1 

 

M

ATERIAŁY 

S

TOSOWANE 

W

 LOTNICTWIE

 

W procesie projektowania jednym z decydujących czynników związanych z wymaganiami dotyczącymi 

bezpieczeństwa  i  niezawodności  jest  przede  wszystkim  wybór  odpowiednich  materiałów.  Zebrane 
doświadczenia  z  eksploatacji  podobnych  typów  samolotów,  jaki  chcemy  zbudować  oraz  wpływ  silnej 
konstrukcji  miedzy  producentami  powoduje,  że  konstruktorzy  są  zmuszeni  dobierać  odpowiednie  kształty  i 
wymiary  geometryczne  elementów  konstrukcyjnych  korzystając  z  nowych  materiałów  oraz  technologii 
przyczyniających się do zaostrzenia kryteriów oceny poszczególnych typów samolotów.  

Materiały i ich wymagania 

Jednym z podstawowych kryteriów wyboru materiału jest jego odporność na korozje naprężeniową oraz 

wykonanie elementów o określonej wytrzymałości statycznej i zmęczeniowej przy ich jak najmniejszej masie. 
Korozja  naprężeniowa  powstaje  w  wyniku  jednoczesnego  działania  naprężenia  rozciągającego  i  środowiska 
korozyjnego.  W  elementach  płatowca  naprężenie  rozciągające  są  wprowadzane  w  procesie  produkcyjnym, 
montażowym. Naprężenia te powstają również, jako wynik oddziaływania obciążeń masowych na postoju lub w 
locie w następstwie obciążeń aerodynamicznych. 

 

 Głównymi  materiałami  konstrukcyjnymi  stosowanymi  w  budowie  statków  powietrznych  są  metale  i 

ich  stopy  oraz  materiały  kompozytowe.  Podstawowymi  właściwościami  mechanicznymi  pozwalającymi 
porównywać  materiały  konstrukcyjne  pod  względem  ich,  jakości  są:  wytrzymałość  doraźna,  granica 
plastyczności oraz wartość modułu sprężystości wzdłużnej lub postaciowej  

Wytrzymałość  doraźna

  materiału  decyduje  o  odporności  konstrukcji  na  zniszczenie  spowodowane 

powstaniem  w  materiale  przełomu  (dekohezji),  granica  plastyczności  -  o  odporności  konstrukcji  i  na 
odkształcenia  trwałe,  a  wartość  modułu  sprężystości  -  o  odporności  na  odkształcenia  sprężyste  i  utratę 
stateczności  oraz  częstotliwość  drgań  własnych  wyrobu.  Zazwyczaj  pokrycia  samolotów  usztywnione 
podłużnicami  (skorupy)  projektuje  się  tak,  żeby  przy  100%  (maksymalnym)  obciążeniu  obliczeniowym 
pracowały sprężyście, w zakresie 100-150% obciążenia trac1ły stateczność, a powyżej l50% obciążenia ulegały 
zniszczeniu. 

Plastyczność

  to  znaczy  zdolność  do  trwałego  odkształcania  się  materiału  pod  wpływem  wysokich 

obciążeń, poprzedzającego pęknięcie  materiału (jego dekohezję). Cecha ta jest niezbędna nie tylko w procesie 
kształtowania  wyrobów  z  materiałów  metodami  przeróbki  plastycznej,  ale  również  w  procesie  użytkowania 
wyrobów,  gdzie  zabezpiecza  je  przed  gwałtownym  zniszczeniem  w  wypadku  przekroczenia  granicy 
plastyczności  lub  przed  kruchym  pęknięciem.  Miarą  odporności  materiału  na  kruche  pękanie  jest  wartość 
krytycznego  współczynnika  intensywności  naprężeń.  Plastyczność  materiału  powoduje  zmniejszenie  wartości 
naprężeń lokalnych (ich bardziej równomierny rozkład), zmniejszając tym samym zagrożenie pęknięciem 

Udarność

  to  odporność  materiału  na  obciążenia  dynamiczne.  Stosunkowo  wysoka  udarność  powinna 

charakteryzować materiały przeznaczone na części obciążane dynamicznie. Właściwości elastyczne materiałów 
metalicznych  są  zazwyczaj  odwrotnie  proporcjonalne  do  ich  właściwości  wytrzymałościowych.  Kształtowanie 
właściwości  mechanicznych  metali  i  ich  stopów  wymaga  wiec  kompromisu  pomiędzy  ich  wytrzymałością  i 
plastycznością. 

Twardość

  to  odporność  na  odkształcenia  trwałe  pod  wpływem  skupionych  sił  działających  na  małą 

powierzchnię  materiału.  Określona  twardość  musi  charakteryzować  zwłaszcza  części  lub  ich  wybrane 
powierzchnie, które współpracują z innymi częściami, przekazując lub przejmując skupione obciążenia, np. zęby 
kół  zębatych,  czopy  wałów  itp.  Twardość  określonego  gatunku  materiału  jest  proporcjonalna  do  jego  granicy 
plastyczności. 

Żarowytrzymałość

 to zdolność do przenoszenia obciążeń w wysokiej temperaturze i posiadając ją stale 

zawierające  chrom,  nikiel,  molibden,  wolfram,  niob,  wanad,  kobalt,  tytan  w  dużym  stopniu  zależy  ona  od 
rodzaju struktury osnowy, stanowiącej zwykle roztwór stały. Stale austenityczne są bardziej żarowytrzymałe od 

2 

 

stali ferrytycznych. Zwiększenie żaroodporności stali ferrytycznych osiąga  się przez  wprowadzenie  molibdenu 
wolframu, czyli pierwiastków podwyższających temperaturę rekrystalizacji. 

Żaroodporność

  –  odporność  stali  na  korozyjne  działanie  gorących  gazów  lub  powietrza  w 

temperaturze powyżej 550 C  – przez  wprowadzenie pierwiastków tworzących na powierzchni zwartą  warstwę 
ochronną  tlenków.  Są  nimi  chrom,  aluminium  oraz  krzem.  W  lotnictwie  stosowane  są  stale  chromowo- 
aluminiowo – krzemowe. 

