy® alloys were consulted in the Aleris company datasheet of this alloy in the form of thin sheets for the Scalmalloy® alloys 5024 and 5028. Consultations were made to the data in the literature and subsequent comparisons of the mechanical properties of the Scalmalloy® alloys with the mechanical properties of the alloys, which are traditionally used in the aerospace sector, using Cambridge Engineering Selector®️ software. Thus, from the Ashby diagrams and tables that compile the properties and material indices of the alloys in question, it can be seen that, for fuselage skins, the system alloy Al-Mg-Sc AA5028-H116 has the highest E1/3/ ρ equals 1.571 and the second highest index δy1/2/ρ equals 6.906 which is only inferior to the AA7475-T7 index equal to 8,220. In addition, for wing spars, the alloy system Al-Mg-Sc AA5028-H116, processable by Melt-Spinning, has the highest index E1/2/ρ equal to 3.19 and the highest index δy2/3/ρ equal to 25.313, which shows the superiority of AA5028-H116 over the remaining alloys in the final stage of materials selection in relation to the mechanical properties involved in them. It was found that the AA5028-H116 can replace the aluminum alloys AA2024-T3 and AA2524-T3 and against the AA7475-T7 it competes satisfactorily in terms of the relationship of mechanical properties with density, which are manufactured in the form of plates in the fuselage skins, and with the processing by Melt-Spinning has the potencial to replace aluminum alloys AA7075-T6 and AA7475-T7, which are manufactured in the form of sheets or extruded profiles used in wing spars. Furthermore, by combining high mechanical strength with excellent ductility and processability, it can be considered an appropriate material for use in components that are subjected to high and safety-critical loads, despite the high price.