Алуминият е най-разпространеният метал в света и третият най-разпространен елемент, съставляващ 8% от земната кора. Универсалността на алуминия го прави най-широко използваният метал след стоманата.

Производство на алуминий

Алуминият се получава от минерала боксит. Бокситът се превръща в алуминиев оксид (алуминиев оксид) чрез процеса на Байер. След това алуминиевият оксид се превръща в метален алуминий с помощта на електролитни клетки и процеса на Хол-Еруолт.

Годишно търсене на алуминий

Световното търсене на алуминий е около 29 милиона тона годишно. Около 22 милиона тона е нов алуминий, а 7 милиона тона са рециклиран алуминиев скрап. Използването на рециклиран алуминий е икономически и екологично изгодно. Необходими са 14 000 kWh, за да се произведе 1 тон нов алуминий. И обратно, необходими са само 5% от това, за да се претопи и рециклира един тон алуминий. Няма разлика в качеството между чисти и рециклирани алуминиеви сплави.

Приложения на алуминий

Чисталуминийе мек, пластичен, устойчив на корозия и има висока електрическа проводимост. Той се използва широко за фолио и проводящи кабели, но е необходимо легиране с други елементи, за да се осигури по-високата якост, необходима за други приложения. Алуминият е един от най-леките инженерни метали, като съотношението якост/тегло е по-добро от това на стоманата.

Чрез използването на различни комбинации от своите предимства, като здравина, лекота, устойчивост на корозия, рециклируемост и формовъчност, алуминият се използва във все по-голям брой приложения. Тази гама от продукти варира от конструкционни материали до тънки опаковъчни фолиа.

Обозначения на сплави

Алуминият най-често се легира с мед, цинк, магнезий, силиций, манган и литий. Правят се и малки добавки от хром, титан, цирконий, олово, бисмут и никел, а желязото неизменно присъства в малки количества.

Съществуват над 300 ковани сплави, като 50 от тях са общоприети. Те обикновено се идентифицират чрез четирицифрена система, която произхожда от САЩ и сега е универсално приета. Таблица 1 описва системата за ковани сплави. Летите сплави имат подобни обозначения и използват петцифрена система.

Таблица 1.Обозначения за ковани алуминиеви сплави.

За нелегирани ковани алуминиеви сплави, обозначени с 1XXX, последните две цифри представляват чистотата на метала. Те са еквивалентни на последните две цифри след десетичната запетая, когато чистотата на алуминия се изразява с точност до 0,01 процента. Втората цифра показва промени в границите на примеси. Ако втората цифра е нула, това показва, че нелегиран алуминий има естествени граници на примеси, а цифрите от 1 до 9 показват отделни примеси или легиращи елементи.

За групите от 2XXX до 8XXX, последните две цифри идентифицират различните алуминиеви сплави в групата. Втората цифра показва модификации на сплавта. Втората цифра, равна на нула, показва оригиналната сплав, а целите числа от 1 до 9 показват последователни модификации на сплавта.

Физични свойства на алуминия

Плътност на алуминия

Алуминият има плътност около една трета от тази на стоманата или медта, което го прави един от най-леките търговски достъпни метали. Полученото от това високо съотношение якост/тегло го прави важен конструкционен материал, позволяващ увеличаване на полезния товар или икономия на гориво, по-специално за транспортната индустрия.

Якост на алуминия

Чистият алуминий няма висока якост на опън. Добавянето на легиращи елементи като манган, силиций, мед и магнезий обаче може да увеличи якостните свойства на алуминия и да създаде сплав със свойства, съобразени с конкретни приложения.

Алуминийе подходящ за студени среди. Има предимството пред стоманата, че якостта му на опън се увеличава с понижаване на температурата, като същевременно запазва жилавостта си. Стоманата, от друга страна, става крехка при ниски температури.

Корозионна устойчивост на алуминий

Когато е изложен на въздух, върху повърхността на алуминия се образува почти мигновено слой от алуминиев оксид. Този слой има отлична устойчивост на корозия. Той е сравнително устойчив на повечето киселини, но по-малко устойчив на основи.