Płatowce samolotów latających z dużymi prędkościami narażone są na nagrzewanie aerodynamiczne i 

wymusza  to  stosowanie  odpowiednich  materiałów  przy  ich  budowie,  np.  stopów  tytanu.  Części  silników 
lotniczych, zwłaszcza turbinowych, pracujące w zakresie wysokiej temperatury są narażone  między  innymi na 
pełzanie. Dobór materiałów na takie części odbywa się na podstawie porównania ich czasowej wytrzymałości na 
pełzanie oraz czasowej granicy wytrzymałości na pełzanie. 

O przydatności materiałów do ich zastosowania w konstrukcjach lotniczych w coraz większym stopniu 

zaczynają  decydować  nie  tylko  ich  właściwości  wytrzymałościowe,  ale  również  właściwości  użytkowe 
(eksploatacyjne),  takie  jak:  wytrzymałość  zmęczeniowa  odporność  na  ścieranie,  odporność  na  kruche  pękanie, 
odporność  na  działanie  karbu,  odporność  na  rozwój  (propagację)  pęknięć,  odporność  na  korozję  zawłaszcza 
naprężeniową), odporność na erozję, żaroodporność itp. Mają one decydujący wpływ na niezawodność zespołu, 
w którym występuje ta część, a więc i na bezpieczeństwo lotów oraz na ich trwałość. Zestaw cech określających 
właściwości  wytrzymałościowe  oraz  możliwości  eksploatacyjne  wyrobu  nazywa  się  wytrzymałością 
konstrukcyjną. 

STAL 

Stal  to  stop  żelaza  z  węglem  plastycznie  obrobiony  i  obrabialny  cieplnie  o  zawartości  węgla 

nieprzekraczającej  2%,  co  odpowiada  granicznej  rozpuszczalności  węgla  w  żelazie  (dla  stali  stopowych 
zawartość  węgla  może być  dużo  wyższa). Węgiel  w stali  najczęściej  występuje  w postaci  perlitu  płytkowego. 
Niekiedy jednak, szczególnie przy większych zawartościach węgla  cementyt, występuje w postaci kulkowej w 
otoczeniu ziaren ferrytu. 

Stal obok żelaza i węgla zawiera zwykle również inne składniki. Do pożądanych składników stopowych 

zalicza się głównie metale (chrom, nikiel, mangan, wolfram, miedź, molibden, tytan). Pierwiastki takie jak tlen, 
azot, siarka oraz wtrącenia niemetaliczne, głównie tlenków siarki, fosforu zwane są zanieczyszczeniami. 

Największe zastosowanie  w  budowie  samolotów, śmigłowców i ich  napędów znajduje podgrupa  stali 

stopowych nazywana stopowymi stalami konstrukcyjnymi. Stale stopowe konstrukcyjne dzieli się na: 



 

Stale do nawęglania 



 

Stale do ulepszania cieplnego 



 

Stale do azotowania 



 

Stale sprężynowe 



 

Stale do budownictwa 



 

Stale łożyskowe.  

Dużą  grupę  materiałów  użytych  w  lotnictwie  stanowią  też  stale  na  osnowie  niklu  zawierające  chrom  w 

ilości  20%  oraz  dodatki.  Wzrost  żaroodporności  powoduje  aluminium,  a  żelazo  ze  względu  na  najmniejszą 
przyczepność utlenionych warstw zawierających tlenki żelaza zmniejsza żaroodporność. Żaroodporność stopów 
na  osnowie  niklu  zmniejszają  domieszki  ołowiu,  cyny,  siarki,  antymonu,  bizmutu,  talu,  telluru  i  dlatego  ich 
zawartość powinna być możliwie najmniejsza. 

Stopy  EI-437,  EI-437B,  EI-437A  stosowane  są  głównie  do  produkcji  łopatek,  dysków  oraz  wałów  turbin 

gazowych. Części wykonane z tych stopów mogą pracować przez długi czas w temperaturze do 900 C.  

3 

 

Stop kobaltowo – niklowo – chromowy – stosowany do wyrobu łopatek turbin pracujących w temperaturze 

800 C, łopatek turbin gazowych i odlewów części silników lotniczych. 

Stale  kobaltowo  –  chromowe  i  kobaltowo  –  chromowo  –  niklowe  posiadają  dobre  właściwości 

żarowytrzymałości  w  temperaturze  powyżej  650  C.  Temperatura  starzenia  tych  stopów  wynosi  600  –  900  C 
mogą być one stosowane na części silników lotniczych pracujących w temperaturze ok. 950 C. 

Na osnowie metali wysokotopliwych mogą pracować przy dużych obciążeniach i w temperaturze >1100 C, 

dlatego  też  stopy  na  osnowie  chromu,  molibdenu,  niobu  i  wolframu  znalazły  zastosowanie  w  szeroko  pojętej 
produkcji lotniczej. 

STALE I STOPY STOSOWANE DO BUDOWY PŁATOWCA 



 

Stale węglowe konstrukcyjne wyższej, jakości 



 

Stale konstrukcyjne stopowe do ulepszenia cieplnego zawierające chrom, mangan, krzem i nikiel 



 

Stale stopowe o specjalnych właściwościach 

Stale niskowęglowe do 0,25% C 

Stosowane do wykonania części przez gięcie, tłoczenie i kucie na zimno. Wykonuje się z nich elementy 

mechanizmów  elektromechanicznych,  podzespołów  i  zespołów  spawanych  a  także  śruby,  nakrętki,  podkładki 
zwężone końcówki rur itp. Z drutu wykonuje się zwykle nity i kołki. Części wykonane z tej stali montuje się w 
samolotach bez ich uprzedniej obróbki cieplnej. 

Stale średniowęglowe (0,25 – 0,65% C)  

Części obrobione mechanicznie o niezbyt dużej wytrzymałości (śruby, nity, podkładki i nakrętki) 

Stale wysokowęglowe (powyżej 6,5% C) 

Do ciągnionego drutu na zimno i obrabianego cieplnie, z którego wykonuje się sprężyny spiralne

 

INWAR – zawiera 36% Ni i do 0,1%C  – charakteryzuje się bardzo małym współczynnikiem liniowej 

rozszerzalności  cieplnej.  Wykorzystywany  jako  wzorzec  w  budowie  przyrządów  ,  a  także  do  produkcji  części 
mechanizmów zegarowych, ciśnieniomierzy i przyrządów, które powinny zachować stałe rozmiary niezależnie 
od temperatury. 

