Capítulo VI
Módulo 6: Materiales y componentes
Guía de estudio de SkyLicence con diagramas.
Módulo 6: Materiales y Hardware
1. Resumen del Módulo
El Módulo 6 del programa de estudios EASA Part-66 proporciona los conocimientos fundamentales necesarios para que el personal certificador de mantenimiento de aeronaves comprenda los materiales utilizados en la construcción de aeronaves y el hardware utilizado para ensamblarlos y mantenerlos. Este módulo es crítico porque la condición segura y aeronavegable de una aeronave depende directamente de la correcta selección, instalación y mantenimiento de sus materiales y componentes.
El módulo cubre un amplio espectro de temas, desde la metalurgia de las aleaciones ferrosas y no ferrosas hasta las propiedades de los materiales compuestos y no metálicos. También detalla la vasta gama de hardware—elementos de fijación, sellos, cables y mangueras—que son los componentes básicos de la estructura del avión y sus sistemas. Una parte significativa del módulo está dedicada a las diversas formas de corrosión y deterioro que afectan a estos materiales, junto con los métodos de inspección y protección utilizados para gestionarlos. El tema general es la importancia de utilizar datos aprobados, seguir las instrucciones del fabricante y comprender el "porqué" detrás de las prácticas estándar de mantenimiento para garantizar la aeronavegabilidad continua.
2. Conceptos Clave Explicados en Detalle
2.1 Materiales de Aeronaves (Módulo 6.1, 6.2, 6.3, 6.4)
Materiales Ferrosos (Aceros)
Composición y Tipos: Los materiales ferrosos tienen base de hierro. En aeronaves, los más comunes son diversos aceros aleados, donde se añaden elementos como cromo, níquel, molibdeno y vanadio para mejorar la resistencia, dureza, tenacidad y resistencia a la corrosión.
Aceros de Baja Aleación: Se utilizan a menudo para piezas estructurales que requieren alta resistencia (por ejemplo, componentes del tren de aterrizaje, soportes de motor). Generalmente se someten a tratamiento térmico para alcanzar sus propiedades finales.
Aceros Inoxidables: Contienen un alto porcentaje de cromo (al menos 11%) que proporciona una excelente resistencia a la corrosión. Se utilizan en aplicaciones como sistemas de escape, líneas hidráulicas y elementos de fijación donde la resistencia a la corrosión es crítica.
Aceros de Alto Carbono: Se utilizan en aplicaciones que requieren alta dureza y resistencia al desgaste, como muelles, herramientas de corte y pistas de rodamientos.
Tratamiento Térmico: Las propiedades del acero se alteran significativamente mediante procesos de tratamiento térmico. Los procesos clave incluyen:
Recocido: Ablanda el acero, aliviando las tensiones internas y mejorando la maquinabilidad.
Normalizado: Refina la estructura del grano después del forjado o laminado.
Endurecimiento y Temple: Implica calentar a alta temperatura, enfriamiento rápido (temple), y luego recalentar a una temperatura más baja (revenido) para reducir la fragilidad mientras se mantiene la dureza.
Identificación y Marcado: Los aceros a menudo se identifican mediante un sistema de numeración (por ejemplo, SAE/AISI). Por ejemplo, el acero 4130 indica un acero de baja aleación con cantidades específicas de cromo y molibdeno.
Corrosión: El principal enemigo del acero es la oxidación, que produce óxido rojo (óxido de hierro). Esta es una reacción química directa con el oxígeno y la humedad, que conduce a una pérdida de material e integridad estructural. Los acabados protectores como el cromado o la pintura son esenciales.Materiales No Ferrosos (Aluminio, Titanio, Magnesio)
Aleaciones de Aluminio: El aluminio es un metal ligero, pero el aluminio puro es demasiado blando para uso estructural. Se alea con elementos como cobre, zinc, magnesio y manganeso para aumentar su resistencia.
Aleaciones Forjadas: Se designan mediante un sistema de cuatro dígitos (p. ej., 2024, 6061, 7075). El primer dígito indica el elemento de aleación principal.
2024-T3: El cobre es el principal elemento de aleación. Tiene una alta relación resistencia-peso y se utiliza ampliamente en revestimientos de aeronaves, almas y otros componentes estructurales.
7075-T6: El zinc es el principal elemento de aleación. Es una de las aleaciones de aluminio de mayor resistencia, utilizada en piezas estructurales muy solicitadas como largueros de ala y cuadernas de fuselaje.
