Aluminium jest najpowszechniej występującym metalem na świecie i trzecim najpowszechniej występującym pierwiastkiem, stanowiącym 8% skorupy ziemskiej. Wszechstronność aluminium sprawia, że ​​jest ono najszerzej stosowanym metalem po stali.

Produkcja aluminium

Aluminium pochodzi z minerału boksytu. Boksyt jest przetwarzany w tlenek glinu (tlenek glinu) w procesie Bayera. Tlenek glinu jest następnie przetwarzany w metal aluminiowy za pomocą 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 pochodzący z recyklingu. Wykorzystanie aluminium pochodzącego z recyklingu jest opłacalne zarówno ekonomicznie, jak i ekologicznie. Wyprodukowanie 1 tony nowego aluminium wymaga 14 000 kWh. Natomiast przetopienie i recykling jednej tony aluminium zajmuje zaledwie 5% tej ilości. Nie ma różnicy w jakości między stopami aluminium pierwotnego i pochodzącego z recyklingu.

Zastosowania aluminium

CzystyaluminiumAluminium jest miękkie, ciągliwe, odporne na korozję i charakteryzuje się wysoką przewodnością elektryczną. Jest szeroko stosowane do produkcji folii i kabli przewodzących, ale konieczne jest dodawanie do niego innych pierwiastków, aby zapewnić wyższą wytrzymałość potrzebną w innych zastosowaniach. Aluminium jest jednym z najlżejszych metali konstrukcyjnych, charakteryzującym się lepszym stosunkiem wytrzymałości do masy niż stal.

Wykorzystując różnorodne kombinacje swoich korzystnych właściwości, takich jak wytrzymałość, lekkość, odporność na korozję, możliwość recyklingu i formowania, aluminium znajduje coraz szersze zastosowanie. Oferta produktów obejmuje szeroki wachlarz produktów, 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 niewielkich ilościach.

Istnieje ponad 300 stopów do obróbki plastycznej, z czego 50 jest w powszechnym użyciu. Zazwyczaj oznacza się je czterocyfrowym systemem, który powstał w USA i jest obecnie powszechnie akceptowany. Tabela 1 opisuje system dla stopów do obróbki plastycznej. Stopy odlewane mają podobne oznaczenia i wykorzystują system pięciocyfrowy.

Tabela 1.Oznaczenia stopów aluminium przerabianych plastycznie.

W przypadku niestopowych stopów aluminium do obróbki plastycznej oznaczonych jako 1XXX, dwie ostatnie cyfry oznaczają czystość metalu. Odpowiadają one dwóm ostatnim cyfrom po przecinku, gdy czystość aluminium jest wyrażona z dokładnością do 0,01%. Druga cyfra oznacza modyfikacje limitów zanieczyszczeń. Jeśli druga cyfra wynosi zero, oznacza to aluminium niestopowe o naturalnych limitach zanieczyszczeń, a cyfry od 1 do 9 oznaczają poszczególne zanieczyszczenia lub pierwiastki stopowe.

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

Właściwości fizyczne aluminium

Gęstość aluminium

Aluminium ma gęstość około jednej trzeciej gęstości stali lub miedzi, co czyni je jednym z najlżejszych metali dostępnych na rynku. Wynikający z tego wysoki stosunek wytrzymałości do masy czyni je ważnym materiałem konstrukcyjnym, umożliwiającym zwiększenie ładowności lub oszczędność paliwa, zwłaszcza w transporcie.

Wytrzymałość aluminium

Czyste aluminium nie ma wysokiej wytrzymałości na rozciąganie. Jednak dodanie pierwiastków stopowych, takich jak mangan, krzem, miedź i magnez, może zwiększyć wytrzymałość aluminium i stworzyć stop o właściwościach dostosowanych do konkretnych zastosowań.

AluminiumStal ta doskonale nadaje się do pracy w niskich temperaturach. Ma tę przewagę nad stalą, że jej wytrzymałość na rozciąganie rośnie wraz ze spadkiem temperatury, zachowując jednocześnie wytrzymałość. Stal natomiast staje się krucha w niskich temperaturach.