PLATYNIT  –  rozszerzalność  –  zawartość  46%  Ni  i  ok.  0,1%C  –  ma  taki  sam  współczynnik 

rozszerzalności  liniowej  jak  platyna  czy  szkło  i  dlatego  jest  stosowany  do  wtapiania  szkło  żarówek  i  lamp 
elektronowych. Podobny KOWAR o zawartości 29% Ni, 18% Co i max 0,1%C 

ELINWAR  –  stały  współczynnik  zmiany  sprężystości  w  szerokim  zakresie  temperatur,  zawartość 

36%Ni, 8% Cr i max 0,4%C, budowa sprężyn zegarkowych, części przyrządów od których wymaga się stałych 
własności sprężystych.  

MARAGING jest to rodzaj stali w którym podstawowym mechanizmem  umacniania jest wydzielanie 

faz  międzymetalicznych  w  osnowie  typu  martenzytycznego  z  końcowym  procesem  starzenia.  Stale  tego  typu 
zachowują  dobre  właściwości  plastyczno-wytrzymałościowe  w  szerokim  zakresie  temperatur  pracy.  Niektóre 
gatunki  stali  maraging  mogą  pracować  niezawodnie  nawet  do  600°C.  Do  najbardziej  znanych  stali  tego  typu 
należą stale zawierające 20-25% Ni z dodatkami 1,3-1,6%Ti, 0,15-0,30% Al, 0,3-0,5% Nb. Wadą stali mariging 
jest  ich  wysoka  cena,  w  porównaniu  do  niskostopowych  stali  wysokowytrzymałych,  w  związku  z  tym 
zastosowanie ogranicza się jedynie do specjalnych zastosowań takich jak: 



 

Elementy silników rakietowych, 



 

Przeguby skrzydeł o zmiennej geometrii, 



 

Wały turbin gazowych, 

4 

 

STALE ŻAROODPORNE 

H23N18 

HN38WT 

Ep 126 



 

0,18% C 



 

23,5% Cr 



 

18,5% Ni 

 



 

0,09% C 



 

21,5% Cr 



 

37,5% Ni 



 

3,0% W 



 

0,95% Ti 



 

0,10% C 



 

20,5% Cr 



 

27,5%Ni 



 

5,4% W 



 

3,4% Mo 



 

1,0% Nb 

Wyroby komór spalania i rur 

żarowych pracujących w temp. 900 

C, aparatów kierujących turbin 

gazowych i sprężarek, łopatek 

kierujących silników 

turbośmigłowych. Przy znacznych 

różnicach grubości ścianek, 

skłonna jest do pęknięć przy 

dużych wahaniach temperatury. 

Wyroby rur żarowych, komór 

spalania, komór rozpylaczy i 

pokryć. Przewidziana jest, jako 

materiał zastępczy w miejsce 

stopów na osnowie niklu, bardzo 

plastyczna w wysokiej 

temperaturze i cechuje się dużą 

żarowytrzymałością. 

Wykonanie komór rozpylaczy, 

elementy nośne, pokrycia wręg i 

innych części pracujących w temp. 

700 – 1000 C, można kształtować 

plastycznie na zimno lub na gorąco. 

 

STALE ŻAROWYTRZYMAŁE 

4M15N7G7F2HC 

1H12N2WMF 

4H12N8G8MFB 



 

0,42% C 



 

7,0%  Mn 



 

1,20% Si 



 

15,0% Cr 



 

7,0% Ni 



 

0,8% Mo 



 

1,7% V 



 

0,13% C 



 

11,5% Cr 



 

1,65% Ni 



 

1,8% W 



 

4,20% Mo 



 

0,24% V 



 

0,36% C 



 

8,5% Mn 



 

0,55% Si 



 

12,5% Cr 



 

8,0% Ni 



 

1,25% Mo 



 

1,4% V 



 

0,12% Ti 



 

0,15% Nb 

Do 

wykonywania 

mało 

obciążonych 

łopatek 

turbin 

gazowych,  elementów  łącznych, 
tarcz  i  obudowy  turbin,  części 
aparatów  kierujących,  kołnierzy, 
kół,  krzywek  i  innych  części 
zespołu turbina – sprężarka 

Do  wyrobu  bardzo  obciążonych 
części  silników,  w  tym  tarcz, 
łopatek  a  także  innych  części 
sprężarek 

pracujących 

w 

temperaturze  do  600  C  i  średnio 
spawalna wszystkimi metodami. 

 

Do produkcji tarcz turbin, przesłon, 
obręczy,  kół  nośnych  i  elementów 
mocujących, 

turbin 

gazowych 

silników  turboodrzutowych  i  turbo 
śmigłowcowych 

a 

dobrą 

wytrzymałość  i  niewrażliwość  na 
działanie 

karbu 

tarcz 

turbin 

uzyskuje  się  w  wyniku  starzenia 
stopniowego. 

 

 

Stale Cr – Mn – Si – szerokie zastosowanie w produkcji odpowiedzialnych części kutych i spawanych 

jak  półwyrób  do  prętów,  kształtowników  rur  oraz  do  wyrobu  elementów  płatowca  o  złożonym  kształcie  tj. 
dźwigarów skrzydła, drążków kadłuba 

 

5 

 

Stale odporne na korozję 

Wysokochromowe od 12-18% Cr – elementy złączne (śruby, nakrętki i sworznie), podkładki, małe koła 

zębate, łopatki turbin, części gaźników i wtryskiwaczy paliwa, sprężyny części osprzętu hydraulicznego. 

Stale  Cr-  Ni  –  części  samolotów  wytwarzanych  z  blach  lub  taśm  walcowanych  na  zimno,  spawanych 

punktowo  tzn.  dysze  i  części  kolektorów  gorących  gazów  turbosprężarki,  kolektory  i  rury  wydechowe,  części 
dyfuzora, zbiorniki paliwa, elementy konstrukcji i podwozia, elementy hydrauliczne w obwodzie sterowania. 

