Uçaklarda son dönemlerde kompozit malzeme kullanımı artmış olsa da hala yüzde 50 – yüzde 60 oranında alüminyum kullanılmaktadır. Uçak gövdesi, genel yapısal elemanlar, dayanıklı ve korozyon direnci yüksek istenen bölmelerde alüminyum yoğun olarak kullanılmaktadır. 

S ünek bir metal olan alüminyum, periyodik cetvelin 3A grubunda bulunur ve atom numarası 13’tür. Atom ağırlığı 26,89 olan +3 değerlikli bir element olan alüminyumun 20°C’deki yoğunluğu 2,7 gr/cm, ergime noktası 659,8°C, kaynama noktası 2450°C, ısınma ısısı 0.224 Cal/gr (1000C’ta), erime ısısı 400 Cal/gr, 20°C’deki elektriksel iletkenliği bakırın yüzde 65’i, ısıl iletkenliği 0,5, ışık yansıtılabilirliği yüzde 90 olup, bu özellikler alaşım elementleri katılarak büyük ölçüde değiştirilebilmektedir.

Doğada genellikle boksit cevheri (Al2O3) halinde bulunur ve oksidasyona karşı üstün direnci vardır. Teknolojinin gelişmesiyle ve sahip olduğu teknik özellikler nedeniyle hafif metaller sınıfına giren ve global metal dünyasının en genç üyelerinden biri olan alüminyum, endüstrinin birçok alanında yaygın olarak kullanılmaktadır. Alüminyumun mukavemetinin ağırlığına oranı (spesifik mukavemet özelliği) çok büyük, yumuşak ve çeliğin üçte biri ağırlığındadır. Alaşım elementleri ilave edilerek alaşımlandırılması ve mekanik özelliklerinin çelikle mukayese edilebilecek kadar arttırılabilmesi sonucunda alüminyum alaşımları, kullanım alanının artmasını sağlamıştır. Düşük yoğunluk ve yüksek mekanik özelliklerinden dolayı tıp, inşaat, gıda, otomotiv, havacılık, uzay ve savunma sanayi gibi birçok önemli üretim alanında kullanımları hızla artmaktadır.

Alüminyum alaşımları 4 rakamlı bir sistem ile numaralandırılır. İlk rakam ana alaşım elementini sembolize eder. İkinci rakamda alaşımın modifikasyon sayısının bilgisini verir. Eğer ikinci rakam 0 ise bu her hangi bir modifikasyonun olmadığı anlamına gelir. Son iki rakam ise alaşım dizayncısını belirtir.

Endüstrideki uygulamalarda ayrıca ısıl işlem prosesleri ile alüminyum alaşımlarının mekanik özellikleri arttırılmakta ve kullanım alanı genişlemektedir. Isıl işlem; genel olarak mekanik özellikleri değiştirmek amacıyla metalik malzemelere uygulanan ısıtma ve soğutma işlemlerini kapsar. Bu amaçla alüminyum alaşımlarına tavlama, çözeltiye alma ve yaşlanma gibi ısıl işlemleri uygulanmaktadır.

1XXX, 3XXX, 4XXX ve 5XXX serisi dövme alüminyum alaşımları ısıl işlem uygulanamayan alaşımlardır. Bu alaşımlar sadece şekil değiştirme yolu ile sertleştirilebilirler.

2XXX, 6XXX, 7XXX ve 8XXX serisi alaşımlar ise ısıl işlem ile sertleştirilebilmektedirler.

Alüminyum ile farklı maddeler birleştirilerek oluşturulan alaşımlar hava araçları ana yapısında ve birçok parçasında geniş bir yelpazede kullanılmaktadır. Hava aracı yapısal parçalarında alüminyumun tercih edilmesinin birçok sebebi vardır. Alüminyumun hafifliği, atmosferde korozyon direnci, ısı ve elektrik iletkenliği ve kolay üretimi tercih edilmesindeki en önemli sebeplerdir.

Alüminyum fiziksel olarak saf hali yumuşak olduğu için hava aracı yapımı için yeteri kadar yüksek mukavemeti olmamaktadır. Ticari maksatlar için elde edilen alüminyum içinde kalan yabancı maddeler aracılığı ile, bu malzeme mekanik işlem sonucu bir miktar sertlik mukavemet kazanır.

Bu basit alaşımlar ikinci derece hava aracı elemanları yapımı için uygundur, ancak yük taşıyan ve kırılması hava aracını tehlikeye sokabilen, birinci derece elemanların yapımı için daha yüksek mukavemeti olan alüminyum alaşımları kullanılır.

Alüminyumun havacılıkta kullanımı 

Havacılık sektöründe 1915’lerden itibaren daha ağır olan çelik yerine alüminyum kullanılmaya başlanmıştır. Bu dönemlerde bakır alaşımlı 2xxx serisi alüminyum yapı malzemesi olarak, kanatlarda ve gövdelerde kullanılmıştır.

