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

Proizvodnja aluminijuma

Aluminijum se dobija od minerala boksita. Boksit se pretvara u aluminijum oksid (aluminijum) putem Bayerovog procesa. Aluminij se zatim pretvara u metal aluminija pomoću elektrolitičkih ćelija i Hall-Heroultovog procesa.

Godišnja potražnja za aluminijumom

Svjetska potražnja za aluminijumom je oko 29 miliona tona godišnje. Oko 22 miliona tona je novog aluminijuma, a 7 miliona tona recikliranog aluminijumskog otpada. Upotreba recikliranog aluminijuma je ekonomski i ekološki prihvatljiva. Za proizvodnju 1 tone novog aluminijuma potrebno je 14.000 kWh. S druge strane, potrebno je samo 5% toga da se pretopi i reciklira jedna tona aluminijuma. Ne postoji razlika u kvaliteti između devičanskih i recikliranih aluminijskih legura.

Primjena aluminijuma

Čistoaluminijumje mekan, duktilan, otporan na koroziju i ima visoku električnu provodljivost. Široko se koristi za folijske i provodničke kablove, ali je legiranje sa drugim elementima neophodno da bi se obezbedile veće čvrstoće potrebne za druge primene. Aluminij je jedan od najlakših inženjerskih metala, koji ima bolji odnos snage i težine od čelika.

Koristeći različite kombinacije svojih povoljnih svojstava kao što su čvrstoća, lakoća, otpornost na koroziju, mogućnost recikliranja i oblikovnost, aluminij se koristi u sve većem broju primjena. Ova paleta proizvoda kreće se od strukturalnih materijala do tankih folija za pakovanje.

Oznake legure

Aluminij je najčešće legiran sa bakrom, cinkom, magnezijumom, silicijumom, manganom i litijumom. Takođe se prave i mali dodaci hroma, titana, cirkonija, olova, bizmuta i nikla, a gvožđe je uvek prisutno u malim količinama.

Postoji preko 300 kovanih legura od kojih je 50 u zajedničkoj upotrebi. Obično se identifikuju pomoću četvorocifrenog sistema koji je nastao u SAD i sada je univerzalno prihvaćen. Tabela 1 opisuje sistem za kovane legure. Livene legure imaju slične oznake i koriste petocifreni sistem.

Tabela 1.Oznake za kovane legure aluminijuma.

Za legure nelegiranog kovanog aluminijuma označene sa 1XXX, poslednje dve cifre predstavljaju čistoću metala. One su ekvivalentne posljednje dvije cifre 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 aluminijum koji ima prirodne granice nečistoća, a od 1 do 9 označava pojedinačne nečistoće ili legirne elemente.

Za grupe od 2XXX do 8XXX, posljednje dvije cifre identifikuju različite legure aluminijuma u grupi. Druga znamenka označava modifikacije legure. Druga znamenka nula označava originalnu leguru, a cijeli brojevi od 1 do 9 označavaju uzastopne modifikacije legure.

Fizička svojstva aluminijuma

Gustina aluminijuma

Aluminij ima gustinu 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 strukturnim materijalom koji omogućava povećanu nosivost ili uštedu goriva posebno za transportne industrije.

Čvrstoća aluminijuma

Čisti aluminijum nema veliku vlačnu čvrstoću. Međutim, dodavanje legirajućih elemenata kao što su mangan, silicijum, bakar i magnezijum može povećati svojstva čvrstoće aluminijuma i proizvesti leguru sa svojstvima prilagođenim određenim primenama.

Aluminijumje pogodan za hladna okruženja. Ima prednost u odnosu na čelik u tome što se njegova vlačna čvrstoća povećava sa smanjenjem temperature, a zadržava svoju žilavost. Čelik s druge strane postaje lomljiv na niskim temperaturama.

Otpornost aluminijuma na koroziju

Kada je izložen vazduhu, sloj aluminijum oksida se formira skoro trenutno na površini aluminijuma. Ovaj sloj ima odličnu otpornost na koroziju. Prilično je otporan na većinu kiselina, ali manje otporan na lužine.

Toplotna provodljivost aluminijuma

Toplotna provodljivost 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 sa netoksičnošću, ovo svojstvo znači da se aluminijum u velikoj meri koristi u posuđu za kuvanje i kuhinjskom posuđu.

Električna vodljivost aluminijuma

Zajedno s bakrom, aluminij ima električnu provodljivost dovoljno visoku da se može koristiti kao električni provodnik. Iako je provodljivost najčešće korištene provodljive legure (1350) samo oko 62% žarenog bakra, ona je samo jedna trećina težine i stoga može provesti dvostruko više električne energije u usporedbi s bakrom iste težine.

Reflektivnost aluminijuma

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

Tabela 2.Svojstva za aluminijum.

Mehanička svojstva aluminijuma

Aluminijum se može ozbiljno deformisati bez kvara. Ovo omogućava da se aluminijum formira valjanjem, ekstrudiranjem, izvlačenjem, obradom i drugim mehaničkim procesima. Također se može baciti na visoku toleranciju.

Legiranje, hladna obrada i termička obrada mogu se koristiti za prilagođavanje svojstava aluminijuma.

Vlačna čvrstoća čistog aluminijuma je oko 90 MPa, ali se može povećati na preko 690 MPa za neke legure termički obrađene.

Aluminijski standardi

Stari standard BS1470 zamijenjen je sa devet EN standarda. EN standardi su dati u tabeli 4.

Tabela 4.EN standardi za aluminijum

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

• Hemijski sastav – nepromijenjen.
• Sistem numerisanja od legure – nepromenjen.
• Oznake temperamenta za legure koje se obrađuju toplinom sada pokrivaju širi raspon specijalnih temperamenata. Do četiri cifre nakon T su uvedene za nestandardne aplikacije (npr. T6151).
• Oznake temperamenta za legure koje se ne obrađuju termički – postojeće temperamente su nepromijenjene, ali su temperamenti sada sveobuhvatnije definirani u smislu načina na koji se stvaraju. Meka (O) temperamenta je sada H111, a uvedena je srednja temperamenta H112. Za leguru 5251 temperamenti su sada prikazani kao H32/H34/H36/H38 (ekvivalentno H22/H24, itd.). H19/H22 i H24 su sada prikazani odvojeno.
• Mehaničke karakteristike – ostaju slične prethodnim slikama. 0,2% Proof Stres sada mora biti navedeno na ispitnim certifikatima.
• Tolerancije su pooštrene u različitim stepenima.
  

  Toplinska obrada aluminijuma

  Na aluminijske legure može se primijeniti niz toplinskih tretmana:

  • Homogenizacija – uklanjanje segregacije zagrijavanjem nakon livenja.
  • Žarenje – koristi se nakon hladne obrade za omekšavanje legura koje se stvrdnjavaju (1XXX, 3XXX i 5XXX).
  • Stvrdnjavanje precipitacijom ili starenjem (legure 2XXX, 6XXX i 7XXX).
  • Toplinska obrada rastvorom pre starenja legura taložnog očvršćavanja.
  • Peć za očvršćavanje premaza
  • Nakon termičke obrade, oznakama se dodaje sufiks.
  • Sufiks F znači “kao izmišljeno”.
  • O znači “žareni kovani proizvodi”.
  • T znači da je "toplinski obrađen".
  • W znači da je materijal termički obrađen otopinom.
  • H se odnosi na legure koje se ne obrađuju toplinom i koje su „hladno obrađene“ ili „deformaciono kaljene“.
  • Legure koje se ne mogu termički obrađivati ​​su one iz grupa 3XXX, 4XXX i 5XXX.