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 αργιλίου (αλουμίνα) μέσω της διαδικασίας Bayer. Η αλουμίνα στη συνέχεια μετατρέπεται σε μεταλλικό αλουμίνιο χρησιμοποιώντας ηλεκτρολυτικά κύτταρα 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 είναι ανακυκλωμένα παλιοσίδερα αλουμινίου. Η χρήση ανακυκλωμένου αλουμινίου είναι οικονομικά και περιβαλλοντικά επιτακτική. Χρειάζονται 14.000 kWh για να παράγουν 1 τόνο νέου αλουμινίου. Αντίθετα, χρειάζεται μόνο το 5% αυτού για να απομακρυνθεί και να ανακυκλώσει έναν τόνο αλουμινίου. Δεν υπάρχει διαφορά στην ποιότητα μεταξύ παρθένου και ανακυκλωμένων κραμάτων αλουμινίου.

Εφαρμογές αλουμινίου

Καθαρόςαλουμίνιοείναι μαλακό, όλκιμο, ανθεκτικό στη διάβρωση και έχει υψηλή ηλεκτρική αγωγιμότητα. Χρησιμοποιείται ευρέως για καλώδια αλουμινόχαρτου και αγωγού, αλλά το κράμα με άλλα στοιχεία είναι απαραίτητη για την παροχή των υψηλότερων πλεονεκτημάτων που απαιτούνται για άλλες εφαρμογές. Το αλουμίνιο είναι ένα από τα ελαφρύτερα μηχανικά μέταλλα, με αναλογία αντοχής προς βάρος ανώτερο προς χάλυβα.

Χρησιμοποιώντας διάφορους συνδυασμούς των πλεονεκτικών ιδιοτήτων της, όπως η δύναμη, η ελαφρότητα, η αντοχή στη διάβρωση, η ανακύκλωση και η μορφοποιητικότητα, το αλουμίνιο χρησιμοποιείται σε έναν συνεχώς αυξανόμενο αριθμό εφαρμογών. Αυτή η σειρά προϊόντων κυμαίνεται από δομικά υλικά μέχρι τα λεπτά φύλλα συσκευασίας.

Ονομασίες κράματος

Το αλουμίνιο είναι πιο συχνά αλουμινένιο με χαλκό, ψευδάργυρο, μαγνήσιο, πυρίτιο, μαγγάνιο και λίθιο. Μικρές προσθήκες χρωμίου, τιτανίου, ζιρκονίου, μολύβδου, βισμούθου και νικελίου γίνονται επίσης και ο σίδηρος είναι πάντα παρούσα σε μικρές ποσότητες.

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

Πίνακας 1.Ονομασίες για κράματα αλουμινίου από σφυρήλατο.

Για τα μη αλλοιωμένα κράματα αλουμινίου που ονομάζονται 1xxx, τα τελευταία δύο ψηφία αντιπροσωπεύουν την καθαρότητα του μετάλλου. Είναι το ισοδύναμο με τα τελευταία δύο ψηφία μετά το δεκαδικό σημείο όταν η καθαρότητα του αλουμινίου εκφράζεται στο πλησιέστερο 0,01 %. Το δεύτερο ψηφίο υποδεικνύει τροποποιήσεις στα όρια ακαθαρσιών. Εάν το δεύτερο ψηφίο είναι μηδέν, υποδεικνύει μη αλουμινένιο αλουμίνιο που έχει φυσικά όρια ακαθαρσίας και 1 έως 9, υποδεικνύει μεμονωμένες ακαθαρσίες ή στοιχεία κράματος.

Για τις ομάδες 2xxx έως 8xxx, τα τελευταία δύο ψηφία αναγνωρίζουν διαφορετικά κράματα αλουμινίου στην ομάδα. Το δεύτερο ψηφίο υποδεικνύει τροποποιήσεις κράματος. Ένα δεύτερο ψηφίο μηδέν δείχνει το αρχικό κράμα και τους ακέραιους ακέραιους 1 έως 9 υποδεικνύουν διαδοχικές τροποποιήσεις κράματος.

Φυσικές ιδιότητες του αλουμινίου

Πυκνότητα αλουμινίου

Το αλουμίνιο έχει πυκνότητα γύρω από το ένα τρίτο της χάλυβα ή του χαλκού που την καθιστά ένα από τα ελαφρύτερα εμπορικά διαθέσιμα μέταλλα. Η προκύπτουσα υψηλή αναλογία αντοχής προς βάρος το καθιστά ένα σημαντικό δομικό υλικό που επιτρέπει την αύξηση των ωφέλιμων φορτίων ή της εξοικονόμησης καυσίμων για τις βιομηχανίες μεταφορών ειδικότερα.

Δύναμη αλουμινίου

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

Αλουμίνιοείναι κατάλληλο για κρύα περιβάλλοντα. Έχει το πλεονέκτημα έναντι του χάλυβα, καθώς η αντοχή του σε εφελκυσμό αυξάνεται με τη μείωση της θερμοκρασίας, διατηρώντας παράλληλα την σκληρότητα του. Ο χάλυβας από την άλλη πλευρά γίνεται εύθραυστος σε χαμηλές θερμοκρασίες.

