Trong công nghiệp hàng không vũ trụ, các loại thép được sử dụng thường là thép hợp kim cao cấp hoặc thép không gỉ đặc biệt, được thiết kế để đáp ứng các yêu cầu khắt khe về độ bền, khả năng chịu nhiệt, chống ăn mòn, và trọng lượng nhẹ. Dưới đây là các loại thép chính và sự khác biệt so với thép dân dụng/công nghiệp thông thường:
1. Các loại thép dùng trong hàng không vũ trụ
(1)Thép hợp kim cường độ cao (High-Strength Alloy Steels):
- Ví dụ: Thép maraging (như Maraging 250, 300), thép hợp kim thấp (low-alloy steels như AISI 4340).
- Đặc điểm: Có độ bền kéo cao (thường trên 1000 MPa), độ dẻo dai tốt, khả năng chịu tải trọng lớn và chống mỏi (fatigue resistance).
- Ứng dụng: Dùng trong các bộ phận kết cấu quan trọng như khung máy bay, bánh răng hạ cánh, trục động cơ.
(2) Thép không gỉ (Stainless Steels):
- Ví dụ: Thép không gỉ martensitic (như 15-5PH, 17-4PH), thép không gỉ austenitic (như AISI 316).
- Đặc điểm: Chống ăn mòn cực tốt, chịu được môi trường khắc nghiệt (nhiệt độ cao, áp suất thấp, độ ẩm).
- Ứng dụng: Vỏ động cơ, ống dẫn, các bộ phận tiếp xúc với môi trường khắc nghiệt.
(3) Thép chịu nhiệt (Heat-Resistant Steels):
- Ví dụ: Thép hợp kim niken-crom (như Inconel, dù không hoàn toàn là thép, nhưng thường được dùng thay thế).
- Đặc điểm: Chịu được nhiệt độ cực cao (lên đến 1000°C hoặc hơn), chống oxi hóa.
- Ứng dụng: Các bộ phận trong động cơ phản lực, tua-bin, hoặc hệ thống xả.
2. Khác biệt so với thép dân dụng và công nghiệp thông thường
Thành phần hợp kim:
- Thép hàng không vũ trụ: Chứa tỷ lệ cao các nguyên tố hợp kim như niken, crom, molypden, vanadi, hoặc coban để tăng cường độ bền, chống ăn mòn, và chịu nhiệt. Ví dụ, thép maraging có đến 18% niken.
- Thép dân dụng/thông thường: Chủ yếu là thép carbon hoặc thép hợp kim thấp, với hàm lượng hợp kim đơn giản hơn (thường dưới 5%), như thép xây dựng (S235, S355) hoặc thép công cụ (A36).
Độ tinh khiết và quy trình sản xuất:
- Thép hàng không vũ trụ: Được sản xuất bằng các phương pháp luyện kim tiên tiến như luyện chân không (vacuum arc remelting - VAR) để loại bỏ tạp chất, đảm bảo tính đồng nhất và độ bền cao.
- Thép dân dụng: Sản xuất hàng loạt với quy trình đơn giản hơn (lò điện, lò oxy cơ bản), chấp nhận một lượng tạp chất nhất định, ít chú trọng đến độ tinh khiết.
Đặc tính cơ học:
- Thép hàng không vũ trụ: Có độ bền kéo, độ dẻo dai, và khả năng chống mỏi vượt trội, đồng thời nhẹ hơn (nhờ thiết kế hợp kim tối ưu). Chúng cũng chịu được nhiệt độ khắc nghiệt và môi trường ăn mòn (như không gian hoặc khí quyển).
- Thép dân dụng: Độ bền thấp hơn, thường không yêu cầu khả năng chịu nhiệt hoặc chống ăn mòn cao, phù hợp cho xây dựng, cầu đường, hoặc máy móc thông thường.
Trọng lượng:
- Thép hàng không vũ trụ: Được tối ưu để giảm trọng lượng, thường kết hợp với các vật liệu khác như titan hoặc hợp kim nhôm để đáp ứng yêu cầu trọng lượng nhẹ trong ngành hàng không.
- Thép dân dụng: Ít chú trọng đến trọng lượng, tập trung vào chi phí thấp và tính sẵn có.
Chi phí:
- Thép hàng không vũ trụ: Đắt hơn nhiều do quy trình sản xuất phức tạp, nguyên liệu hiếm, và yêu cầu kiểm tra chất lượng nghiêm ngặt (như kiểm tra không phá hủy).
- Thép dân dụng: Giá thành thấp, sản xuất đại trà, phù hợp cho các ứng dụng không yêu cầu hiệu suất cao.
3. Ứng dụng cụ thể
- Hàng không vũ trụ: Các bộ phận như cánh quạt, trục tua-bin, khung máy bay, hoặc vỏ tàu vũ trụ đòi hỏi vật liệu chịu được áp suất, nhiệt độ, và môi trường khắc nghiệt.
- Dân dụng/thông thường: Dùng trong xây dựng (cột, dầm), sản xuất ô tô, hoặc thiết bị gia dụng, nơi yêu cầu về hiệu suất thấp hơn và chi phí là yếu tố chính.
Thép dùng trong hàng không vũ trụ là các loại thép hợp kim cao cấp, được thiết kế đặc biệt với độ bền, chống ăn mòn, và khả năng chịu nhiệt vượt trội so với thép dân dụng. Sự khác biệt nằm ở thành phần hợp kim, quy trình sản xuất tinh vi, và yêu cầu hiệu suất cao để đáp ứng các điều kiện khắc nghiệt trong không gian và hàng không. Trong khi đó, thép dân dụng ưu tiên chi phí thấp và tính sẵn có, phù hợp cho các ứng dụng thông thường.