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 dobija iz minerala boksita. Boksit se pretvara u aluminijev oksid (aluminij) putem Bayerovog procesa. Aluminij se zatim pretvara u metalni aluminij pomoću elektrolitičkih ćelija i Hall-Heroultovog procesa.

Godišnja potražnja za aluminijem

Svjetska potražnja za aluminijem iznosi oko 29 miliona tona godišnje. Oko 22 miliona tona je novi aluminij, a 7 miliona tona reciklirani aluminijski otpad. Upotreba recikliranog aluminija je ekonomski i ekološki isplativa. Potrebno je 14.000 kWh za proizvodnju 1 tone novog aluminija. S druge strane, potrebno je samo 5% od toga za pretapanje i recikliranje jedne tone aluminija. Nema razlike u kvalitetu između djevičanskih i recikliranih aluminijskih legura.

Primjena aluminija

ČistoaluminijAluminij je mekan, duktilan, otporan na koroziju i ima visoku električnu provodljivost. Široko se koristi za folijske i provodne kablove, ali je legiranje s drugim elementima neophodno kako bi se osigurala veća čvrstoća potrebna za druge primjene. Aluminij je jedan od najlakših inženjerskih metala, s odnosom čvrstoće i težine superiornijim od čelika.

Korištenjem različitih kombinacija svojih 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 kreće se od konstrukcijskih materijala do tankih folija za pakovanje.

Oznake legura

Aluminij se najčešće legira s bakrom, cinkom, magnezijem, silicijem, manganom i litijumom. Također se dodaju i 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 četverocifrenim sistemom koji je nastao u SAD-u i sada je univerzalno prihvaćen. Tabela 1 opisuje sistem za kovane legure. Lijevane legure imaju slične oznake i koriste petocifreni sistem.

Tabela 1.Oznake za kovane aluminijske legure.

Za nelegirane kovane aluminijske legure označene sa 1XXX, posljednje dvije cifre predstavljaju čistoću metala. One su ekvivalentne posljednje dvije cifre iza decimalne tačke kada se čistoća aluminija izražava na najbližih 0,01 posto. Druga cifra označava promjene u granicama nečistoća. Ako je druga cifra nula, to označava nelegirani aluminij s prirodnim granicama nečistoća, a brojevi od 1 do 9 označavaju pojedinačne nečistoće ili legirajuće elemente.

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

Fizička svojstva aluminija

Gustoća aluminija

Aluminij ima gustoću od oko jedne trećine gustoće čelika ili bakra, što ga čini jednim od najlakših komercijalno dostupnih metala. Visok odnos čvrstoće i težine, koji rezultira ovim odnosom, čini ga važnim konstrukcijskim materijalom, omogućavajući povećanje nosivosti ili uštedu goriva, posebno u transportnoj industriji.

Čvrstoća aluminija

Čisti aluminij nema visoku zateznu 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 zatezna čvrstoća povećava sa smanjenjem temperature, a istovremeno zadržava žilavost. S druge strane, čelik postaje krhak na niskim temperaturama.

Otpornost aluminija na koroziju

Kada je izložen zraku, na površini aluminija gotovo trenutno se formira sloj aluminijum oksida. Ovaj sloj ima odličnu otpornost na koroziju. Prilično je otporan na većinu kiselina, ali manje otporan na alkalije.

Toplinska provodljivost aluminija

Toplinska provodljivost aluminija je oko 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 provodljivost aluminija

Zajedno s bakrom, aluminij ima dovoljno visoku električnu provodljivost za upotrebu kao električni provodnik. Iako je provodljivost uobičajeno korištene provodljive legure (1350) samo oko 62% provodljivosti žarenog bakra, ona je samo trećina težine i stoga može provoditi dvostruko više električne energije u poređenju s bakrom iste težine.

Refleksija aluminija

Od UV do infracrvenog zračenja, aluminijum je odličan reflektor energije zračenja. Refleksija vidljive svjetlosti od oko 80% znači da se široko koristi u rasvjetnim tijelima. Ista svojstva refleksije čine...aluminijIdealan kao izolacijski materijal za zaštitu od sunčevih zraka ljeti, a istovremeno izoluje od gubitka toplote zimi.

Tabela 2.Svojstva aluminija.

Mehanička svojstva aluminija

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

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

Zatezna čvrstoća čistog aluminija je oko 90 MPa, ali se kod nekih legura koje se mogu termički obraditi može povećati na preko 690 MPa.

Aluminijski standardi

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

Tabela 4.EN standardi za aluminij

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

• Hemijski sastav – nepromijenjen.
• Sistem numerisanja legura – nepromijenjen.
• Oznake stanja za legure koje se mogu termički obraditi sada pokrivaju širi raspon posebnih stanja. Za nestandardne primjene uvedene su do četiri cifre nakon slova T (npr. T6151).
• Oznake stanja za legure koje se ne mogu termički 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 su sada prikazani odvojeno.
• Mehanička svojstva – ostaju slična prethodnim vrijednostima. Na ispitnim certifikatima sada se mora navesti granica tečenja od 0,2%.
• Tolerancije su pooštrene u različitim stepenima.
  

  Termička obrada aluminija

  Na aluminijske legure se može primijeniti niz termičkih obrada:

  • Homogenizacija – uklanjanje segregacije zagrijavanjem nakon livenja.
  • Žarenje – koristi se nakon hladne obrade za omekšavanje legura koje se ojačavaju (1XXX, 3XXX i 5XXX).
  • Očvršćavanje taloženjem ili starenjem (legure 2XXX, 6XXX i 7XXX).
  • Obrada rastvorom toplinom prije starenja legura koje se taložno očvršćavaju.
  • Pečenje za stvrdnjavanje premaza
  • Nakon termičke obrade, brojevima oznaka se dodaje sufiks.
  • Sufiks F znači „kao što je proizvedeno“.
  • O znači „žareni kovano-obrađeni proizvodi“.
  • T znači da je "termički obrađeno".
  • W znači da je materijal termički obrađen u rastvoru.
  • H se odnosi na legure koje se ne mogu termički obrađivati, a koje su "hladno obrađene" ili "očvrsnute deformacijom".
  • Legure koje se ne mogu termički obrađivati ​​su one iz grupa 3XXX, 4XXX i 5XXX.