STOPY TYTANU 

Pierwiastek  metaliczny,  tytan,  jest  znany  z  jego 

wysokiej  wytrzymałości  mechanicznej  w  stosunku  do 
niskiego  ciężaru.  Jest  stosunkowo  lekki  (gęstość  4507 
kg/m³),  o  dużej  wytrzymałości  mechanicznej,  przy 
wysokiej czystości  jest  ciągliwy  (zwłaszcza  w atmosferze 
redukcyjnej).  Charakteryzuje  się  wysoką  temperaturą 
topnienia:  1649 °C,  (co  czyni  ten  metal  użytecznym,  jako 
materiał  ogniotrwały).  Jest  błyszczący,  posiada  biały, 
metaliczny  kolor.  Handlowy  tytan  o  czystości  99,  2% 
posiada 

wytrzymałość 

na 

rozciąganie 

434 MPa, 

porównywalną  z  rozciągalnością  stopów  stali,  jednak  jest 
lżejszy  od  nich  o  45%.  Tytan  jest  cięższy  aluminium,  o 
60%, ale charakteryzuje się ponad dwukrotnie większą wytrzymałością mechaniczną niż najpopularniejszy stop 
Al: 6061-T6. Pewne stopy tytanu (np.: Beta C) posiadają wytrzymałość na rozciąganie ponad 1380 MPa (spada 
ona  przy  podgrzaniu  powyżej  temperatury  430 °C).  Posiada  wysoką  twardość  (jednak  nie  tak  wysoką  jak 
niektóre  hartowane  stale),  trudno  się  obrabia  mechanicznie.  Metal  posiada  dwie  odmiany  alotropowe:  Ti-α  – 
krystalizujący  w  układzie  heksagonalnym  do  temperatury  882 °C;  powyżej  tej  temperatury  występuje  Ti-β  – 
krystalizujący w układzie regularnym przestrzennie centrowanym. Pojemność cieplna Ti-α gwałtownie wzrasta 
wraz z podgrzewaniem, po przekroczeniu temperatury 882 °C i przemianie w Ti-β pojemność cieplna kształtuje 
się na stałym poziomie

 

Stopy tytanu wprowadzono do produkcji lotniczej po II wojnie światowej.  Potrzeby lotnictwa znacznie 

wpłynęły  na przyspieszenie badań nad tym materiałem. Prognozy rozwoju lotnictwa  wojskowego wskazywały 
na potrzebę zwiększania prędkości samolotów bojowych. Przed konstruktorami stanęła konieczność rozwiązania 
problemu  bariery  cieplnej.  Stopy  aluminium  z  powodzeniem  pozwoliły  rozwiązać  te  problemy  w  statkach 
powietrznych latających z prędkościami ~2 Ma. Chęć zwiększenia tej prędkości do 3Ma wymagała zastosowania 
nowych  materiałów  konstrukcyjnych.  Materiałami  takimi  mogły  być  pewne  gatunki  stali,  ale  ze  względu  na 
Durą gęstość stale nie są chętnie Stosowane w budowie płatowców. Materiałami znacznie lżejszymi od stali, a 
jednocześnie  mogącymi  pracować  w  zakresie  wyższej  temperatury  niż  stopy  aluminium  oraz  wykazującymi 
dobre właściwości wytrzymałościowe są stopy tytanu. 

Tytan wykazuje dużą odporność na korozję atmosferyczną i chemiczną (odporny jest między innymi na 

działanie  wody morskiej kwasu azotowego, solnego i kwasów organicznych). Mimo ze tytan należy do metali 
aktywnych  chemicznie,  powłoka  tlenkowa  TiO

2

,  bardzo  dobrze  zabezpiecza  go  przed  korozją.  Najlepszą 

odporność  na  korozję  wykazuje  czysty  tytan.  Gdy  tytan  styka  się  z  innymi  metalami,  może  podlegać  korozji 
elektrolitycznej  i  wtedy  zabezpiecza  się  go  przed  nią  metodą  anodowania  (pasywacji  anodowej).  Tytan  jest 
metalem trudnym metalurgicznie i technologicznie ze względu na duże powinowactwo z tlenem i azotem. 

Procesy topnienia, odlewania i spawania należy prowadzić w gazach obojętnych (He, Ar), ewentualnie 

w próżni. W temperaturze wyższej od 600.C gazy atmosferyczne intensywnie dyfundują do tytanu, powodując 
jego  kruchość.  W  związku  z  tym  spawanie  tytanu,  chociaż  możliwe,  wymaga  specjalnych  zabezpieczeń. 
Właściwości mechaniczne tytanu silnie zależą od stopnia jego czystości. Tytan najwyższej czystości praktycznie 

6 

 

pozbawiony  domieszek  jest  bardzo  plastyczny  o  właściwościach  zbliżonych  do  czystego  żelaza.  Zwiększanie 
ilości zanieczyszczeń w tytanie zawsze prowadzi do podwyższenia jego wytrzymałości i twardości. Pierwiastki 
występujące w stopach tytanu można podzielić na dwie grupy 



 

Tlen,  azot,  węgiel,  i  wodór  –  powodują  wzrost  wytrzymałości,  przy  jednoczesnym  bardzo  dużym 
zmniejszeniu plastyczności 



 

Aluminium, molibden, wanad, wolfram, mangan, chrom, cyna, żelazo, cyrkon, tantal i inne 

Na osnowie obu odmian alotropowych Ti-α oraz Ti-β występuje w stopach tytanu odpowiednio roztwór 

α i roztwór β. Występowanie roztworu β w wysokich temperaturach a roztworu α w niskich stwarza możliwość 
obróbki cieplnej stopów tytanu. Praktyczne stosowane stopy tytanu można w zależności od struktury  podzielić 
na trzy grupy 



 

Stopy jednofazowe o strukturze roztworu α 



 

Stopy jednofazowe o strukturze roztworu β 



 

Stopy dwufazowe o strukturze roztworu α+ β 

Stopy jednofazowe o strukturze roztworu α 

Do stopów o strukturze roztworu α zaliczamy stopy tytanu z aluminium, które jest jedynym dodatkiem 

stopowym stabilizującym  fazę α. Dodatek aluminium zwiększa  wytrzymałość stopów  tytanu, a dzięki  małemu 
ciężarowi  własnemu  zmniejsza  także  ciężar  właściwy.  Istotna  wada  jest  pogarszanie  zdolności  stopów  do 
odkształceń  plastycznych  na  zimno  i  na  gorąco.  Toteż  praktyczna  zawartość  aluminium  w  stopach  α  jest 
ograniczony  do  5-8%.  Wszystkie  te  stopu  cechuje  dobra  spawalność  i  żarowytrzymałość.  Nie  podlegają 
ulepszającej obróbce cieplnej poza wyżarzaniem rekrystalizującym i odprężającym. Stopy α umacnia się jedynie 
przez zgniot 



 

BT5 

-tytan-aluminium (5%) 



 

OT4  

-tytan-aluminium(3,5%)-mangan (1,5%) 

Stopy jednofazowe o strukturze roztworu β 

Stopy  te  można  uzyskać  przez  odpowiednią  zawartość  pierwiastków  stabilizujących  fazę  β  (wanad, 

molibden, tantal, niob) albo przez przechładzanie z obszaru stabilnej fazy α w wyższych temperaturach Stopy β 
cechuje  bardzo  wysoka  wytrzymałość  (zwłaszcza  po  obróbce  cieplnej),  są  spawalne  zarówno  w  stanie 
wyżarzonym jak i starzonym. 