Tratamiento Térmico: Las aleaciones de aluminio se fortalecen mediante un proceso llamado tratamiento térmico de solución seguido de envejecimiento (endurecimiento por precipitación). La designación "T" (p. ej., T3, T6) indica la condición específica del tratamiento térmico. Por ejemplo, T6 significa tratamiento térmico de solución y envejecido artificialmente. El mecanizado de estas aleaciones en su estado tratado térmicamente no requiere tratamiento térmico adicional, siempre que no se genere calor excesivo.
Corrosión: El aluminio está protegido por una capa natural de óxido delgada. Sin embargo, cuando esta se rompe, es susceptible a la corrosión, que aparece como un depósito blanco y polvoriento (óxido/hidróxido de aluminio). Este es un problema grave que puede provocar picaduras, exfoliación y pérdida de resistencia estructural.
Aleaciones de Titanio: El titanio ofrece una excelente relación resistencia-peso y una resistencia a la corrosión superior en comparación con el acero y el aluminio. Se utiliza en áreas de alta temperatura (p. ej., góndolas de motor, mamparos cortafuegos) y en componentes muy solicitados.
Problema Crítico: A temperaturas elevadas (por encima de aproximadamente 300 °C), el titanio absorbe oxígeno de la atmósfera. Esto forma una capa frágil enriquecida con oxígeno conocida como "capa alfa". Esta capa es propensa a agrietarse y reduce significativamente las propiedades mecánicas del material. La decoloración superficial por exposición al calor es una señal de que esto puede haber ocurrido, y el componente debe reemplazarse, ya que el daño no puede detectarse ni eliminarse mediante inspección superficial.
Aleaciones de Magnesio: Estos son los metales estructurales más ligeros. Se utilizan en algunas piezas fundidas, como carcasas de cajas de engranajes, donde el ahorro de peso es crítico.
Problema Crítico: El magnesio es altamente susceptible a la corrosión, y sus productos de corrosión son altamente inflamables, especialmente cuando se muelen o mecanizan en partículas finas. Se requieren precauciones especiales al manipular y limpiar componentes de magnesio para prevenir incendios.
Materiales Compuestos y No Metálicos (Módulo 6.3, 6.6)
Materiales Compuestos: Consisten en un material de refuerzo (fibras) embebido en un material de matriz (resina). La combinación proporciona propiedades superiores a las de cualquiera de los componentes por separado.
Fibras de Refuerzo: Los tipos comunes incluyen:
Fibra de Vidrio: Buena resistencia y bajo costo, se utiliza en carenados y radomos.
Fibra de Carbono: Alta resistencia y rigidez con bajo peso, se utiliza en estructuras primarias y secundarias como superficies de control de vuelo y componentes de ala.
Aramida (Kevlar): Alta tenacidad y resistencia al impacto, se utiliza en áreas propensas a daños por impacto como capós de motor y álabes de ventilador.
Resinas de Matriz: La resina une las fibras, transfiere cargas entre ellas y las protege del medio ambiente.- Resinas Termoestables (p. ej., Epoxi, Poliéster): Estas experimentan una reacción irreversible de reticulación química durante el curado. Una vez curadas, no pueden fundirse ni remodelarse mediante calor. Este es el tipo más común en estructuras de aeronaves.
Resinas Termoplásticas (p. ej., PEEK, PPS): Estas no experimentan una reacción de reticulación química. Pueden fundirse y remodelarse repetidamente al calentarse, lo que las hace potencialmente reciclables y reparables mediante calor.
Formas: Los compuestos están disponibles como tejidos preimpregnados ("prepreg") o como tejidos secos que se impregnan con resina durante el proceso de fabricación.
Defectos: Los defectos comunes incluyen delaminación (separación de capas), despegues (separación de un núcleo o sustrato) y porosidad (bolsas de aire). Estos se detectan a menudo mediante ensayos ultrasónicos.
Materiales de Reparación: En las reparaciones de compuestos, un "peel ply" (tejido desprendible) es un tejido de liberación colocado sobre la superficie de un laminado. Después del curado, se desprende, dejando una superficie limpia y rugosa ideal para adherir capas adicionales. No añade resistencia estructural.
Otros Materiales No Metálicos:
Plásticos (p. ej., ABS, Acrílico): Se utilizan para elementos no estructurales como carenados, molduras de ventanas y paneles interiores. Pueden ser susceptibles al agrietamiento y al craquelado. Los límites de daño a menudo se definen en el SRM.
Madera y Tela: Se utilizan en algunas estructuras de aeronaves antiguas o ligeras. Su mantenimiento requiere habilidades y materiales específicos.
