Το αλουμίνιο είναι το πιο άφθονο μέταλλο στον κόσμο και είναι το τρίτο πιο κοινό στοιχείο που περιλαμβάνει το 8% του φλοιού της γης. Η ευελιξία του αλουμινίου το καθιστά το πιο ευρέως χρησιμοποιούμενο μέταλλο μετά τον χάλυβα.

Παραγωγή Αλουμινίου

Το αλουμίνιο προέρχεται από το ορυκτό βωξίτη. Ο βωξίτης μετατρέπεται σε οξείδιο του αλουμινίου (αλουμίνα) μέσω της διαδικασίας Bayer. Η αλουμίνα στη συνέχεια μετατρέπεται σε μέταλλο αλουμινίου χρησιμοποιώντας ηλεκτρολυτικές κυψέλες 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 ανακυκλωμένο σκραπ αλουμινίου. Η χρήση ανακυκλωμένου αλουμινίου είναι επιτακτική οικονομικά και περιβαλλοντικά. Χρειάζονται 14.000 kWh για να παραχθεί 1 τόνος νέου αλουμινίου. Αντίθετα, χρειάζεται μόνο το 5% αυτού για την επανατήξη και την ανακύκλωση ενός τόνου αλουμινίου. Δεν υπάρχει διαφορά ποιότητας μεταξύ παρθένων και ανακυκλωμένων κραμάτων αλουμινίου.

Εφαρμογές Αλουμινίου

Καθαρόςαλουμίνιοείναι μαλακό, όλκιμο, ανθεκτικό στη διάβρωση και έχει υψηλή ηλεκτρική αγωγιμότητα. Χρησιμοποιείται ευρέως για καλώδια μεμβράνης και αγωγών, αλλά η κράμα με άλλα στοιχεία είναι απαραίτητη για την παροχή των υψηλότερων αντοχών που απαιτούνται για άλλες εφαρμογές. Το αλουμίνιο είναι ένα από τα ελαφρύτερα μέταλλα μηχανικής, με αναλογία αντοχής προς βάρος ανώτερη από τον χάλυβα.

Χρησιμοποιώντας διάφορους συνδυασμούς των πλεονεκτικών ιδιοτήτων του, όπως αντοχή, ελαφρότητα, αντοχή στη διάβρωση, δυνατότητα ανακύκλωσης και μορφοποίηση, το αλουμίνιο χρησιμοποιείται σε έναν ολοένα αυξανόμενο αριθμό εφαρμογών. Αυτή η σειρά προϊόντων κυμαίνεται από δομικά υλικά έως λεπτά φύλλα συσκευασίας.

Ονομασίες κραμάτων

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

Υπάρχουν πάνω από 300 σφυρήλατα κράματα με 50 σε κοινή χρήση. Συνήθως αναγνωρίζονται από ένα τετραψήφιο σύστημα που προέρχεται από τις ΗΠΑ και είναι πλέον παγκοσμίως αποδεκτό. Ο Πίνακας 1 περιγράφει το σύστημα για σφυρήλατα κράματα. Τα χυτά κράματα έχουν παρόμοιες ονομασίες και χρησιμοποιούν σύστημα πέντε ψηφίων.

Πίνακας 1.Ονομασίες για σφυρήλατα κράματα αλουμινίου.

Για τα μη κράματα σφυρήλατο αλουμίνιο που ονομάζονται 1XXX, τα δύο τελευταία ψηφία αντιπροσωπεύουν την καθαρότητα του μετάλλου. Είναι το ισοδύναμο με τα δύο τελευταία ψηφία μετά την υποδιαστολή όταν η καθαρότητα του αλουμινίου εκφράζεται με ακρίβεια 0,01 τοις εκατό. Το δεύτερο ψηφίο υποδεικνύει τροποποιήσεις στα όρια ακαθαρσιών. Εάν το δεύτερο ψηφίο είναι μηδέν, υποδηλώνει μη κράμα αλουμινίου με φυσικά όρια ακαθαρσιών και το 1 έως το 9, υποδεικνύει μεμονωμένες ακαθαρσίες 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 υποδηλώνει το αρχικό κράμα και οι ακέραιοι αριθμοί 1 έως 9 υποδεικνύουν διαδοχικές τροποποιήσεις κράματος.

Φυσικές Ιδιότητες Αλουμινίου

Πυκνότητα αλουμινίου

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

Αντοχή Αλουμινίου

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

Αλουμίνιοείναι κατάλληλο για ψυχρά περιβάλλοντα. Έχει το πλεονέκτημα έναντι του χάλυβα στο ότι η αντοχή του σε εφελκυσμό αυξάνεται με τη μείωση της θερμοκρασίας ενώ διατηρεί την σκληρότητά του. Ο χάλυβας από την άλλη γίνεται εύθραυστο σε χαμηλές θερμοκρασίες.

