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

Производство на алуминий

Алуминият се извлича от минерала боксит. Бокситът се превръща в алуминиев оксид (алуминиев оксид) чрез процеса на Байер. След това двуалуминиевият оксид се превръща в метален алуминий с помощта на електролитни клетки и процеса на Hall-Heroult.

Годишно търсене на алуминий

Световното търсене на алуминий е около 29 милиона тона годишно. Около 22 милиона тона са нов алуминий и 7 милиона тона са рециклиран алуминиев скрап. Използването на рециклиран алуминий е икономически и екологично привлекателно. За производството на 1 тон нов алуминий са необходими 14 000 kWh. Обратно, необходими са само 5% от това за претопяване и рециклиране на един тон алуминий. Няма разлика в качеството между първичните и рециклираните алуминиеви сплави.

Приложения на алуминий

Чистоалуминийе мек, пластичен, устойчив на корозия и има висока електропроводимост. Той се използва широко за кабели от фолио и проводници, но е необходимо сплавяне с други елементи, за да се осигурят по-високи якости, необходими за други приложения. Алуминият е един от най-леките инженерни метали, като съотношението якост към тегло е по-добро от стоманата.

Чрез използване на различни комбинации от своите благоприятни свойства като здравина, лекота, устойчивост на корозия, възможност за рециклиране и формоване, алуминият се използва във все по-голям брой приложения. Тази гама от продукти варира от структурни 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.

Има над 300 ковани сплави, като 50 се използват често. Те обикновено се идентифицират с четирицифрена система, която произхожда от САЩ и сега е общоприета. 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 деформирани алуминиеви сплави, означени с 1XXX, последните две цифри представляват чистотата на метала. Те са еквивалентни на последните две цифри след десетичната запетая, когато чистотата на алуминия е изразена до най-близките 0,01 процента. Втората цифра показва промени в границите на примесите. Ако втората цифра е нула, това показва нелегиран алуминий с естествени граници на примеси, а от 1 до 9 показват отделни примеси или легиращи елементи.

За групите от 2XXX до 8XXX, последните две цифри идентифицират различни алуминиеви сплави в групата. Втората цифра показва модификации на сплавта. Втората цифра нула показва оригиналната сплав, а числата 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 налични в търговската мрежа метали. Полученото високо съотношение на якост към тегло го прави важен конструктивен материал, позволяващ увеличени полезни товари или спестяване на гориво за транспортните индустрии по-специално.

Якост на алуминия

Чистият алуминий няма висока якост на опън. Въпреки това, добавянето на легиращи елементи като манган, силиций, мед и магнезий може да увеличи якостните свойства на алуминия и да произведе сплав със свойства, пригодени за конкретни приложения.

Алуминийе много подходящ за студена среда. Той има предимство пред стоманата, тъй като неговата якост на опън се увеличава с понижаване на температурата, като същевременно запазва своята издръжливост. Стоманата от друга страна става крехка при ниски температури.

Корозионна устойчивост на алуминий

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

Топлопроводимост на алуминия

Топлопроводимостта на алуминия е около три пъти по-голяма от тази на стоманата. Това прави алуминия важен материал както за приложения 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 съдове за готвене и кухненски съдове.

Електрическа проводимост на алуминия

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

Отражателна способност на алуминия

От UV до инфрачервено, алуминият е отличен отражател на лъчиста енергия. Коефициентът на отразяване на видимата светлина от около 80% означава, че се използва широко в осветителните тела. Същите свойства на отражателната способност правиалуминийидеален като изолационен материал за защита от слънчевите лъчи през лятото, докато изолира срещу загуба на топлина през зимата.

Таблица 2.Свойства за алуминий.

Механични свойства на алуминия

Алуминият може да бъде силно деформиран без повреда. Това позволява алуминият да бъде формован чрез валцуване, екструдиране, изтегляне, механична обработка и други механични процеси. Може също така да се отлива с висока толерантност.

Легирането, студената обработка и термичната обработка могат да се използват за приспособяване на свойствата на алуминия.

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

Алуминиеви стандарти

Старият стандарт BS1470 е заменен от девет стандарта EN. EN стандартите 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.
• Система за номериране на сплавта – непроменена.
• Обозначенията за закаляване на термично обработваеми сплави сега покриват по-широк диапазон от специални закалки. До четири цифри след T са въведени за нестандартни приложения (напр. T6151).
• Обозначения за закаляване за сплави, които не подлежат на термична обработка – съществуващите закалки са непроменени, но закалките вече са по-изчерпателно дефинирани по отношение на начина, по който са създадени. Меката (O) закалка вече е H111 и е въведена междинна закалка H112. За сплав 5251 температурите вече се показват като H32/H34/H36/H38 (еквивалентно на H22/H24 и т.н.). H19/H22 & H24 вече се показват отделно.
• Механични свойства – остават подобни на предишните фигури. 0,2% Proof Stress вече трябва да се цитира в сертификатите за изпитване.
• Допустимите отклонения са затегнати в различна степен.
  

  Термична обработка на алуминий

  Редица термични обработки могат да бъдат приложени към алуминиеви сплави:

  • Хомогенизиране – премахване на сегрегацията чрез нагряване след отливане.
  • 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 на разтвора преди стареене на сплави за утаяване.
  • Печка за втвърдяване на покрития
  • След термична обработка към номерата на обозначенията се добавя суфикс.
  • Наставката F означава „като произведено“.
  • O означава „закалени ковани продукти“.
  • T означава, че е бил „топлинно обработен“.
  • W означава, че материалът е термично обработен с разтвор.
  • H се отнася до сплави, които не подлежат на термична обработка, които са „студено обработени“ или „закалени на деформация“.
  • Сплавите, които не подлежат на термична обработка, са тези в групите 3XXX, 4XXX и 5XXX.