Aluminium jest najpowszechniej występującym metalem na świecie i trzecim pod względem rozpowszechnienia pierwiastkiem, stanowiącym 8% skorupy ziemskiej. Wszechstronność aluminium sprawia, że ​​jest to zaraz po stali najpowszechniej stosowany metal.

Produkcja aluminium

Aluminium otrzymuje się z mineralnego boksytu. Boksyt przekształca się w tlenek glinu (tlenek glinu) w procesie Bayera. Tlenek glinu jest następnie przekształcany w metaliczny aluminium przy użyciu ogniw elektrolitycznych i procesu Halla-Heroulta.

Roczne zapotrzebowanie na aluminium

Światowe zapotrzebowanie na aluminium wynosi około 29 milionów ton rocznie. Około 22 miliony ton to nowe aluminium, a 7 milionów ton to złom aluminiowy z recyklingu. Wykorzystanie aluminium pochodzącego z recyklingu jest atrakcyjne pod względem ekonomicznym i środowiskowym. Do wyprodukowania 1 tony nowego aluminium potrzeba 14 000 kWh. I odwrotnie, do przetopienia i recyklingu jednej tony aluminium potrzeba tylko 5% tej ilości. Nie ma różnicy w jakości pomiędzy stopami aluminium pierwotnego i stopami aluminium pochodzącymi z recyklingu.

Zastosowania aluminium

Czystyaluminiumjest miękki, plastyczny, odporny na korozję i ma wysoką przewodność elektryczną. Jest szeroko stosowany w kablach foliowych i przewodzących, ale konieczne jest dodanie stopów z innymi pierwiastkami, aby zapewnić wyższą wytrzymałość potrzebną do innych zastosowań. Aluminium jest jednym z najlżejszych metali konstrukcyjnych, charakteryzującym się lepszym stosunkiem wytrzymałości do masy niż stal.

Wykorzystując różne kombinacje korzystnych właściwości, takich jak wytrzymałość, lekkość, odporność na korozję, możliwość recyklingu i formowalność, aluminium znajduje zastosowanie w coraz większej liczbie zastosowań. Asortyment produktów sięga od materiałów konstrukcyjnych po cienkie folie opakowaniowe.

Oznaczenia stopów

Aluminium jest najczęściej stopowane z miedzią, cynkiem, magnezem, krzemem, manganem i litem. Wytwarzane są również niewielkie dodatki chromu, tytanu, cyrkonu, ołowiu, bizmutu i niklu, a żelazo jest niezmiennie obecne w małych ilościach.

Istnieje ponad 300 stopów kutych, z czego 50 jest w powszechnym użyciu. Zwykle są one identyfikowane za pomocą systemu czterocyfrowego, który powstał w USA i jest obecnie powszechnie akceptowany. Tabela 1 opisuje system dla stopów do obróbki plastycznej. Stopy odlewnicze mają podobne oznaczenia i używają systemu pięciocyfrowego.

Tabela 1.Oznaczenia stopów aluminium do obróbki plastycznej.

W przypadku niestopowych stopów aluminium do obróbki plastycznej oznaczonych 1XXX dwie ostatnie cyfry oznaczają czystość metalu. Odpowiadają one dwóm ostatnim cyfrom po przecinku, gdy czystość aluminium wyraża się z dokładnością do 0,01%. Druga cyfra oznacza modyfikację limitów zanieczyszczeń. Jeśli druga cyfra wynosi zero, oznacza to aluminium niestopowe posiadające naturalne limity zanieczyszczeń, a cyfry od 1 do 9 oznaczają pojedyncze zanieczyszczenia lub pierwiastki stopowe.

W przypadku grup od 2XXX do 8XXX dwie ostatnie cyfry identyfikują różne stopy aluminium w grupie. Druga cyfra oznacza modyfikacje stopu. Druga cyfra zero wskazuje oryginalny stop, a liczby całkowite od 1 do 9 wskazują kolejne modyfikacje stopu.

Właściwości fizyczne aluminium

Gęstość aluminium

Aluminium ma gęstość około jednej trzeciej gęstości stali lub miedzi, co czyni go jednym z najlżejszych metali dostępnych na rynku. Wynikający z tego wysoki stosunek wytrzymałości do masy sprawia, że ​​jest to ważny materiał konstrukcyjny umożliwiający zwiększenie ładowności lub oszczędność paliwa, szczególnie w branżach transportowych.

Wytrzymałość aluminium

Czyste aluminium nie ma dużej wytrzymałości na rozciąganie. Jednakże dodatek pierwiastków stopowych, takich jak mangan, krzem, miedź i magnez, może zwiększyć właściwości wytrzymałościowe aluminium i wytworzyć stop o właściwościach dostosowanych do konkretnych zastosowań.

Aluminiumdoskonale sprawdza się w zimnych środowiskach. Ma tę przewagę nad stalą, że jej wytrzymałość na rozciąganie wzrasta wraz ze spadkiem temperatury, zachowując jednocześnie wytrzymałość. Z drugiej strony stal staje się krucha w niskich temperaturach.