 

BT15 

-tytan-aluminium(3%)-molibden(7%)-chrom(11%) 



 

TC6 

-tytan-aluminiuym (3%)-molibden(5%)-wanad(6%)-chrom(11%) 

Stopy dwufazowe o strukturze roztworu α+ β 

Do stopów dwufazowych o strukturze α+ β zaliczamy stopy tytanu z określoną zawartością składników 

stabilizujących fazę β, jak wanad, molibden, cyna, żelazo, chrom i magnez.  Mają one wyższą wytrzymałość niż 
stopy  jednofazowe.  Są  dobrze  przerabiane  plastycznie,  jak  również  można  je  obrabiać  cieplnie.  Z  uwagi  na 
właściwości  większość  praktycznie  stosowanych  stopów  tytanu  należy  do  tej  grupy.  Mają  one  wysokie 
właściwości  wytrzymałościowe,  które  maleją  wprawdzie  z  podwyższaniem  temperatury.  Jednakże  w  zakresie 
temperatur, do 500oC stosunek ich wytrzymałości do ciężaru właściwego jest większy niż stali. 



 

BT6 

-tytan-aluminium(6%)-wanad(4,5%) 



 

BT3-1  -tytan-aluminium(6%)-molibden(2,5%)-chrom(2%)-krzem(0,3%)-żelazo(0,5%) 

Ogólne zastosowanie Stopów tytanu 

7 

 

Stopy  tytanu  stanowią  perspektywiczny  materiał  dla  samolotów  przyszłości.  Z  uwagi  na  największy 

współczynnik  wytrzymałości  do  ciężaru  właściwego,  wysoką  odporność  na  korozję  i  wysoką  temperaturę 
topnienia wykorzystywane są w przemyśle lotniczym, morskim, kosmicznym oraz w pociskach. 

 2/3  Produkowanego  tytanu  zużywane  jest,  jako  stop  z  aluminium,  wanadem  i  innymi  dodatkami,  w 

silnikach  lotniczych  i  pokryciach  samolotów.  Stopy  tytanu  używane  są  do  produkcji  większości  elementów 
głowic wirników w śmigłowcach. W turbinowych silnikach lotniczych ze stopów  tytanu wykonuje się: łopatki 
sprężarek  i  wentylatorów,  zewnętrzne  kanały  wylotowe  dwuprzepływowych  silników  odrzutowych,  osłony 
ognioodporne,  armaturę,  kołki  i  śruby  np.  śruby  wykonane  ze  stopów  tytanu  mają  wytrzymałość  śrub 
wykonanych ze stopowych stali konstrukcyjnych do ulepszania cieplnego, a są o 4O% lżejsze. 

 We współczesnych samolotach wykonuje się ze stopów tytanu najbardziej obciążone elementy siłowe: 

dźwigary,  kesony  skrzydeł,  wzmocnione  zebra  i  wręgi.  W  samolotach  latających  z  dużymi  prędkościami 
również  pokrycia,  a  zwłaszcza  krawędzie  natarcia.  W  płatowcach  stosuje  się  również  tytanowe  nity  o 
podwyższonej  wytrzymałości  na  ścinanie,  którymi  zastępuje  się  cięższe  nity  stalowe.  Wysokociśnieniowe 
przewody  w  instalacjach  hydraulicznych  mogą  być  również  wykonywane  ze  stopów  tytanu.  Płyty  tytanowe 
stosuje się jako opancerzenie samolotów a zwłaszcza śmigłowców bojowych. W śmigłowcach ze stopów tytanu 
wykonuje  się  często  głowice  piast  wirników  nośnych.  Ze  stopów  tytanu  wykonuje  się  również  podwozia 
samolotów i śmigłowców Zastępując nimi tradycyjne materiały takie jak stale.SR-71 "Blackbird" był jednym z 
pierwszych  samolotów  wykonanym  w  dużym  stopniu  ze  stopów  tytanu,  torując  jednocześnie  drogę  do 
zastosowań  tytanu  w  samolotach  pasażerskich.  Zastąpienie  stopów  aluminium  stopami  tytanu  umożliwia 
zmniejszenie  całkowitej  masy  samolotu  o  20-25%.  Stop  6AL-4V  znalazł  się  w  około  połowie  wszystkich 
zastosowań tytanu związanych z przemysłem lotniczym. 

STOPY ALUMINIUM 

Aluminium  krystalizuje w sieci A1, a więc cechuje się dużą  plastycznością. Ma temperaturę topnienia 

660,4 

o

C,  temperaturę  wrzenia  2060

  o

C.  Mała  gęstość  2,7  g/cm

3

  (3  razy  mniejsza  niż  żelaza)  kwalifikuje  ten 

metal  do  grupy  metali  lekkich.  Dzięki  tej  własności  i  stosunkowo  bogatemu  występowaniu  w  przyrodzie  (ok. 
7%) jest szeroko stosowany w przemyśle lotniczym. Aluminium cechuje się dobrym przewodnictwem cieplnym 
i elektrycznym (gorszym jednak niż miedź), stąd jego zastosowanie na przewody elektryczne. 

Na  powietrzu  pokrywa  się  cienką  warstwą  Al

2

O

3

,  która  chroni  je  przed  dalszym  utlenianiem.  Jest 

odporne na działanie wody, wielu kwasów organicznych, związków azotowych. Natomiast nie jest odporne na 
działanie  wodorotlenków  (np.  NaOH,  KOH),  kwasów  beztlenowych  (HF,  HCl),  wody  morskiej  i  jonów  rtęci. 
Wytrzymałość czystego wyżarzonego aluminium jest niska. Twardość i wynosi 15 – 30 HB; może jednak być 
umacniana przez zgniot. 