Odporność aluminium na korozję

W kontakcie z powietrzem, na powierzchni aluminium niemal natychmiast tworzy się warstwa tlenku glinu. Warstwa ta charakteryzuje się doskonałą odpornością na korozję. Jest dość odporna na działanie większości kwasów, ale mniej odporna na działanie zasad.

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 sprawia, że ​​aluminium jest szeroko stosowane w naczyniach kuchennych i przyborach kuchennych.

Przewodność elektryczna aluminium

Podobnie jak miedź, aluminium charakteryzuje się wystarczająco wysoką przewodnością elektryczną, aby można je było stosować jako przewodnik elektryczny. Chociaż przewodność powszechnie stosowanego stopu przewodzącego (1350) wynosi zaledwie około 62% przewodności miedzi wyżarzanej, stanowi ona zaledwie jedną trzecią jej masy, a zatem może przewodzić dwa razy więcej prądu elektrycznego w porównaniu z miedzią o tej samej masie.

Odbicie aluminium

Od UV do podczerwieni, aluminium doskonale odbija energię promieniowania. Współczynnik odbicia światła widzialnego na poziomie około 80% sprawia, że ​​jest szeroko stosowany w oprawach oświetleniowych. Te same właściwości odblaskowe sprawiają, żealuminiumidealny jako materiał izolacyjny chroniący przed promieniami słonecznymi latem i chroniący przed utratą ciepła zimą.

Tabela 2.Właściwości aluminium.

Właściwości mechaniczne aluminium

Aluminium można silnie odkształcać bez uszkodzenia. Pozwala to na formowanie aluminium poprzez walcowanie, wytłaczanie, ciągnienie, obróbkę skrawaniem i inne procesy mechaniczne. Można je również odlewać z zachowaniem wysokiej tolerancji.

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 nadających się do obróbki cieplnej może ona wzrosnąć 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 utwardzenia dla stopów do obróbki cieplnej obejmują teraz szerszy zakres specjalnych stanów utwardzenia. Do niestandardowych zastosowań (np. T6151) wprowadzono do czterech cyfr po literze T.
• Oznaczenia stanów odpuszczania dla stopów niepodlegających obróbce cieplnej – istniejące stany odpuszczania pozostają niezmienione, ale stany odpuszczania są teraz bardziej szczegółowo zdefiniowane pod względem sposobu ich tworzenia. Stan odpuszczania miękki (O) to teraz H111, a wprowadzono stan pośredni H112. W przypadku stopu 5251 stany odpuszczania są teraz oznaczane jako H32/H34/H36/H38 (odpowiednik H22/H24 itd.). H19/H22 i H24 są teraz oznaczane oddzielnie.
• Właściwości mechaniczne – pozostają podobne do poprzednich wartości. Na świadectwach badań należy teraz podawać naprężenie graniczne wynoszące 0,2%.
• Tolerancje zostały zaostrzone w różnym stopniu.
  

  Obróbka cieplna aluminium

  Stopy aluminium można poddawać różnym rodzajom obróbki cieplnej:

  • Homogenizacja – usuwanie segregacji poprzez ogrzewanie po odlaniu.
  • Wyżarzanie – stosowane po obróbce plastycznej na zimno w celu zmiękczenia stopów utwardzanych przez zgniot (1XXX, 3XXX i 5XXX).
  • Utwardzanie wydzieleniowe lub starzeniowe (stopy 2XXX, 6XXX i 7XXX).
  • Obróbka cieplna w roztworze przed starzeniem stopów utwardzanych wydzieleniowo.
  • Piecowanie w celu utwardzania powłok
  • Po obróbce cieplnej do numerów oznaczeń dodaje się przyrostek.
  • Przyrostek F oznacza „jak wytworzono”.
  • O oznacza „wyroby kute i wyżarzane”.
  • T oznacza, że ​​został poddany „obróbce cieplnej”.
  • W oznacza, że ​​materiał został poddany obróbce cieplnej w roztworze.
  • H odnosi się do stopów niepodlegających obróbce cieplnej, które są „obrobione na zimno” lub „utwardzone przez zgniot”.
  • Stopy niepodlegające obróbce cieplnej zaliczają się do grup 3XXX, 4XXX i 5XXX.