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

Proizvodnja aluminija

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

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 reciklirani aluminijski otpad. Korištenje recikliranog aluminija ekonomski je i ekološki isplativo. Za proizvodnju 1 tone novog aluminija potrebno je 14 000 kWh. Suprotno tome, za pretaljenje i recikliranje jedne tone aluminija potrebno je samo 5% toga. Nema razlike u kvaliteti između djevičanskih i recikliranih aluminijskih legura.

Primjena aluminija

ČistoaluminijMekan je, duktilan, otporan na koroziju i ima visoku električnu vodljivost. Široko se koristi za folijske i vodičke kabele, ali legiranje s drugim elementima je potrebno kako bi se osigurale veće čvrstoće potrebne za druge primjene. Aluminij je jedan od najlakših inženjerskih metala, s omjerom čvrstoće i težine većim od čelika.

Korištenjem različitih kombinacija svojih povoljnih svojstava poput čvrstoće, lakoće, otpornosti na koroziju, mogućnosti recikliranja i oblikovanja, aluminij se koristi u sve većem broju primjena. Ovaj niz proizvoda kreće se od konstrukcijskih materijala do tankih folija za pakiranje.

Oznake legura

Aluminij se najčešće legira 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 se 50 uobičajeno koristi. Obično se identificiraju četveroznamenkastim sustavom koji je nastao u SAD-u i sada je univerzalno prihvaćen. Tablica 1 opisuje sustav za kovane legure. Lijevane legure imaju slične oznake i koriste peteroznamenkasti sustav.

Tablica 1.Oznake za kovane aluminijske legure.

Za nelegirane kovane aluminijske legure označene s 1XXX, posljednje dvije znamenke predstavljaju čistoću metala. One su ekvivalentne zadnjim dvjema znamenkama nakon decimalne točke kada se čistoća aluminija izražava s točnošću od 0,01 posto. Druga znamenka označava promjene u granicama nečistoća. Ako je druga znamenka nula, označava nelegirani aluminij s prirodnim granicama nečistoća, a brojevi od 1 do 9 označavaju pojedinačne nečistoće ili legirajuće elemente.

Za skupine od 2XXX do 8XXX, posljednje dvije znamenke označavaju 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 od otprilike jedne trećine gustoće čelika ili bakra, što ga čini jednim od najlakših komercijalno dostupnih metala. Visok omjer čvrstoće i težine čini ga važnim konstrukcijskim materijalom koji omogućuje povećanje korisnog tereta ili uštedu goriva, posebno u transportnoj industriji.

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 je prilagođen hladnim okruženjima. Ima prednost u odnosu na čelik jer mu se vlačna čvrstoća povećava snižavanjem temperature, a zadržava žilavost. Čelik, s druge strane, postaje krhak na niskim temperaturama.

Otpornost aluminija na koroziju

Kada je izložen zraku, na površini aluminija gotovo trenutno se stvara sloj aluminijevog oksida. 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 otprilike tri puta veća od one čelika. Zbog toga je aluminij važan materijal za primjenu u hlađenju i grijanju, poput izmjenjivača topline. U kombinaciji s time što je netoksičan, ovo svojstvo znači da se aluminij široko koristi u kuhinjskom priboru i posuđu.

Električna vodljivost aluminija

Uz bakar, aluminij ima dovoljno visoku električnu vodljivost za upotrebu kao električni vodič. Iako je vodljivost uobičajeno korištene vodljive legure (1350) samo oko 62% žarenog bakra, teži samo trećinu i stoga može provoditi dvostruko više električne energije u usporedbi s bakrom iste težine.

Refleksija aluminija

Od UV do infracrvenog zračenja, aluminij je izvrstan reflektor energije zračenja. Refleksija vidljive svjetlosti od oko 80% znači da se široko koristi u rasvjetnim tijelima. Ista svojstva reflektivnosti činealuminijidealan kao izolacijski materijal za zaštitu od sunčevih zraka ljeti, a istovremeno izolira od gubitka topline zimi.

Tablica 2.Svojstva aluminija.

Mehanička svojstva aluminija

Aluminij se može ozbiljno deformirati bez loma. To omogućuje oblikovanje aluminija valjanjem, ekstruzijom, izvlačenjem, strojnom obradom i drugim mehaničkim procesima. Također se može lijevati s visokom tolerancijom.

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

Vlačna čvrstoća čistog aluminija je oko 90 MPa, ali se kod nekih toplinski obradivih legura može povećati na preko 690 MPa.

Aluminijski standardi

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

Tablica 4.EN norme za aluminij

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

• Kemijski sastav - nepromijenjen.
• Sustav numeriranja legura – nepromijenjen.
• Oznake stanja za toplinski obradive legure sada pokrivaju širi raspon posebnih stanja. Za nestandardne primjene uvedene su do četiri znamenke nakon T (npr. T6151).
• Oznake stanja za legure koje se ne mogu toplinski obrađivati ​​– postojeća stanja su nepromijenjena, ali su stanja sada sveobuhvatnije definirana u smislu načina na koji se stvaraju. Meko (O) stanje je sada H111, a uvedeno je i među stanje H112. Za leguru 5251 stanja su sada prikazana kao H32/H34/H36/H38 (ekvivalentno H22/H24 itd.). H19/H22 i H24 sada su prikazani odvojeno.
• Mehanička svojstva – ostaju slična prethodnim brojkama. Na ispitnim certifikatima sada se mora navesti granica tečenja od 0,2%.
• 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 se stvrdnjavaju (1XXX, 3XXX i 5XXX).
  • Očvršćivanje taloženjem ili starenjem (legure 2XXX, 6XXX i 7XXX).
  • Toplinska obrada otopinom prije starenja legura koje se kale precipitacijom.
  • Pečenje za stvrdnjavanje premaza
  • Nakon toplinske obrade brojevima oznaka dodaje se sufiks.
  • Sufiks F znači „kao što je izrađen“.
  • O znači „žareni kovano-obrađeni proizvodi“.
  • T znači da je „termički obrađeno“.
  • W znači da je materijal toplinski obrađen u otopini.
  • H se odnosi na legure koje se ne mogu toplinski obrađivati, a koje su "hladno obrađene" ili "očvrsnute deformacijom".
  • Legure koje se ne mogu toplinski obraditi su one iz skupina 3XXX, 4XXX i 5XXX.