Το αλουμίνιο είναι το μέταλλο που βρίσκεται σε μεγαλύτερη αφθονία στον κόσμο και είναι το τρίτο πιο κοινό στοιχείο, αποτελώντας το 8% του φλοιού της γης. Η ευελιξία του αλουμινίου το καθιστά το μέταλλο που χρησιμοποιείται περισσότερο μετά τον χάλυβα.

Παραγωγή Αλουμινίου

Το αλουμίνιο προέρχεται από το ορυκτό βωξίτη. Ο βωξίτης μετατρέπεται σε οξείδιο του αργιλίου (αλουμίνα) μέσω της διαδικασίας Bayer. Η αλουμίνα στη συνέχεια μετατρέπεται σε μεταλλικό αλουμίνιο χρησιμοποιώντας ηλεκτρολυτικά στοιχεία και τη διαδικασία Hall-Heroult.

Ετήσια Ζήτηση Αλουμινίου

Η παγκόσμια ζήτηση για αλουμίνιο είναι περίπου 29 εκατομμύρια τόνοι ετησίως. Περίπου 22 εκατομμύρια τόνοι είναι νέο αλουμίνιο και 7 εκατομμύρια τόνοι ανακυκλωμένα απορρίμματα αλουμινίου. Η χρήση ανακυκλωμένου αλουμινίου είναι οικονομικά και περιβαλλοντικά ελκυστική. Απαιτούνται 14.000 kWh για την παραγωγή 1 τόνου νέου αλουμινίου. Αντίθετα, χρειάζεται μόνο το 5% αυτής της ποσότητας για την επανατήξη και την ανακύκλωση ενός τόνου αλουμινίου. Δεν υπάρχει διαφορά στην ποιότητα μεταξύ των παρθένων και των ανακυκλωμένων κραμάτων αλουμινίου.

Εφαρμογές αλουμινίου

ΚαθαρόςαλουμίνιοΕίναι μαλακό, όλκιμο, ανθεκτικό στη διάβρωση και έχει υψηλή ηλεκτρική αγωγιμότητα. Χρησιμοποιείται ευρέως για καλώδια αλουμινίου και αγωγούς, αλλά η κράμα με άλλα στοιχεία είναι απαραίτητη για να παρέχει τις υψηλότερες αντοχές που απαιτούνται για άλλες εφαρμογές. Το αλουμίνιο είναι ένα από τα ελαφρύτερα μηχανικά μέταλλα, με αναλογία αντοχής προς βάρος ανώτερη από τον χάλυβα.

Αξιοποιώντας διάφορους συνδυασμούς των πλεονεκτικών ιδιοτήτων του, όπως η αντοχή, το ελαφρύ βάρος, η αντοχή στη διάβρωση, η ανακυκλωσιμότητα και η δυνατότητα διαμόρφωσης, το αλουμίνιο χρησιμοποιείται σε έναν συνεχώς αυξανόμενο αριθμό εφαρμογών. Αυτή η γκάμα προϊόντων κυμαίνεται από δομικά υλικά έως λεπτά φύλλα συσκευασίας.

Ονομασίες κραμάτων

Το αλουμίνιο συνήθως κράμαται με χαλκό, ψευδάργυρο, μαγνήσιο, πυρίτιο, μαγγάνιο και λίθιο. Γίνονται επίσης μικρές προσθήκες χρωμίου, τιτανίου, ζιρκονίου, μολύβδου, βισμούθιου και νικελίου, ενώ ο σίδηρος υπάρχει πάντα σε μικρές ποσότητες.

Υπάρχουν πάνω από 300 σφυρήλατα κράματα, με τα 50 να χρησιμοποιούνται ευρέως. Συνήθως αναγνωρίζονται από ένα τετραψήφιο σύστημα, το οποίο ξεκίνησε στις ΗΠΑ και είναι πλέον παγκοσμίως αποδεκτό. Ο Πίνακας 1 περιγράφει το σύστημα για τα σφυρήλατα κράματα. Τα χυτά κράματα έχουν παρόμοιες ονομασίες και χρησιμοποιούν ένα πενταψήφιο σύστημα.

Πίνακας 1.Ονομασίες για σφυρήλατα κράματα αλουμινίου.

Για τα μη κραματοποιημένα κράματα αλουμινίου με την ένδειξη 1XXX, τα δύο τελευταία ψηφία αντιπροσωπεύουν την καθαρότητα του μετάλλου. Είναι τα δύο τελευταία ψηφία μετά την υποδιαστολή όταν η καθαρότητα του αλουμινίου εκφράζεται στο πλησιέστερο 0,01 τοις εκατό. Το δεύτερο ψηφίο υποδεικνύει τροποποιήσεις στα όρια προσμίξεων. Εάν το δεύτερο ψηφίο είναι μηδέν, υποδεικνύει μη κραματοποιημένο αλουμίνιο με φυσικά όρια προσμίξεων και τα 1 έως 9 υποδεικνύουν μεμονωμένες προσμίξεις ή στοιχεία κράματος.

