يتطلب إصلاح الطائرات العديد من المعادن المختلفة، هذا نتيجة للاحتياجات المتغيرة فيما يتعلق بالقوة والوزن والمتانة ومقاومة تدهور الهياكل أو الأجزاء المحددة، بالإضافة إلى ذلك، يلعب الشكل للمادة دورًا مهمًا وعند اختيار المواد لإصلاح الطائرات، يتم أخذ هذه العوامل بالإضافة إلى العديد من العوامل الأخرى في الاعتبار فيما يتعلق بالخصائص الميكانيكية والفيزيائية، من بين المواد الشائعة المستخدمة المعادن الحديدية. ينطبق مصطلح “حديدية” على مجموعة المعادن التي يكون الحديد مكونًا رئيسيًا لها.
أبرز مواد الطائرات واستخدامها
حديد Iron
إذا تمت إضافة الكربون إلى الحديد، بنسب تصل إلى حوالي 1 في المائة، فإن المنتج يتفوق بشكل كبير على الحديد وحده ويصنف على أنه صلب كربوني كما، يشكل الفولاذ الكربوني أساس سبائك الفولاذ التي يتم إنتاجها من خلال الجمع بين الفولاذ الكربوني والعناصر الأخرى المعروفة لتحسين خصائصه يسمى المعدن الأساسي مثل الحديد الذي أضيفت إليه كميات صغيرة من المعادن الأخرى سبيكة، تؤدي إضافة معادن أخرى إلى تغيير أو تحسين الخواص الكيميائية أو الفيزيائية للمعدن الأساسي لاستخدام معين.
الفولاذ الصلب وسبائك الفولاذ الصلب
لتسهيل مناقشة الفولاذ، من المستحسن بعض الإلمام بتسمياتهم، كما يتم استخدام مؤشر رقمي برعاية جمعية مهندسي السيارات (SAE) والمعهد الأمريكي للحديد والصلب (AISI)، لتحديد التركيبات الكيميائية للفولاذ الإنشائي في هذا النظام، يتم استخدام سلسلة من أربعة أرقام لتعيين الكربون العادي وسبائك الفولاذ، وتستخدم خمسة أرقام لتعيين أنواع معينة من سبائك الفولاذ، حيث يشير الرقمان الأولان إلى نوع الفولاذ والرقم الثاني أيضًا بشكل عام ولكن ليس دائمًا، حيث يعطي المقدار التقريبي لعنصر السبائك الرئيسي ويهدف الرقمان الأخيران (أو الثلاثة) للإشارة إلى الوسط التقريبي لنطاق الكربون ومع ذلك، يكون الانحراف عن قاعدة الإشارة إلى نطاق الكربون ضروريًا في بعض الأحيان.
توجد كميات صغيرة من بعض العناصر في سبائك الفولاذ غير المحددة على النحو المطلوب، حيث تعتبر هذه العناصر عرضية وقد تكون موجودة بالحد الأقصى على النحو التالي: النحاس، 0.35 في المائة، النيكل 0.25 في المائة، الكروم 0.20 في المائة، الموليبدينوم 0.06 في المائة ويتم تغيير قائمة الفولاذ القياسي من وقت لآخر لاستيعاب الفولاذ ذي الجدارة المثبتة ولتوفير التغييرات في المتطلبات المعدنية والهندسية.
يتم تصنيع مخزون المعادن في عدة أشكال، بما في ذلك الألواح والقضبان والقضبان والأنابيب والبثق والمطروقات والمسبوكات، حيث تُصنع الصفائح المعدنية بعدد من الأحجام والسماكات، كما تحدد المواصفات السماكة بالألف من البوصة ويتم توفير القضبان في مجموعة متنوعة من الأشكال، مثل دائري ومربع ومستطيل وسداسي وثماني الأضلاع، كما يمكن الحصول على الأنابيب في أشكال دائرية أو بيضاوية أو مستطيلة أو انسيابية ويتم تحديد حجم الأنبوب بشكل عام حسب القطر الخارجي وسماكة الجدار.
تشكيل الصفائح المعدنية
عادة ما يتم تشكيل الصفائح المعدنية باردة في آلات مثل المطابع أو مكابح الانحناء أو مناضد السحب أو البكرات، كما يتم تشكيل المطروقات عن طريق الضغط أو طرق المعدن المسخن في قوالب، ويتم إنتاج المسبوكات عن طريق صب المعدن المنصهر في قوالب ويتم الانتهاء من الصب بالقطع.