Αντοχή στη διάβρωση του αλουμινίου

Όταν εκτίθεται στον αέρα, ένα στρώμα οξειδίου του αλουμινίου 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 σημαντικό υλικό τόσο για εφαρμογές ψύξης όσο και για θέρμανση, όπως εναλλάκτες θερμότητας. Σε συνδυασμό με το ότι είναι μη τοξικό, αυτή η ιδιότητα σημαίνει ότι το αλουμίνιο χρησιμοποιείται εκτενώς σε μαγειρικά σκεύη και μαγειρικά σκεύη.

Ηλεκτρική αγωγιμότητα αλουμινίου

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

Ανακλαστικότητα αλουμινίου

Από την υπεριώδη ακτινοβολία έως το υπέρυθρο, το αλουμίνιο είναι ένας εξαιρετικός ανακλαστήρας ακτινοβολίας. Η ανακλαστικότητα του ορατού φωτός περίπου 80% σημαίνει ότι χρησιμοποιείται ευρέως σε φωτιστικά. Οι ίδιες ιδιότητες της ανακλαστικότητας κάνειαλουμίνιοιδανικό ως μονωτικό υλικό για προστασία από τις ακτίνες του ήλιου το καλοκαίρι, ενώ μονωτικό έναντι της απώλειας θερμότητας το χειμώνα.

Πίνακας 2.Ιδιότητες για αλουμίνιο.

Μηχανικές Ιδιότητες Αλουμινίου

Το αλουμίνιο μπορεί να παραμορφωθεί σοβαρά χωρίς αστοχία. Αυτό επιτρέπει στο αλουμίνιο να σχηματίζεται με έλαση, εξώθηση, έλξη, κατεργασία και άλλες μηχανικές διεργασίες. Μπορεί επίσης να χυθεί σε υψηλή ανοχή.

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

Η αντοχή εφελκυσμού του καθαρού αλουμινίου είναι περίπου 90 MPa, αλλά αυτή μπορεί να αυξηθεί σε πάνω από 690 MPa για ορισμένα θερμικά επεξεργάσιμα κράματα.

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 παλιό πρότυπο, BS1470 στους ακόλουθους τομείς:

• Χημικές συνθέσεις – αμετάβλητες.
• Σύστημα αρίθμησης κραμάτων – αμετάβλητο.
• Οι χαρακτηρισμοί θερμοκρασίας για θερμικά επεξεργάσιμα κράματα καλύπτουν πλέον ένα ευρύτερο φάσμα ειδικών ιδιοσυγκρασιών. Έως και τέσσερα ψηφία μετά το T έχουν εισαχθεί για μη τυπικές εφαρμογές (π.χ. T6151).
• Οι ονομασίες θερμοκρασίας για μη θερμικά επεξεργάσιμα κράματα – οι υπάρχουσες ιδιοσυγκρασίες παραμένουν αμετάβλητες, αλλά οι θερμοκρασίες ορίζονται τώρα πιο αναλυτικά ως προς τον τρόπο δημιουργίας τους. Η μαλακή (Ο) ιδιοσυγκρασία είναι πλέον H111 και έχει εισαχθεί μια ενδιάμεση ιδιοσυγκρασία H112. Για το κράμα 5251 οι θερμοκρασίες εμφανίζονται τώρα ως H32/H34/H36/H38 (ισοδύναμα με H22/H24, κ.λπ.). Τα H19/H22 & H24 εμφανίζονται πλέον ξεχωριστά.
• Μηχανικές ιδιότητες – παραμένουν παρόμοιες με τα προηγούμενα σχήματα. Το στρες απόδειξης 0,2% πρέπει τώρα να αναφέρεται στα πιστοποιητικά δοκιμής.
• Οι ανοχές έχουν ενισχυθεί σε διάφορους βαθμούς.
  

  Θερμική επεξεργασία αλουμινίου

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

  • Ομογενοποίηση – η αφαίρεση του διαχωρισμού με θέρμανση μετά τη χύτευση.
  • Ανόπτηση – χρησιμοποιείται μετά από ψυχρή κατεργασία για να μαλακώσει τα κράματα που σκληραίνουν κατά την εργασία (1XXX, 3XXX και 5XXX).
  • Κατακρήμνιση ή σκλήρυνση με γήρανση (κράματα 2XXX, 6XXX και 7XXX).
  • Θερμική επεξεργασία διαλύματος πριν από τη γήρανση των κραμάτων σκλήρυνσης με καθίζηση.
  • Σόμπα για τη σκλήρυνση των επιστρώσεων
  • Μετά τη θερμική επεξεργασία προστίθεται ένα επίθημα στους αριθμούς ονομασίας.
  • Το επίθημα F σημαίνει «ως κατασκευασμένο».
  • O σημαίνει «ανοπτημένα σφυρήλατα προϊόντα».
  • Το T σημαίνει ότι έχει υποστεί «θερμική επεξεργασία».
  • W σημαίνει ότι το υλικό έχει υποστεί θερμική επεξεργασία διαλύματος.
  • Το H αναφέρεται σε μη θερμικά επεξεργάσιμα κράματα που είναι «ψυχρά κατεργασμένα» ή «σκληρυνόμενα με παραμόρφωση».
  • Τα μη θερμικά επεξεργάσιμα κράματα είναι εκείνα των ομάδων 3XXX, 4XXX και 5XXX.