Για τις ομάδες 2XXX έως 8XXX, τα δύο τελευταία ψηφία προσδιορίζουν διαφορετικά κράματα αλουμινίου στην ομάδα. Το δεύτερο ψηφίο υποδεικνύει τροποποιήσεις κράματος. Ένα δεύτερο ψηφίο μηδέν υποδεικνύει το αρχικό κράμα και οι ακέραιοι αριθμοί 1 έως 9 υποδεικνύουν διαδοχικές τροποποιήσεις κράματος.

Φυσικές Ιδιότητες του Αλουμινίου

Πυκνότητα αλουμινίου

Το αλουμίνιο έχει πυκνότητα περίπου το ένα τρίτο αυτής του χάλυβα ή του χαλκού, καθιστώντας το ένα από τα ελαφρύτερα εμπορικά διαθέσιμα μέταλλα. Η προκύπτουσα υψηλή αναλογία αντοχής προς βάρος το καθιστά ένα σημαντικό δομικό υλικό που επιτρέπει αυξημένα ωφέλιμα φορτία ή εξοικονόμηση καυσίμων, ιδίως για τις βιομηχανίες μεταφορών.

Αντοχή του αλουμινίου

Το καθαρό αλουμίνιο δεν έχει υψηλή αντοχή σε εφελκυσμό. Ωστόσο, η προσθήκη στοιχείων κράματος όπως μαγγάνιο, πυρίτιο, χαλκός και μαγνήσιο μπορεί να αυξήσει τις ιδιότητες αντοχής του αλουμινίου και να παράγει ένα κράμα με ιδιότητες προσαρμοσμένες σε συγκεκριμένες εφαρμογές.

ΑλουμίνιοΕίναι ιδανικό για ψυχρά περιβάλλοντα. Έχει το πλεονέκτημα έναντι του χάλυβα ότι η αντοχή του σε εφελκυσμό αυξάνεται με τη μείωση της θερμοκρασίας, διατηρώντας παράλληλα την ανθεκτικότητά του. Από την άλλη πλευρά, ο χάλυβας γίνεται εύθραυστος σε χαμηλές θερμοκρασίες.

Αντοχή στη διάβρωση του αλουμινίου

Όταν εκτίθεται στον αέρα, ένα στρώμα οξειδίου του αργιλίου σχηματίζεται σχεδόν ακαριαία στην επιφάνεια του αλουμινίου. Αυτό το στρώμα έχει εξαιρετική αντοχή στη διάβρωση. Είναι αρκετά ανθεκτικό στα περισσότερα οξέα αλλά λιγότερο ανθεκτικό στα αλκάλια.

Θερμική αγωγιμότητα αλουμινίου

Η θερμική αγωγιμότητα του αλουμινίου είναι περίπου τρεις φορές μεγαλύτερη από αυτή του χάλυβα. Αυτό καθιστά το αλουμίνιο ένα σημαντικό υλικό τόσο για εφαρμογές ψύξης όσο και για θέρμανσης, όπως οι εναλλάκτες θερμότητας. Σε συνδυασμό με το γεγονός ότι δεν είναι τοξικό, αυτή η ιδιότητα σημαίνει ότι το αλουμίνιο χρησιμοποιείται εκτενώς σε μαγειρικά σκεύη και είδη κουζίνας.

Ηλεκτρική αγωγιμότητα αλουμινίου

Μαζί με τον χαλκό, το αλουμίνιο έχει αρκετά υψηλή ηλεκτρική αγωγιμότητα για χρήση ως ηλεκτρικός αγωγός. Αν και η αγωγιμότητα του συνήθως χρησιμοποιούμενου αγώγιμου κράματος (1350) είναι μόνο περίπου 62% του χαλκού που έχει υποστεί ανόπτηση, είναι μόνο το ένα τρίτο του βάρους του και επομένως μπορεί να άγει διπλάσια ηλεκτρική ενέργεια σε σύγκριση με τον χαλκό του ίδιου βάρους.

Ανακλαστικότητα του αλουμινίου

Από την υπεριώδη έως την υπέρυθρη ακτινοβολία, το αλουμίνιο είναι ένας εξαιρετικός ανακλαστήρας της ακτινοβολούμενης ενέργειας. Η ανακλαστικότητα του ορατού φωτός περίπου 80% σημαίνει ότι χρησιμοποιείται ευρέως σε φωτιστικά. Οι ίδιες ιδιότητες ανακλαστικότητας το κάνουν...αλουμίνιοΙδανικό ως μονωτικό υλικό για προστασία από τις ακτίνες του ήλιου το καλοκαίρι, ενώ παράλληλα μονώνει από την απώλεια θερμότητας τον χειμώνα.