اختبار الشرارة هو وسيلة شائعة لتحديد المعادن الحديدية المختلفة في هذا الاختبار، يتم إمساك قطعة من الحديد أو الفولاذ ضد حجر الطحن الدوار، ويتم التعرف على المعدن بواسطة الشرر المنبعث، كل معدن حديدي له خصائص شرارة خاصة به، تتنوع تيارات الشرارة من بضعة أعمدة صغيرة إلى وابل من الشرر يبلغ طوله عدة أقدام، القليل من المعادن غير الحديدية ينبعث منها شرر عند ملامستها لحجر الطحن لذلك، لا يمكن التعرف على هذه المعادن بنجاح عن طريق اختبار الشرارة، غالبًا ما يكون التحديد عن طريق اختبار الشرارة غير دقيق ما لم يتم إجراؤه بواسطة شخص متمرس أو تختلف قطع الاختبار اختلافًا كبيرًا في محتوى الكربون ومكونات السبائك.
ينتج الحديد المطاوع أعمدة طويلة ملونة من القش لأنها تترك الحجر والأبيض في النهاية، تكون شرارات الحديد الزهر حمراء لأنها تترك الحجر وتتحول إلى لون القش، وينتج الفولاذ منخفض الكربون أعمدة طويلة ومستقيمة بها عدد قليل من الأغصان البيضاء، مع زيادة محتوى الكربون في الفولاذ، يزداد عدد الأغصان على طول كل عمود ويصبح التيار أكثر بياضًا في اللون، كما يتسبب فولاذ النيكل في احتواء تيار الشرارة على كتل بيضاء صغيرة من الضوء داخل الانفجار الرئيسي.
أنواع وخصائص واستخدامات الفولاذ المخلوط
يصنف الفولاذ الصلب المحتوي على الكربون بنسب تتراوح من 0.10 إلى 0.30 في المائة على أنه صلب منخفض الكربون، حيث تتراوح أرقام (SAE) المكافئة من 1010 إلى 1030، ويتم استخدام الفولاذ من هذا المستوى لصنع عناصر مثل أسلاك الأمان أو بعض الصواميل أو البطانات الكبلية أو نهايات القضبان الملولبة، كما يتم استخدام هذا الفولاذ في شكل صفائح للأجزاء الهيكلية الثانوية والمشابك، وفي شكل أنبوبي للأجزاء الهيكلية المعتدلة الإجهاد ويصنف الفولاذ الصلب المحتوي على الكربون بنسب تتراوح من 0.30 إلى 0.50 بالمائة على أنه صلب متوسط الكربون، هذا الفولاذ قابل للتكيف بشكل خاص مع الآلات أو الطرق، وحيث تكون صلابة السطح مرغوبة، يتم تصنيع نهايات قضبان معينة ومطروقات خفيفة من فولاذ (SAE 1035).
يصنف الصلب المحتوي على الكربون بنسب تتراوح من 0.50 إلى 1.05 بالمائة على أنه صلب عالي الكربون إضافة عناصر أخرى بكميات متفاوتة تزيد من صلابة هذا الفولاذ، في حالة المعالجة الحرارية بالكامل، يكون الأمر صعبًا للغاية وسوف يتحمل القص العالي والتآكل ولن يكون له سوى القليل من التشوه ولها استخدام محدود في الطائرات.
كما يتم استخدام (SAE 1095) في شكل صفائح لتصنيع النوابض المسطحة، وفي شكل سلك لتصنيع نوابض لولبية ويتم إنتاج مختلف أنواع الفولاذ النيكل عن طريق الجمع بين النيكل والفولاذ الكربوني، كما يشيع استخدام الفولاذ الذي يحتوي على من 3 إلى 3.75 في المائة من النيكل أيضًا يزيد النيكل من الصلابة وقوة الشد والحد من المرونة للفولاذ دون تقليل الليونة بشكل ملحوظ، كما أنه يزيد من تأثير تصلب المعالجة الحرارية ويتم استخدام الفولاذ (SAE 2330) على نطاق واسع لأجزاء الطائرات مثل البراغي والمحطات والمفاتيح والمشابك والمسامير.
مميزات فولاذ الكروم
يتميز فولاذ الكروم بخصائص صلابة وقوة ومقاومة للتآكل وهو قابل للتكيف بشكل خاص مع المطروقات المعالجة بالحرارة، والتي تتطلب صلابة وقوة أكبر مما يمكن الحصول عليه في صلب الكربون العادي، كما يمكن استخدامه لمواد مثل الكرات وبكرات المحامل المضادة للاحتكاك.
الكروم والنيكل والفولاذ المقاوم للصدأ هي معادن مقاومة للتآكل، يتم تحديد درجة مقاومة التآكل لهذا الفولاذ من خلال حالة سطح المعدن بالإضافة إلى التركيب ودرجة الحرارة والتركيز، يُعرف الفولاذ المقاوم للتآكل الذي يستخدم غالبًا في صناعة الطائرات بالفولاذ 18-8 بسبب محتواه من 18 بالمائة من الكروم و 8 بالمائة من النيكل، من السمات المميزة للصلب 18-8 أنه يمكن زيادة قوته عن طريق العمل على البارد.