Własności  wytrzymałościowe  czystego  aluminium  są  stosunkowo  niskie,  dlatego  stosuje  się  stopy, 

które  po  odpowiedniej  obróbce  cieplnej  mają  wytrzymałość  nawet  kilkakrotnie  większą.  Stopy  aluminium 
cechują  się  korzystnym  parametrem  konstrukcyjnym,  tzn.  stosunkiem  wytrzymałości  do  ciężaru  właściwego, 
który jest  większy  niż  dla stali,  a  oprócz tego ich  udarność  nie  maleje  w  miarę  obniżania  temperatury, dzięki 
czemu w niskich temperaturach mają większą udarność niż stal. Mają jednak niską wytrzymałość zmęczeniową. 

Stopy aluminium dzieli się na:  



 

Odlewnicze (PN-EN 1706: 2001) 



 

Do obróbki plastycznej (PN-EN 573-3: 2005) 

Do  odlewniczych  zaliczamy  stopy  przeważnie  wieloskładnikowe  o  większej  zawartości  pierwiastków 

stopowych  (5  -  25%),  np.  z  krzemem  (silumin);  z  krzemem  i  magnezem,  z  krzemem,  miedzią,  magnezem  i 
manganem,  z  krzemem,  miedzią,  niklem,  magnezem  i  manganem  i  inne.  Cechują  się  one  dobrą  lejnością  i 
małym skurczem. 

8 

 

Stopy do przeróbki plastycznej zawierają na ogół mniejsze ilości dodatków stopowych, głównie miedź (do 

ok. 5%),  magnez (do ok. 6%) i  mangan (do 1, 5%), rzadziej krzem, cynk,  nikiel, chrom, tytan. Niektóre stopy 
aluminium można poddawać utwardzaniu wydzieleniowemu, po którym ich własności wytrzymałościowe nie są 
gorsze niż wielu stali. 

Najnowszy stop, dzięki któremu można  spawać aluminium, to alumilut. Niektóre stopy aluminium nadają 

się zarówno do odlewania, jak i przeróbki plastycznej. 

Duraluminium (skrótowo: dural) to ogólna nazwa stopów metali, zawierających głównie glin, oraz dodatki 

stopowe: zwykle  miedź (2.0-4.9 %), Mangan (0.3-1.0 %), Magnez (0.15-1.8 %). Często także krzem, żelazo i 
inne  w  łącznej  ilości  ok.  6  do  8%,  przeznaczony  do  przeróbki  plastycznej.  Gęstość  duraluminium  to  ok.  2,8 
g/cm³  (przy  2,7  dla  czystego  glinu).  Po  poddaniu  stopu  przesycaniu,  a  następnie  starzeniu  (utwardzanie 
wydzieleniowe lub inaczej dyspersyjne) posiada on wysoką wytrzymałość mechaniczną: wytrzymałość doraźna 
ponad  400  MPa.  Najlepsze  własności  wytrzymałościowe  uzyskuje  po  starzeniu  naturalnym.  Wadą  durali  jest 
niewielka odporność korozyjna. Zastosowanie: m.in. w lotnictwie do części konstrukcyjnych, niegdyś także do 
ram  naziemnych  pojazdów  sportowych,  itp.  Rozróżnia  się  także  dural  cynkowy,  który  ma  większą  zawartość 
cynku 5-7% oraz miedź, magnez i mangan. 

Magnale  to  ogólna  nazwa  stopów  metali  zawierających  głównie  aluminium,  któremu  towarzyszy 

domieszka  magnezu  w  ilości  od  3 do 30%.  Dodatkowo  stopy  te  mogą  zawierać  niewielką  domieszkę  miedzi. 
Magnale są stopami o gęstości niższej od aluminium, za to o wyższej odporności na korozję, np. gęstość przy 
10%  magnezu  wynosi  2,55  g/cm³,  przy  gęstości  aluminium  równej  2,7.  Zastosowanie:  części  silników, 
konstrukcje lotnicze. 

Hydronalinium  jest  to  stop  aluminium  zawierający  2-5%  magnezu  i  0,1-0,4%  manganu  do  obróbki 

plastycznej.  Posiada  dobrą  odporność  na  korozję  wody  morskiej,  stąd  jego  zastosowanie  w  przemyśle 
okrętowym i chemicznym. 

Awional  stop  aluminium  do  obróbki  plastycznej.  Zawiera  ok.  4%  miedzi  oraz  niewielkie  ilości  magnezu, 

manganu i siarki. Stosowany jest głównie, jako materiał konstrukcyjny w przemyśle lotniczym. Silumin, alpaks 
popularny  w  przemyśle  motoryzacyjnym  i  lotniczym,  odporny  na  korozję  stop  odlewniczy  o  dobrej  lejności. 
Zawiera ok. 87% glinu i 12% krzemu, z domieszkami miedzi, magnezu, manganu i niklu. 

Ogólne Zastosowanie Stopów aluminium 

Z odlewniczych stopów aluminium wykonuje się między innymi: głowice cylindrów silników tłokowych, tłoki, 
kadłuby:  skrzynek  napędów,  pomp  paliwowych  i  hydraulicznych,  agregatów  instalacji  hydraulicznych  i 
pneumatycznych.  Odlewanie  jest  najtańszą  metodą  wytwarzania  części  o  skomplikowanych  kształtach,  a 
ograniczenie  tej  metody  wytwarzania  wynika  głównie  z  mniejszej  wytrzymałości  odlewów  w  porównaniu  z 
częściami uzyskiwanymi metodą przeróbki plastycznej, np. metodą kucia lub walcowania. Dlatego prowadzi się 
badania  w  celu  uzyskania  materiałów  odlewniczych  o  wysokich  właściwościach  wytrzymałościowych.  Takimi 
odlewniczymi  stopami  aluminium  są  nieprodukowane  w  kraju  stopy  zawierające  dodatkowo  beryl. 
Produkowany  w  Rosji  stop  BAЛ5  zawierający  0,  4%  berylu  osiąga  R

m

  =  350  MPa,  a  więc  właściwości 

wytrzymałościowe zbliżone do właściwości stopów kujnych. Z materiałów takich wykonuje się między innymi 
węzły, np. w Samolocie MiG-29 węzeł zawieszenia klapy skrzydłowej wykonany jest ze stopu BAЛ10 