2.2 Herrajes de Aeronaves (Módulo 6.2, 6.5, 6.7, 6.8)
Elementos de Fijación
Pernos y Tornillos: Son elementos de fijación roscados utilizados para unir componentes.
Estándares AN (Fuerza Aérea-Armada): Un estándar militar estadounidense común para herrajes de aeronaves. El prefijo "AN" es parte del número de pieza (p. ej., AN3-5A). Los pernos AN están hechos de acero resistente a la corrosión o acero aleado cadmiado y se identifican por las marcas en la cabeza.
Estándares NAS (Estándar Aeroespacial Nacional): Son elementos de fijación de mayor resistencia utilizados a menudo en aplicaciones críticas.
Identificación: Los pernos se identifican por el material, tipo de cabeza y número de pieza. Por ejemplo, un perno sin marcas puede ser un perno de baja resistencia, mientras que un perno con un guion elevado o asterisco puede indicar un material de mayor resistencia.
Cadmiado: Un acabado protector común para pernos de acero. Proporciona protección catódica contra la corrosión y controla la fricción durante el apriete. Si el recubrimiento está desgastado o dañado, el perno debe reemplazarse, ya que el acero expuesto es vulnerable a la corrosión y las características de par de apriete se alteran.
Remaches: Elementos de fijación permanentes utilizados ampliamente en la construcción de fuselajes.
Remaches Sólidos: Se instalan deformando la cola (cabeza de cierre) para sujetar los materiales juntos. El diámetro del remache debe coincidir con el tamaño del agujero, y la longitud debe ser suficiente para formar una cabeza de cierre adecuada (típicamente 1.5 veces el diámetro sobresaliendo por encima de la pila de materiales).
Materiales de Remaches: Los materiales comunes incluyen 2117-T4 (aleación de aluminio), 2024-T4 (mayor resistencia) y Monel (acero resistente a la corrosión). Sustituir un material por otro no está permitido sin aprobación, ya que tienen diferentes características de remachado y resistencia.
Defectos de Instalación: Una cabeza de cierre descentrada o no concéntrica con la cabeza de fábrica es un defecto. No se permite volver a golpear, ya que puede dañar el remache; debe perforarse y reemplazarse.
Perforación de Remaches: Para extraer un remache sin dañar elmaterial circundante, utilice una broca ligeramente más pequeña que el vástago del remache para perforar la cabeza fabricada y, a continuación, extraiga el vástago restante con un punzón.
Elementos de fijación especiales:
Fijaciones Hi-Lok: Consisten en un pasador y un collarín. El collarín se aprieta con una llave hexagonal hasta que se corta a un par predeterminado, proporcionando una precarga constante. Se utilizan en áreas donde el acceso para una llave es limitado.
Tuercas autoblocantes: Estas tienen una función de par resistente (una rosca deformada o un inserto de nailon) que evita que se aflojen bajo vibración. Solo pueden reutilizarse si aún cumplen con el par resistente mínimo especificado en la documentación del fabricante. Si se pueden girar a mano después de la instalación, deben reemplazarse.
Tuercas almenadas y pasadores de chaveta: Se utilizan en aplicaciones críticas como las tuercas de los ejes. La tuerca se aprieta al valor de par especificado. Si la ranura no se alinea con el orificio del perno, la tuerca puede aflojarse hasta 30 grados (una cara hexagonal) para alinear la ranura. Nunca es aceptable apretar más allá del par especificado. Los pasadores de chaveta deben ser siempre nuevos.
Dispositivos de bloqueo: Además de los pasadores de chaveta, otros métodos de bloqueo incluyen:
Alambre de seguridad: Debe instalarse con una ligera tensión (sin holgura). La dirección del alambre debe ser tal que cualquier tendencia del elemento de fijación a aflojarse aumente la tensión en el alambre, evitando así la rotación. No se permite la reutilización.
Arandelas de seguridad: Se utilizan en aplicaciones menos críticas.
Par de apriete
Propósito: Las llaves dinamométricas se utilizan para aplicar una precarga específica a un elemento de fijación. Esta precarga es crítica para la integridad de la unión. Un par excesivo puede dañar el elemento de fijación o el material, mientras que un par insuficiente puede provocar el aflojamiento bajo vibración.