Odporność na korozję aluminium

Pod wpływem powietrza na powierzchni aluminium niemal natychmiast tworzy się warstwa tlenku glinu. Warstwa ta charakteryzuje się doskonałą odpornością na korozję. Jest dość odporny na większość kwasów, ale mniej odporny na zasady.

Przewodność cieplna aluminium

Przewodność cieplna aluminium jest około trzy razy większa niż stali. To sprawia, że ​​aluminium jest ważnym materiałem zarówno do zastosowań chłodniczych, jak i grzewczych, takich jak wymienniki ciepła. W połączeniu z nietoksycznością ta właściwość oznacza, że ​​aluminium jest szeroko stosowane w przyborach kuchennych i przyborach kuchennych.

Przewodność elektryczna aluminium

Podobnie jak miedź, aluminium ma wystarczająco wysoką przewodność elektryczną, aby można było go stosować jako przewodnik elektryczny. Chociaż przewodność powszechnie stosowanego stopu przewodzącego (1350) wynosi tylko około 62% miedzi wyżarzonej, stanowi on tylko jedną trzecią masy i dlatego może przewodzić dwukrotnie więcej prądu w porównaniu z miedzią o tej samej masie.

Odbicie aluminium

Od promieni UV po podczerwień, aluminium jest doskonałym reflektorem energii promieniowania. Odbicie światła widzialnego na poziomie około 80% oznacza, że ​​jest on szeroko stosowany w oprawach oświetleniowych. Te same właściwości odbicia sprawiająaluminiumidealnie sprawdza się jako materiał izolacyjny chroniący przed promieniami słonecznymi latem, a zimą izolujący przed utratą ciepła.

Tabela 2.Właściwości aluminium.

Właściwości mechaniczne aluminium

Aluminium może zostać poważnie odkształcone bez uszkodzenia. Umożliwia to formowanie aluminium poprzez walcowanie, wytłaczanie, ciągnienie, obróbkę skrawaniem i inne procesy mechaniczne. Może być również odlewany z dużą tolerancją.

Aby dostosować właściwości aluminium, można zastosować stopowanie, obróbkę na zimno i obróbkę cieplną.

Wytrzymałość na rozciąganie czystego aluminium wynosi około 90 MPa, ale w przypadku niektórych stopów poddawanych obróbce cieplnej można ją zwiększyć do ponad 690 MPa.

Normy aluminiowe

Stara norma BS1470 została zastąpiona dziewięcioma normami EN. Normy EN podano w tabeli 4.

Tabela 4.Normy EN dla aluminium

Normy EN różnią się od starej normy BS1470 w następujących obszarach:

• Skład chemiczny – bez zmian.
• System numeracji stopów – bez zmian.
• Oznaczenia stanu odpuszczania dla stopów poddawanych obróbce cieplnej obejmują obecnie szerszy zakres specjalnych odpuszczeń. Dla zastosowań niestandardowych (np. T6151) wprowadzono do czterech cyfr po literze T.
• Oznaczenia stanu odpuszczenia dla stopów niepoddających się obróbce cieplnej – istniejące stany odpuszczenia pozostają niezmienione, ale stany odpuszczenia są teraz definiowane bardziej wszechstronnie pod względem sposobu ich tworzenia. Stan miękki (O) to teraz H111, a wprowadzono temperament pośredni H112. W przypadku stopu 5251 stany są teraz pokazane jako H32/H34/H36/H38 (odpowiednik H22/H24 itp.). H19/H22 i H24 są teraz pokazane osobno.
• Właściwości mechaniczne – pozostają podobne do poprzednich danych. Na certyfikatach testów należy teraz podawać wartość naprężenia próbnego wynoszącą 0,2%.
• Tolerancje zostały zaostrzone w różnym stopniu.
  

  Obróbka cieplna aluminium

  Stopy aluminium można poddać różnym obróbkom cieplnym:

  • Homogenizacja – usunięcie segregacji poprzez ogrzewanie po odlaniu.
  • Wyżarzanie – stosowane po obróbce na zimno w celu zmiękczenia stopów utwardzalnych przez zgniot (1XXX, 3XXX i 5XXX).
  • Utwardzanie wydzieleniowe lub wydzieleniowe (stopy 2XXX, 6XXX i 7XXX).
  • Obróbka cieplna rozpuszczająca przed starzeniem stopów utwardzanych wydzieleniowo.
  • Wypalanie w celu utwardzania powłok
  • Po obróbce cieplnej do numerów oznaczeń dodawany jest przyrostek.
  • Przyrostek F oznacza „tak jak został wyprodukowany”.
  • O oznacza „wyżarzane produkty kute”.
  • T oznacza, że ​​został „obrobiony cieplnie”.
  • W oznacza, że ​​materiał został poddany obróbce cieplnej przesycającej.
  • H odnosi się do stopów niepoddających się obróbce cieplnej, które są „obrabiane na zimno” lub „utwardzane przez zgniot”.
  • Stopy niepoddawane obróbce cieplnej to stopy z grup 3XXX, 4XXX i 5XXX.