 

 

 

TWORZYWA SZTUCZNE 

 

9 

 

Zastępują coraz częściej tradycyjne materiały takie jak drewno, ceramika, metal, kauczuk naturalny, raz 

stanowiące grupę zupełnie nowych materiałów, które nie mają swoich naturalnych odpowiedników powstają na 
bazie  polimerów  syntetycznych  lub  naturalnych  w  wyniku  reakcji  chemicznej.  Uzyskuje  się  je  z  produktów 
chemicznej  przeróbki  węgla,  ropy  naftowej  i  gazu  ziemnego  lub  polimerów  naturalnych,  uzyskiwanych  przez 
chemiczną  modyfikację  produktów  pochodzenia  naturalnego  (celuloza,  kauczuk,  białko).  Zwykle  zawierają 
określone  dodatki:  barwniki  lub  pigmenty,  katalizatory,  napełniacze,  zmiękczacze  (plastyfikatory), 
antyutleniacze, antypireny, itp. 

Tworzywa sztuczne w zależności od swego przeznaczenia dzieli się na 



 

Konstrukcyjne do wytwarzania określonych wyrobów  



 

Elastoplastyczne, czyli folie  



 

Adhezyjne, czyli kleje  



 

Powłokowe (farby lakiery)  



 

Włóknotwórcze  



 

Porowate (pianki i gąbki)  



 

Specjalne (wymieniacze jonowe).  

W zależności od rodzaju użytego polimeru tworzywa sztuczne dzieli się na: 



 

Termoplastyczne - które można wielokrotnie przerobić w podwyższonej temperaturze,  



 

Termoutwardzalne  -  które  w  podwyższonej  temperaturze,  po  uformowaniu  określonego  kształtu,  stają 
się nietopliwe i nierozpuszczalne,  



 

Chemoutwardzalne  -  które  pod  wpływem  określonych  czynników  chemicznych  usieciowują  się 
przestrzennie, przy czym stają się nietopliwe i nierozpuszczalne.  

Tworzywa sztuczne na bazie wielkocząsteczkowych polimerów stanowią bardzo liczną grupę materiałową, 

wyróżniającą  się  specyficznymi  właściwościami  wynikającymi  z  bezpostaciowej  struktury.  Ponadto  w 
odróżnieniu  od  materiałów  metalicznych,  takie  procesy  przetwórcze,  jak  odlewanie  lub  obróbka  plastyczna 
wpływają  nie  tylko  na  zmianę  kształtu  struktury,  ale  zazwyczaj  powodują  zmiany  chemiczne  związków 
stanowiących podstawę tworzywa. Szczególne właściwości tworzyw sztucznych wynikają z tego, że zbudowane 
są z makrocząsteczek Makrocząsteczka składa się z 200-10000 cząsteczek podstawowych połączonych ze sobą 
łańcuchowymi wiązaniami atomowymi. Polimer zbudowany jest, więc z makrocząsteczek zawierających liczne, 
powtarzające się regularnie grupy atomów (noszą one nazwę mery) jednego lub wielu rodzajów i nazywa się je 
odpowiednio homopolimerami lub kopolimerami. 

Cechami charakterystycznymi polimerów są: 



 

Gęstość: 0.8 – 2,5 kg/dm

3

 



 

Odporność na czynniki chemiczne i wilgoć,  



 

Mała przewodność cieplna i elektryczna, 



 

Niska temperatura przerobu, 



 

Możliwość powtórnego przerobu, 



 

Zdolność merów i segmentów makrocząsteczek do licznych zmian konformacji (położenie), 



 

Przeciętnie długotrwałe użytkowanie –80 -150, krótkotrwale do 300 C. 



 

Mogą być przezroczyste lub całkowicie nieprzezroczyste 

10 

 

Wpływ masy cząsteczkowej M na własności polimeru 

 

RODZAJE STRUKTUR POLIMERÓW 

Struktura Amorficzna 



 

Brak uporządkowania cząsteczek dalekiego zasięgu, 



 

Cząsteczki ułożone w kłębek, 



 

Najsłabsze oddziaływanie  

międzycząsteczkowe, 



 

Występuje w procesach topnienia i rozpuszczania, 



 

W polimerach występuje w stanie szklistym  

Struktura  amorficzna  (  bezpostaciowa)  jest  strukturą,  w  której  nie 
występuje  żadne  uporządkowanie  dalekiego  zasięgu  (  tzn.  brak 
jakiejkolwiek  symetrii  translacyjnej).  Łańcuchy  przebiegają  w 
sposób  przypadkowy,  swobodny,  bez  oznak  jakiegokolwiek 
uporządkowania.  

 

Struktura krystaliczna: 



 

Występuje  uporządkowanie  cząsteczek  bliskiego 
zasięgu, 



 

Duże oddziaływania międzycząsteczkowe, 



 

Ścisłe  ułożenie  cząsteczek,  na  skutek,  czego 
powstaje krystalit. 

Struktura  krystaliczna  ma  istotny  wpływ  na  właściwości  polimerów  zwiększając  sztywność,  twardość  i 
odporność na ścieranie, a zmniejszając rozpuszczalność, dyfuzję i pęcznienie.  

Charakterystyka materiałów kompozytowych 

Materiał  kompozytowy  jest  kombinacją  dwóch  lub  więcej  materiałów  (elementy  wzmacniające, 

wypełniacze  i  lepiszcze  stanowiące  osnowę  kompozytu)  różniących  się  rodzajem  lub  składem  chemicznym  w 
skali makroskopowej. Składniki materiałów kompozytowych zachowują swoją tożsamość, ponieważ całkowicie 

11 

 

Nie rozpuszczają się w sobie, jak również nie łączą się w inne elementy, natomiast oddziałują wspólnie. 

Zwykle  składniki  te  mogą  być  identyfikowane  fizycznie  i  wykazują  powierzchnie  rozdziału  między  sobą. 
Materiały kompozytowe są zwykle sztucznie wytwarzane dla uzyskania własności, które nie mogą być uzyskane 
oddzielnie  przez  żaden  z  występujących  składników.  Materiały  kompozytowe  są  stosowane  nie  tylko  w  celu 
zapewnienia odpowiednich własności mechanicznych, lecz również elektrycznych, cieplnych, trybologicznych, 
związanych. Z pracą w różnych środowiskach i innych. 