Αντοχή στη διάβρωση του αλουμινίου

Όταν εκτίθεται στον αέρα, ένα στρώμα οξειδίου του αργιλίου σχηματίζεται σχεδόν στιγμιαία στην επιφάνεια του αλουμινίου. Αυτό το στρώμα έχει εξαιρετική αντίσταση 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 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 το χαλκό, το αλουμίνιο έχει ηλεκτρική αγωγιμότητα αρκετά υψηλή για χρήση ως ηλεκτρικός αγωγός. Αν και η αγωγιμότητα του κοινώς χρησιμοποιούμενου κράματος (1350) είναι μόνο περίπου το 62% του ανόπτησης χαλκού, είναι μόνο το ένα τρίτο το βάρος και συνεπώς μπορεί να διεξάγει διπλάσια ηλεκτρική ενέργεια σε σύγκριση με το χαλκό του ίδιου βάρους.

Ανακλαστικότητα του αλουμινίου

Από την UV έως το RED-RED, το αλουμίνιο είναι ένας εξαιρετικός ανακλαστήρας ακτινοβολίας ενέργειας. Η ανακλαστικότητα του ορατού φωτός περίπου 80% σημαίνει ότι χρησιμοποιείται ευρέως σε φωτιστικά. Οι ίδιες ιδιότητες της ανακλαστικότητας κάνειαλουμίνιοΙδανικό ως μονωτικό υλικό για την προστασία από τις ακτίνες του ήλιου το καλοκαίρι, ενώ μοιάζει με απώλεια θερμότητας το χειμώνα.

Πίνακας 2.Ιδιότητες για αλουμίνιο.

Μηχανικές ιδιότητες του αλουμινίου

Το αλουμίνιο μπορεί να παραμορφωθεί σοβαρά χωρίς αποτυχία. Αυτό επιτρέπει στο αλουμίνιο να σχηματίζεται με κύλιση, εξώθηση, σχεδίαση, κατεργασία και άλλες μηχανικές διεργασίες. Μπορεί επίσης να μεταδοθεί σε υψηλή ανοχή.

Το κράμα, η ψυχρή εργασία και η θερμική επεξεργασία μπορούν να χρησιμοποιηθούν για να προσαρμόσουν τις ιδιότητες του αλουμινίου.

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

Πρότυπα αργιλίου

Το παλιό πρότυπο BS1470 έχει αντικατασταθεί από εννέα πρότυπα EN. Τα πρότυπα EN δίδονται στον Πίνακα 4.

Πίνακας 4.Πρότυπα για αλουμίνιο

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

• Χημικές συνθέσεις - αμετάβλητες.
• Σύστημα αρίθμησης κράματος - αμετάβλητο.
• Οι ονομασίες θερμοκρασίας για θερμικά θεραπευτικά κράματα καλύπτουν τώρα ένα ευρύτερο φάσμα ειδικών θερμοκρασιών. Έως τέσσερα ψηφία μετά την εισαγωγή των μη τυποποιημένων εφαρμογών (π.χ. T6151).
• Οι ονομασίες των θερμοκρασιών για μη θερμικά θεραπευτικά κράματα - οι υπάρχουσες θερμοκρασίες παραμένουν αμετάβλητες, αλλά οι θερμοκρασίες καθορίζονται πλέον περισσότερο από την άποψη του τρόπου με τον οποίο δημιουργούνται. Η μαλακή (o) ιδιοσυγκρασία είναι τώρα H111 και έχει εισαχθεί μια ενδιάμεση ιδιοσυγκρασία H112. Για το κράμα 5251 οι θερμοκρασίες εμφανίζονται τώρα ως H32/H34/H36/H38 (ισοδύναμο με H22/H24, κλπ). H19/H22 & H24 εμφανίζονται τώρα ξεχωριστά.
• Μηχανικές ιδιότητες - Παραμένουν παρόμοιες με τα προηγούμενα στοιχεία. 0,2% άγχος απόδειξης πρέπει τώρα να αναφέρεται στα πιστοποιητικά δοκιμών.
• Οι ανοχές έχουν αυξηθεί σε διάφορους βαθμούς.
  

  Θερμική επεξεργασία αλουμινίου

  Μια σειρά θεραπειών θερμότητας μπορεί να εφαρμοστεί στα κράματα αλουμινίου:

  • Ομογένεση - Η απομάκρυνση του διαχωρισμού με θέρμανση μετά τη χύτευση.
  • Ανόπτηση-που χρησιμοποιείται μετά από κρύο που εργάζεται για να μαλακώσει τα κράματα σκληρότητας εργασίας (1xxx, 3xxx και 5xxx).
  • Βροχόπτωση ή σκλήρυνση ηλικίας (κράματα 2xxx, 6xxx και 7xxx).
  • Λύση θερμική επεξεργασία πριν από τη γήρανση των κραμάτων σκλήρυνσης βροχοπτώσεων.
  • Στεγασία για τη σκλήρυνση των επικαλύψεων
  • Μετά τη θερμική επεξεργασία προστίθεται ένα επίθημα προστίθεται στους αριθμούς χαρακτηρισμού.
  • Το επίθημα F σημαίνει "ως κατασκευασμένο".
  • O σημαίνει "ανόπτηση από σφυρήλατα προϊόντα".
  • T σημαίνει ότι έχει «υποβληθεί σε θερμική επεξεργασία».
  • W σημαίνει ότι το υλικό έχει υποβληθεί σε θερμική επεξεργασία με διάλυμα.
  • Το H αναφέρεται σε μη θερμικά θεραπευτικά κράματα που είναι "κρύα επεξεργασμένα" ή "στέλεχος σκληρυμένα".
  • Τα μη θερμικά θεραπευτικά κράματα είναι εκείνα στις ομάδες 3xxx, 4xxx και 5xxx.