Extensiones de llave dinamométrica: Al utilizar una extensión (cabeza de cuña) a 90 grados (perpendicular) al mango de la llave, la longitud efectiva del brazo de palanca permanece sin cambios, por lo que la lectura del par es precisa. Solo cuando la extensión está en línea con el mango (extensión axial) cambia la longitud, lo que requiere un nuevo cálculo.
Cables y poleas
Cables de control: Se utilizan en los sistemas de control de vuelo. Están fabricados de acero al carbono o acero resistente a la corrosión.
Inspección: Los cables deben inspeccionarse para detectar alambres rotos, corrosión y desgaste.
Alambres rotos: La regla general es que si se encuentran alambres rotos en cualquier trenzado del cable (la longitud de una hélice completa de los alambres exteriores), el cable debe reemplazarse. El AMM puede proporcionar límites permitidos específicos (por ejemplo, un número máximo de alambres rotos por longitud de trenzado). Si está dentro de los límites, el defecto debe registrarse para su monitoreo.
Corrosión: Para cables de acero al carbono, se requiere el reemplazo si el diámetro se reduce en más del 10% debido a corrosión o desgaste.
Poleas: Los cables pasan sobre poleas para cambiar de dirección. Los cojinetes de las poleas tienen límites de desgaste especificados en el AMM. Si están dentro de los límites y la polea funciona suavemente, puede permanecer en servicio.Sellos y Mangueras
Sellos: Se utilizan para prevenir fugas de fluidos o gases.
Juntas Tóricas (O-Rings): Se utilizan para aplicaciones estáticas o dinámicas de baja velocidad.
Sellos de Copa en U (U-Cup Seals): Diseñados específicamente para aplicaciones dinámicas como vástagos de pistones reciprocantes. El labio presiona contra el vástago, proporcionando un sello que funciona en ambas direcciones.
Juntas de Estanqueidad (Gaskets): Se utilizan para uniones estáticas entre superficies planas.
Mangueras: Se utilizan para transportar fluidos en sistemas donde se requiere flexibilidad.
Vida Útil (Shelf Life): Las mangueras tienen una vida útil limitada desde la fecha de fabricación. No se permite la instalación más allá de la vida útil a menos que el fabricante proporcione una extensión.
Inspección: Una cubierta exterior rozada que expone el trenzado de alambre compromete la integridad de la manguera y puede provocar fallos. El encintado o el recubrimiento con funda no es una reparación aprobada a menos que se especifique en el AMM. Se requiere reemplazo.
2.3 Corrosión (Módulo 6.4)
La corrosión es el deterioro de un material debido a una reacción química o electroquímica con su entorno. Es una amenaza importante para la integridad estructural de las aeronaves.
Formas de Corrosión:
Corrosión Superficial: Aparece como un endurecimiento general, picaduras o un depósito pulverulento. En el aluminio, es un polvo blanco (óxido/hidróxido de aluminio). En el acero, es óxido rojo (óxido de hierro).
Corrosión por Picaduras: Ataque localizado que crea pequeños agujeros o picaduras en la superficie. Puede ser difícil de detectar y puede reducir significativamente la resistencia.
Corrosión Galvánica: Ocurre cuando dos metales diferentes están en contacto en presencia de un electrolito. El metal más activo se corroe preferentemente.
Corrosión Intergranular: Ataque a lo largo de los límites de grano de un metal. Puede ocurrir sin signos visibles en la superficie y puede debilitar severamente el material.
Corrosión por Exfoliación: Una forma de corrosión intergranular que ocurre en aleaciones de aluminio extruidas o laminadas, causando que las capas se separen y se descamen.
Agrietamiento por Corrosión Bajo Tensión: Agrietamiento que ocurre debido a la acción combinada de la tensión de tracción y un entorno corrosivo.
Corrosión Filiforme: Una forma de corrosión que ocurre bajo un recubrimiento protector, apareciendo como una red de filamentos finos.
Control de la Corrosión:
Prevención: Se utilizan recubrimientos protectores (pintura, galvanizado, anodizado) y compuestos inhibidores de corrosión (CICs) para prevenir la corrosión.
Inspección: Las inspecciones regulares son esenciales para detectar la corrosión tempranamente.
Eliminación: La corrosión se elimina mediante esmerilado o lijado, siguiendo el SRM. Después del esmerilado, es esencial realizar una prueba no destructiva (típicamente tintes penetrantes) para confirmar que todos los productos de corrosión y cualquier grieta asociada han sido eliminados.
Reparación: Si el espesor restante está por debajo del mínimo permitido, la estructura debe ser reparada o reemplazada.
