Aluminij je najzastupljeniji metal na svijetu i treći je najčešći element koji čini 8% Zemljine kore. Svestranost aluminija čini ga najkorištenijim metalom nakon čelika.

Proizvodnja aluminija

Aluminij se dobiva iz minerala boksita. Boksit se Bayerovim procesom pretvara u aluminijev oksid (glinica). Glinica se zatim pretvara u metalni aluminij pomoću elektrolitičkih ćelija i Hall-Heroultovog procesa.

Godišnja potražnja za aluminijem

Svjetska potražnja za aluminijem iznosi oko 29 milijuna tona godišnje. Oko 22 milijuna tona je novi aluminij, a 7 milijuna tona je reciklirani aluminijski otpad. Korištenje recikliranog aluminija je ekonomski i ekološki uvjerljivo. Za proizvodnju 1 tone novog aluminija potrebno je 14 000 kWh. Suprotno tome, potrebno je samo 5% toga za ponovno taljenje i recikliranje jedne tone aluminija. Nema razlike u kvaliteti između čistih i recikliranih aluminijskih legura.

Primjena aluminija

čistaaluminijje mekan, duktilan, otporan na koroziju i ima visoku električnu vodljivost. Široko se koristi za folije i kabele s vodičima, ali potrebno je legiranje s drugim elementima kako bi se osigurala veća čvrstoća potrebna za druge primjene. Aluminij je jedan od najlakših građevinskih metala, s omjerom čvrstoće i težine boljim od čelika.

Korištenjem različitih kombinacija njegovih povoljnih svojstava kao što su čvrstoća, lakoća, otpornost na koroziju, mogućnost recikliranja i oblikovanja, aluminij se koristi u sve većem broju primjena. Ovaj niz proizvoda seže od strukturnih materijala do tankih folija za pakiranje.

Oznake legura

Aluminij je najčešće legiran s bakrom, cinkom, magnezijem, silicijem, manganom i litijem. Također se dodaju mali dodaci kroma, titana, cirkonija, olova, bizmuta i nikla, a željezo je uvijek prisutno u malim količinama.

Postoji preko 300 kovanih legura od kojih je 50 u zajedničkoj uporabi. Obično se identificiraju četveroznamenkastim sustavom koji je nastao u SAD-u i sada je univerzalno prihvaćen. Tablica 1 opisuje sustav za gnječene legure. Lijevane legure imaju slične oznake i koriste peteroznamenkasti sustav.

Tablica 1.Oznake za kovane aluminijske legure.

Za nelegirane kovane legure aluminija označene 1XXX, zadnje dvije znamenke predstavljaju čistoću metala. One su ekvivalentne zadnje dvije znamenke nakon decimalne točke kada je čistoća aluminija izražena na najbližih 0,01 posto. Druga znamenka označava promjene u granicama nečistoća. Ako je druga znamenka nula, to označava nelegirani aluminij s ograničenjima prirodnih nečistoća, a 1 do 9 označava pojedinačne nečistoće ili elemente legure.

Za skupine od 2XXX do 8XXX, posljednje dvije znamenke identificiraju različite aluminijske legure u skupini. Druga znamenka označava modifikacije legure. Druga znamenka nula označava izvornu leguru, a cijeli brojevi od 1 do 9 označavaju uzastopne modifikacije legure.

Fizička svojstva aluminija

Gustoća aluminija

Aluminij ima gustoću oko jedne trećine gustoće čelika ili bakra što ga čini jednim od najlakših komercijalno dostupnih metala. Rezultirajući visoki omjer čvrstoće i težine čini ga važnim konstrukcijskim materijalom koji omogućuje povećanje nosivosti ili uštedu goriva posebno za transportne industrije.

Čvrstoća aluminija

Čisti aluminij nema visoku vlačnu čvrstoću. Međutim, dodavanje legirajućih elemenata poput mangana, silicija, bakra i magnezija može povećati svojstva čvrstoće aluminija i proizvesti leguru sa svojstvima prilagođenim određenim primjenama.

Aluminijdobro odgovara hladnim okruženjima. Ima prednost u odnosu na čelik u tome što se njegova vlačna čvrstoća povećava s padom temperature, dok zadržava svoju žilavost. S druge strane, čelik postaje krt na niskim temperaturama.