 Materiały  kompozytowe  najczęściej  zawierają  włókna  lub  cząsteczki  faz  i  są  sztywniejsze  i  bardziej 

wytrzymałe  niż  ciągła  faza  osnowy.  Wiele  elementów  wzmacniających  zapewnia  także  dobrą  przewodność 
cieplną  i  elektryczną  oraz  niższy  współczynnik  rozszerzalności  cieplnej  oraz/lub  dobrą  odporność  na  zużycie. 
Zazwyczaj  materiał  kompozytowy  składa  się  z  dwóch  faz:  fazy  wzmacniającej  zwanej  wypełniaczem  lub 
zbrojeniem  i  fazy  wiążącej  zwanej  osnową  lub  spoiwem.    Zadaniem  fazy  wzmacniającej  jest  wyraźna  zmiana 
właściwości fazy wiążącej, np. 



 

Podwyższenie wytrzymałości, 



 

Podwyższenie sztywności, 



 

Podwyższenie żarowytrzymałości, 



 

Podwyższenie odporności na ścieranie. 



 

Ze względu na rodzaj osnowy kompozyty można podzielić na: 



 

Polimerowe (syntetyczne): 



 

Utwardzalne 



 

Termoplastyczne, 



 

Metaliczne, 



 

Ceramiczne. 



 

Ze względu na strukturę (budowę wewnętrzną) kompozytów można je podzielić na 



 

Wzmacniane włóknami 



 

Wzmacniane cząsteczkami 



 

Wzmacniane wtrąceniami dyspersyjnymi,  



 

Kompozyty  In  situ  otrzymywane  bezpośrednio  ze  stanu  ciekłego  przez  ukierunkowaną  krystalizację 
eutektyk. 

Materiały  kompozytowe  powstają  przeważnie  równocześnie  z  wytwarzaniem  wyrobu.  Producent 

zaopatruje się w płynną żywicę wraz z niezbędnymi dodatkami (utwardzacz, katalizator, przyspieszacz, dodatki 
tiksotropowe, antypireny itp.) oraz wzmocnienie. Wzmocnienie jest oferowane najczęściej w postaci: 

Rovingu - utworzonego przez pasmo zawierające od kilkuset do kilkudziesięciu tysięcy pojedynczych 

nieskręconych  włókien,  biegnących  w  przybliżeniu  równolegle.  Jeden  z  najgrubszych  wytwarzanych  obecnie 
rovingów  węglowych,  oznaczony  jako  Fortafil  80k  zawiera  80000  elementarnych  włókien  węglowych  o 
średnicy  wynoszącej  około  7  μm.  Włókna  szklane  maja  większy  przekrój  od  węglowych  -  najczęściej  ich 
średnica  wynosi  około  8-15μm.  Z  rovingu  wytwarza  się  maty,  tkaniny,  dzianiny  i  taśmy  stosowane  jako 
wzmocnienie w elementach płytowych i powłokowych o strukturze warstwowej 

Mat  -  najczęściej  wykonuje  się  je  z  rovingu  ciętego  na  odcinki  o  długości  około  25-50  mm,  które  są 

rozłożone  w  sposób  chaotyczny  w  płaszczyźnie.  W  celu  zapewnienia  spójności  maty,  odcinki  rovingu  są 
posklejane  tzw.  lepiszczem.  Maty  oznacza  się  symbolem  CSM  (Chopped  Strandt  Mat)  .  Wytrzymałość  na 
rozciąganie warstw wzmocnionych mat CSM jest nieduża (100-130 MPa). 

12 

 

  

Tkanin  -  ten  rodzaj  wzmocnienia  jest  często  stosowany  podczas  wykonywania  konstrukcji 

powłokowych.  Ze  zwykłych  tkanin  szklanych  wytwarza  się  kompozyty  o  wytrzymałoś  na  rozciąganie 
wynoszącej około 200-400 MPa. W takich tkaninach włókna nie biegną prostoliniowo, co nie sprzyja pełnemu 
wykorzystaniu ich właściwości mechanicznych. Pod tym względem lepsze SA tkaniny modułowe, zawierające 
po  kilka  delikatnie  zszywanych  ze  sobą  warstw  wzmocnionych  jednokierunkowo.  Nici  łączące  poszczególne 
warstwy  nie  zaburzaj  istotnie  prostoliniowego  ułożenia  włókien,  dzięki  czemu  można  w  większym  stopniu 
wykorzystać ich wytrzymałość i sztywność  

 

 

 

 

 

 

 

Laminaty  otrzymuje  się  je  nasycając  półpłynnym  polimerem  o  niskiej  masie  cząsteczkowej  (żywica) 

odpowiednie  materiały  nadające  tworzywu  wytrzymałość  mechaniczną,  najczęściej  tkaniny,  papier,  włókna 
szklane  itp.  I  prowadząc  polimeryzację  lub  polikondensację  dalej,  aż  do  otrzymania  wielkocząsteczkowego 
polimeru o pożądanych cechach użytkowych. Często wykorzystuje się tu także procesy sieciowania polimerów o 
budowie  łańcuchowej.  Laminaty  odznaczają  się  bardzo  dużą  wytrzymałością  mechaniczną,  porównywalną  z 
wytrzymałością  metali, ale  są od  metali znacznie lżejsze i  całkowicie  odporne  na  korozję. Używa się  je, jako 
tworzywa konstrukcyjne do budowy kadłubów łodzi i samolotów, karoserii samochodowych, itp. 

PODSUMOWANIE 

Podsumowując, w obecnych konstrukcjach lotniczych używa się stopów stali, tytanu, aluminium i wielu 

innych. W zależności od zastosowania danego stopu musi on posiadać odpowiednie cechy, które umożliwią mu 
bezawaryjną  prace  w  określonym  środowisku.  Jednak  coraz  częściej  stopy  te  są  zastępowane  przez  materiały 
nazywane  kompozytami,  które  posiadają  podobne  właściwości,  przy  czym  cechuje  je  masa  kilkukrotnie 
mniejsza. Wszystko to pozwala na zmniejszenie masy samolotu, a więc zmniejszenie zużycia paliwa, rozwijanie 
stosunkowo większych prędkości przy mniejszym ciągu silnika prędkości lotu czy zwiększenie zasięgu.