Πίνακας 2.Ιδιότητες για το αλουμίνιο.

Μηχανικές Ιδιότητες Αλουμινίου

Το αλουμίνιο μπορεί να παραμορφωθεί σοβαρά χωρίς να παρουσιάσει αστοχία. Αυτό επιτρέπει τη διαμόρφωση του αλουμινίου με έλαση, εξώθηση, έλξη, κατεργασία και άλλες μηχανικές διεργασίες. Μπορεί επίσης να χυτευθεί με υψηλή ανοχή.

Η κράμα, η ψυχρή κατεργασία και η θερμική επεξεργασία μπορούν να χρησιμοποιηθούν για την προσαρμογή των ιδιοτήτων του αλουμινίου.

Η αντοχή σε εφελκυσμό του καθαρού αλουμινίου είναι περίπου 90 MPa, αλλά μπορεί να αυξηθεί σε πάνω από 690 MPa για ορισμένα κράματα που μπορούν να υποστούν θερμική επεξεργασία.

Πρότυπα αλουμινίου

Το παλιό πρότυπο BS1470 έχει αντικατασταθεί από εννέα πρότυπα EN. Τα πρότυπα EN δίνονται στον πίνακα 4.

Πίνακας 4.Πρότυπα EN για αλουμίνιο

Τα πρότυπα EN διαφέρουν από το παλαιό πρότυπο BS1470 στους ακόλουθους τομείς:

• Χημική σύνθεση – αμετάβλητη.
• Σύστημα αρίθμησης κραμάτων – αμετάβλητο.
• Οι ονομασίες θερμοκρασίας για θερμικά επεξεργάσιμα κράματα καλύπτουν πλέον ένα ευρύτερο φάσμα ειδικών θερμοκρασιών. Έως και τέσσερα ψηφία μετά την T έχουν εισαχθεί για μη τυποποιημένες εφαρμογές (π.χ. T6151).
• Ονομασίες θερμοκρασίας για μη θερμικά επεξεργάσιμα κράματα – οι υπάρχουσες θερμοκρασίες παραμένουν αμετάβλητες, αλλά οι θερμοκρασίες ορίζονται πλέον πιο ολοκληρωμένα ως προς τον τρόπο δημιουργίας τους. Η μαλακή (O) θερμοκρασία είναι πλέον H111 και έχει εισαχθεί μια ενδιάμεση θερμοκρασία H112. Για το κράμα 5251, οι θερμοκρασίες εμφανίζονται πλέον ως H32/H34/H36/H38 (ισοδύναμο με H22/H24, κ.λπ.). Τα H19/H22 και H24 εμφανίζονται πλέον ξεχωριστά.
• Μηχανικές ιδιότητες – παραμένουν παρόμοιες με τα προηγούμενα στοιχεία. Πλέον, στα πιστοποιητικά δοκιμών πρέπει να αναφέρεται ποσοστό αντοχής σε τάση 0,2%.
• Οι ανοχές έχουν αυστηροποιηθεί σε διάφορους βαθμούς.
  

  Θερμική επεξεργασία αλουμινίου

  Μια σειρά από θερμικές επεξεργασίες μπορούν να εφαρμοστούν σε κράματα αλουμινίου:

  • Ομογενοποίηση – η εξάλειψη του διαχωρισμού με θέρμανση μετά τη χύτευση.
  • Ανόπτηση – χρησιμοποιείται μετά από ψυχρή κατεργασία για τη μαλάκυνση κραμάτων που σκληραίνουν (1XXX, 3XXX και 5XXX).
  • Σκλήρυνση με καθίζηση ή γήρανση (κράματα 2XXX, 6XXX και 7XXX).
  • Θερμική επεξεργασία διαλύματος πριν από τη γήρανση κραμάτων σκλήρυνσης με καθίζηση.
  • Στύψιμο για τη σκλήρυνση των επιστρώσεων
  • Μετά τη θερμική επεξεργασία, προστίθεται ένα επίθημα στους αριθμούς ονομασίας.
  • Η κατάληξη F σημαίνει «ως κατασκευασμένο».
  • Το O σημαίνει «προϊόντα που έχουν υποστεί ανόπτηση και έχουν υποστεί επεξεργασία με ανόπτηση».
  • Το T σημαίνει ότι έχει υποστεί «θερμική επεξεργασία».
  • Το W σημαίνει ότι το υλικό έχει υποστεί θερμική επεξεργασία σε διάλυμα.
  • Το H αναφέρεται σε μη θερμικά επεξεργάσιμα κράματα που έχουν υποστεί «ψυχρή κατεργασία» ή «σκλήρυνση υπό τάση».
  • Τα μη θερμικά επεξεργάσιμα κράματα είναι αυτά των ομάδων 3XXX, 4XXX και 5XXX.