Топлопроводимост на алуминий

Топлопроводимостта на алуминия е около три пъти по-голяма от тази на стоманата. Това прави алуминия важен материал както за охлаждане, така и за отопление, като например топлообменници. В комбинация с това, че е нетоксичен, това свойство означава, че алуминият се използва широко в готварските прибори и кухненските съдове.

Електрическа проводимост на алуминий

Заедно с медта, алуминият има достатъчно висока електрическа проводимост, за да се използва като електрически проводник. Въпреки че проводимостта на често използваната проводяща сплав (1350) е само около 62% от отгрятата мед, тя е само една трета от теглото ѝ и следователно може да провежда два пъти повече електричество в сравнение с медта със същото тегло.

Отражателна способност на алуминия

От UV до инфрачервени лъчи, алуминият е отличен отражател на лъчиста енергия. Коефициентът на отражение на видимата светлина от около 80% означава, че той се използва широко в осветителни тела. Същите свойства на отражение правят...алуминийидеален като изолационен материал за защита от слънчевите лъчи през лятото, като същевременно изолира срещу загуба на топлина през зимата.

Таблица 2.Свойства на алуминия.

Механични свойства на алуминия

Алуминият може да се деформира силно без повреда. Това позволява алуминият да се формова чрез валцоване, екструдиране, изтегляне, машинна обработка и други механични процеси. Той може също така да се отлива с висок толеранс.

Легиране, студена обработка и термична обработка могат да се използват за приспособяване на свойствата на алуминия.

Якостта на опън на чистия алуминий е около 90 MPa, но за някои термообработваеми сплави тя може да се увеличи до над 690 MPa.

Алуминиеви стандарти

Старият стандарт BS1470 е заменен от девет стандарта EN. Стандартите EN са дадени в таблица 4.

Таблица 4.EN стандарти за алуминий

Стандартите EN се различават от стария стандарт BS1470 в следните области:

• Химичен състав – непроменен.
• Системата за номериране на сплавите – непроменена.
• Обозначенията за състояние на термично обработваемите сплави вече обхващат по-широк диапазон от специални състояния. За нестандартни приложения са въведени до четири цифри след T (напр. T6151).
• Обозначения на темперите за сплави, които не подлежат на термична обработка – съществуващите темпери са непроменени, но темперите вече са по-изчерпателно дефинирани по отношение на начина, по който се създават. Мекият (O) темпер вече е H111, а междинният темпер H112 е въведен. За сплав 5251 темперите вече са показани като H32/H34/H36/H38 (еквивалентно на H22/H24 и др.). H19/H22 и H24 вече са показани отделно.
• Механични свойства – остават подобни на предишните стойности. В сертификатите от изпитвания вече трябва да се посочва якост на течливост от 0,2%.
• Толерансите са затегнати в различна степен.
  

  Термична обработка на алуминий

  Алуминиевите сплави могат да се обработват с помощта на различни термични методи:

  • Хомогенизиране – отстраняване на сегрегацията чрез нагряване след леене.
  • Отгряване – използва се след студена обработка за омекотяване на втвърдяващи се сплави (1XXX, 3XXX и 5XXX).
  • Втвърдяване чрез утаяване или стареене (сплави 2XXX, 6XXX и 7XXX).
  • Термична обработка с разтвор преди стареене на валежно втвърдяващи се сплави.
  • Пещ за втвърдяване на покрития
  • След термична обработка към номерата на обозначенията се добавя наставка.
  • Наставката F означава „както е изработено“.
  • O означава „отгряти ковани продукти“.
  • Т означава, че е било „термично обработено“.
  • W означава, че материалът е претърпял термична обработка в разтвор.
  • H се отнася до нетермично обработваеми сплави, които са „студено обработени“ или „деформационно закалени“.
  • Нетермично необработваемите сплави са тези от групите 3XXX, 4XXX и 5XXX.