Otpornost aluminija na koroziju

Kada je izložen zraku, sloj aluminijevog oksida stvara se gotovo trenutačno na površini aluminija. Ovaj sloj ima izvrsnu otpornost na koroziju. Prilično je otporan na većinu kiselina, ali manje otporan na lužine.

Toplinska vodljivost aluminija

Toplinska vodljivost aluminija je oko tri puta veća od čelika. To čini aluminij važnim materijalom i za hlađenje i za grijanje, kao što su izmjenjivači topline. U kombinaciji s neotrovnošću, ovo svojstvo znači da se aluminij intenzivno koristi u priboru za kuhanje i kuhinjskom posuđu.

Električna vodljivost aluminija

Zajedno s bakrom, aluminij ima dovoljno visoku električnu vodljivost za korištenje kao električni vodič. Iako je vodljivost uobičajeno korištene vodljive legure (1350) samo oko 62% žarenog bakra, ona je samo jedna trećina težine i stoga može provoditi dvostruko više elektriciteta u usporedbi s bakrom iste težine.

Reflektivnost aluminija

Od UV do infracrvenog, aluminij je izvrstan reflektor energije zračenja. Reflektivnost vidljive svjetlosti od oko 80% znači da se široko koristi u rasvjetnim tijelima. Ista svojstva refleksije činialuminijidealan kao izolacijski materijal za zaštitu od sunčevih zraka ljeti, dok izolacija od gubitka topline zimi.

Tablica 2.Svojstva za aluminij.

Mehanička svojstva aluminija

Aluminij se može ozbiljno deformirati bez kvara. To omogućuje oblikovanje aluminija valjanjem, ekstrudiranjem, izvlačenjem, strojnom obradom i drugim mehaničkim postupcima. Također se može lijevati na visoku toleranciju.

Legiranje, hladna obrada i toplinska obrada mogu se koristiti za prilagođavanje svojstava aluminija.

Vlačna čvrstoća čistog aluminija je oko 90 MPa, ali se može povećati na preko 690 MPa za neke legure koje se mogu toplinski obraditi.

Standardi za aluminij

Stari standard BS1470 zamijenjen je s devet EN standarda. EN standardi dani su u tablici 4.

Tablica 4.EN standardi za aluminij

EN standardi se razlikuju od starog standarda, BS1470 u sljedećim područjima:

• Kemijski sastav – nepromijenjen.
• Sustav numeriranja legura – nepromijenjen.
• Oznake stanja za toplinski obrađene legure sada pokrivaju širi raspon posebnih stanja. Do četiri znamenke nakon T uvedene su za nestandardne primjene (npr. T6151).
• Oznake stanja za legure koje se ne mogu toplinski obraditi – postojeće stanje je nepromijenjeno, ali stanje je sada sveobuhvatnije definirano u smislu načina na koji se stvaraju. Blagi (O) temperament je sada H111 i uveden je srednji temperament H112. Za leguru 5251 temperature su sada prikazane kao H32/H34/H36/H38 (ekvivalentno H22/H24, itd.). H19/H22 i H24 sada su prikazani odvojeno.
• Mehanička svojstva – ostaju slična prethodnim slikama. 0,2% Proof Stress sada mora biti navedeno na ispitnim certifikatima.
• Tolerancije su pooštrene u različitim stupnjevima.
  

  Toplinska obrada aluminija

  Na aluminijske legure može se primijeniti niz toplinskih obrada:

  • Homogenizacija – uklanjanje segregacije zagrijavanjem nakon lijevanja.
  • Žarenje – koristi se nakon hladne obrade za omekšavanje legura koje otvrdnjavaju pri radu (1XXX, 3XXX i 5XXX).
  • Otvrdnjavanje taložnim ili starenjem (legure 2XXX, 6XXX i 7XXX).
  • Toplinska obrada otopinom prije starenja taložno otvrdnjavajućih legura.
  • Pečenje za stvrdnjavanje premaza
  • Nakon toplinske obrade oznakama se dodaje sufiks.
  • Sufiks F znači "kao izmišljen".
  • O znači "žareni kovani proizvodi".
  • T znači da je “toplinski obrađeno”.
  • W znači da je materijal toplinski obrađen otopinom.
  • H se odnosi na legure koje se ne mogu toplinski obraditi i koje su "hladno obrađene" ili "kaljene".
  • Legure koje se ne mogu toplinski obraditi su one u skupinama 3XXX, 4XXX i 5XXX.