İkinci Dünya savaşı ve sonrasında ise alüminyum kullanımı yaygınlaşmıştır. Bu tarihlerde 2014 – 2017 – 2024 alaşımı kullanılırken yüksek çekme mukavemetine duyulan ihtiyaç 7000 serisi alüminyum kullanımının önünü açmıştır. Halihazırda 2xxx, 5xxx, 6xxx, 7xxx serisi alüminyumlar kullanılmaktadır. Ayrıca 3xxx ve 4xxx serisi alüminyumlar da kısıtlı olarak kullanılmaktadır. Hafiflik ve elastikiyet açısından avantaj sağlayan lityum alaşımlı 8xxx serisi alüminyum, fiyatının çok pahalı olmasından dolayı şimdilik sadece askeri uçak/helikopterlerde ve uzay araçlarında kullanılmakta, sivil amaçlı yolcu/nakliye uçaklarında kullanılamamaktadır.

Havacılık sektöründe kullanılan alüminyum standartları AMS (Aerospace Materials Specifications) ile tanınmaktadır. 

Uçaklarda son dönemlerde kompozit malzeme kullanımı artmış olsa da hala yüzde 50 – yüzde 60 oranında alüminyum kullanılmaktadır. Uçak gövdesi, genel yapısal elemanlar, dayanıklı ve korozyon direnci yüksek olması istenen bölmelerde alüminyum yoğun olarak kullanılmaktadır. Askeri uçaklarda alüminyum kullanım oranı yüzde 75 – yüzde 80’lere çıkmaktadır. Uçak kanatları, flaplar, iniş takımları, ana gövde kemere ve kirişleri, hidrolik sistemler, ana gövde, bağlantı perçinleri, motor çıkış bölümlerinde alüminyum kullanılır.

Uçak kanatlarında kullanılan alüminyum alaşımları

Kanatlar, iki ayrı yapıda değerlendirilmektedir. Üst kanat yüke maruz kaldığından 7075 T6 / T651 alaşımı kullanılmaktadır. Bazı uçaklarda ise alüminyum levha formunda üretilen 7050 T7451 de kullanılmaktadır. Alt kanat ise genlik ve çekme yüküne maruz kaldığından, yorulma dayanımı yüksek, esnekliği nedeniyle hasar toleransı yüksek 2024 T3 / T351 malzemeden yapılmaktadır.

Ancak son dönemlerde, yorulma ve hasar toleranslarında daha avantaj sağlayan 2324 T39 (Boeing) ve 2124 T3/T351 (Airbus) alaşımları kullanılmaya başlanmıştır.

Uçak gövdesinde kullanılan alüminyum alaşımları

Uçak ana gövde yapısını oluşturan kemere ve kirişlerde 7050 T7451 ve 7050 T7651 (AMS 4201) kullanılır. Gövdeye bağlantı kirişlerinde alaşım 7075 T6 / T651, gövde kaplamasında alaşım 2024 T3 / T351 Alclad (her iki yüzey kaplamalı) ve yük taşıyan bölgelerde alaşım 7075 T6 / T651 plaka ve levhalar kullanılır.

Tekerleklerde kullanılan alüminyum alaşımları

Bu bölümde uçak iniş takımının ana taşıma parçasında özellikle iniş sırasında karşılaşılan güç ve esnekliği karşılamak için Alaşım 7075 T6 /T651, 7050 T7451 ve 2024 T3 / T351, bağlantı elemanı olarak mukavemet ve dayanaklığı fazla olan alaşım 2014 T4 / T351 ve 2017 T4 kullanılmaktadır.

Diğer Bölgelerde Kullanılan Alüminyum Alaşımları

Alaşım 5052 H32 / H34 Plaka: Yüksek yorulma ve korozyona karşı mukavemetin yüksek olduğu, iyi çalışabilirliğin istendiği uygulamalarda kullanılır. En yoğun kullanıldığı yer yakıt tanklarıdır.

Alaşım 5052 - Temper T0 Drawn Dikişsiz Boru ve Çubuk: Yakıt ve yağ boruları ile bunların bağlantı parçalarında kullanılır.

Alaşım 6061 - Temper T4 / T6 Plaka/Levha: Yüksek mukavemet, iyi işlenebilirlik, kaynak edilebilme ve korozyon direnci istenen bölge ve sistemlerde kullanılır. En fazla kullanılan yerler, uçak iniş merdivenleri, servis sistemleri, elektronik cihaz kutuları.

Alaşım 6061 - Temper T0 / T4 / T4511 / T6 / T6511 Ekstrüzyon: Ara bağlantı parçalarında muhtelif ekstrüzyon (profil) olarak kullanılmaktadır. Gövde panelleri, kanatlarda yer alan firar (acil çıkış) yerlerinin kenar kaplamaları, motor kaportalarında kullanılmaktadır. Son zamanlarda daha iyi şekillendirilebilirlik özelliği, daha yüksek korozyon direncine sahip olması nedeniyle 6061 yerine 6013 T6 ve 6063 T6 malzeme de kullanılmaktadır.

Alüminyum Uçak İmalatındaki Parçaların Birleştirilmesindeki Kullanımı

Bağlantı kalıcı ve havaya karşı sızdırmazlık isteniyor ise kaynak kullanılmalıdır. Bu işlemde 4xxx serisi alüminyum kullanılır.

Diğer birleştirmelerde ise mekanik birleştirme (perçin, pim, dişli bağlantı elemanları, bilezik bağlantı elamanları, özel bağlantı parçaları) kullanılmaktadır.

Mekanik birleştirmede kullanılan malzemelerin imalatında 5056 H34 / H32, 2017 T3/T351, 2117 T3/T351, 2024 T351/T3 kullanılır.