3. Fórmulas, Regulaciones y Procedimientos Importantes- **Regulaciones:**
Part-66 (Reglamento (UE) No 1321/2014, Anexo III): El reglamento que rige la certificación del personal de mantenimiento. Este módulo (Módulo 6) forma parte de los requisitos de conocimientos básicos.
Part-145 (Reglamento (UE) No 1321/2014, Anexo II): El reglamento que rige la aprobación de las organizaciones de mantenimiento. Requiere que todo el mantenimiento se realice utilizando datos aprobados (por ejemplo, AMM, SRM, SB) y que los defectos se gestionen de acuerdo con el MEL/CDL.
Part-21: El reglamento que rige la certificación de aeronaves y productos aeronáuticos. Es relevante cuando una modificación o reparación requiere la aprobación del diseño.
Procedimientos:
Gestión de defectos: En el mantenimiento de línea, un defecto puede diferirse si está cubierto por la Lista de Equipo Mínimo (MEL) o la Lista de Desviaciones de Configuración (CDL) y se siguen los procedimientos asociados. Si un defecto no está dentro de los límites, la aeronave debe quedar en tierra.
Datos aprobados: Todas las acciones de mantenimiento, incluidas reparaciones y reemplazos, deben realizarse de acuerdo con los datos aprobados del fabricante de la aeronave (AMM, SRM, IPC) o de la autoridad de diseño.
Vida útil: Componentes como mangueras y sellos tienen una vida útil limitada. No deben instalarse si han superado su vida útil.
Protección de componentes: Las tapas y tapones protectores de los componentes deben permanecer en su lugar hasta el momento de la conexión para evitar la contaminación.
4. Relaciones Comunes Entre Conceptos
Propiedades de los materiales y aplicación: La elección del material está directamente relacionada con sus propiedades. Por ejemplo, las aleaciones de aluminio se utilizan por su alta relación resistencia-peso, el acero por su alta resistencia y dureza, y el titanio por su rendimiento a altas temperaturas y resistencia a la corrosión.
Corrosión y protección: La susceptibilidad de un material a la corrosión determina el tipo de acabado protector requerido. Por ejemplo, los pernos de acero están cadmiados y las pieles de aluminio están pintadas o anodizadas.
Tipo de fijación y aplicación: El tipo de fijación utilizado está relacionado con la aplicación. Los remaches sólidos se utilizan para uniones permanentes, los pernos para uniones desmontables y los Hi-Loks para aplicaciones de alta resistencia con acceso limitado.
Límites de daño y aeronavegabilidad: El SRM define los límites de daño admisibles para diversas estructuras. Si el daño está dentro de estos límites, la aeronave puede volver al servicio, pero el defecto debe registrarse. Si el daño excede los límites, se requiere reparación o reemplazo.
Inspección y END: El tipo de defecto que se busca determina el método de END utilizado. Por ejemplo, la inspección por partículas magnéticas se utiliza para grietas superficiales en acero ferromagnético, mientras que los ensayos ultrasónicos se utilizan para la deslaminación en compuestos.
5. Puntos Típicos de Enfoque del Examen- **Identificación y propiedades de los materiales:** Ser capaz de identificar materiales comunes (p. ej., aluminio 2024-T3, aluminio 7075-T6, acero 4130) y sus aplicaciones típicas.
Tipos de corrosión y prevención: Comprender las diferentes formas de corrosión, su apariencia y los métodos utilizados para prevenirla y eliminarla.
Identificación e instalación de elementos de fijación: Conocer los diferentes tipos de elementos de fijación, sus marcas y los procedimientos correctos para su instalación, incluidos el par de apriete y el aseguramiento.
Ensayos no destructivos (END): Comprender qué método de END es el más adecuado para detectar defectos específicos en materiales específicos.
Datos y procedimientos aprobados: Destacar la importancia de utilizar datos aprobados (AMM, SRM) y seguir las prácticas de mantenimiento estándar.
Gestión de defectos: Comprender los procedimientos para tratar los defectos, incluido el uso de MEL/CDL y los requisitos para su registro y notificación.
Precauciones de seguridad: Ser consciente de los peligros de seguridad específicos, como la inflamabilidad de los productos de corrosión del magnesio y los peligros de manipular fluido hidráulico de éster de fosfato.
Vida útil y almacenamiento: Conocer los requisitos para almacenar y manipular materiales como neumáticos, mangueras y juntas.
Capítulo 5Módulo 5: Técnicas digitales / Sistemas electrónicos de instrumentosCapítulo 7Módulo 7A: Prácticas de mantenimiento
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