Aluminiul este cel mai abundent metal din lume și este al treilea element cel mai comun, cuprinzând 8% din scoarța terestră. Versatilitatea aluminiului îl face cel mai utilizat metal după oțel.

Producția de aluminiu

Aluminiul este derivat din mineralul bauxita. Bauxita este transformată în oxid de aluminiu (alumină) prin procesul Bayer. Alumina este apoi transformată în aluminiu metalic folosind celule electrolitice și procedeul Hall-Heroult.

Cererea anuală de aluminiu

Cererea mondială de aluminiu este de aproximativ 29 de milioane de tone pe an. Aproximativ 22 de milioane de tone sunt aluminiu nou și 7 milioane de tone sunt resturi de aluminiu reciclat. Utilizarea aluminiului reciclat este convingătoare din punct de vedere economic și ecologic. Este nevoie de 14.000 kWh pentru a produce 1 tonă de aluminiu nou. Dimpotrivă, este nevoie de doar 5% din aceasta pentru a se topi și a recicla o tonă de aluminiu. Nu există nicio diferență de calitate între aliajele de aluminiu virgine și cele reciclate.

Aplicații ale aluminiului

Puraluminiueste moale, ductil, rezistent la coroziune si are o conductivitate electrica ridicata. Este utilizat pe scară largă pentru cabluri din folie și conductor, dar este necesară aliarea cu alte elemente pentru a oferi rezistențele mai mari necesare pentru alte aplicații. Aluminiul este unul dintre cele mai ușoare metale de inginerie, având un raport rezistență-greutate superior oțelului.

Prin utilizarea diferitelor combinații ale proprietăților sale avantajoase, cum ar fi rezistența, ușurința, rezistența la coroziune, reciclabilitatea și formabilitatea, aluminiul este folosit într-un număr din ce în ce mai mare de aplicații. Această gamă de produse variază de la materiale structurale până la folii subțiri de ambalare.

Denumirile aliajelor

Aluminiul este cel mai frecvent aliat cu cupru, zinc, magneziu, siliciu, mangan și litiu. Se fac, de asemenea, mici adaosuri de crom, titan, zirconiu, plumb, bismut și nichel, iar fierul este prezent invariabil în cantități mici.

Există peste 300 de aliaje forjate, dintre care 50 de uz comun. Ele sunt în mod normal identificate printr-un sistem cu patru cifre care a apărut în SUA și este acum universal acceptat. Tabelul 1 descrie sistemul pentru aliaje forjate. Aliajele turnate au denumiri similare și folosesc un sistem cu cinci cifre.

Tabelul 1.Denumiri pentru aliajele de aluminiu forjat.

Pentru aliajele de aluminiu forjat nealiat desemnate 1XXX, ultimele două cifre reprezintă puritatea metalului. Ele sunt echivalente cu ultimele două cifre după virgulă, atunci când puritatea aluminiului este exprimată cu cel mai apropiat 0,01 la sută. A doua cifră indică modificări ale limitelor de impurități. Dacă a doua cifră este zero, indică aluminiul nealiat cu limite naturale de impurități și de la 1 la 9, indică impurități individuale sau elemente de aliere.

Pentru grupurile de la 2XXX la 8XXX, ultimele două cifre identifică diferite aliaje de aluminiu din grup. A doua cifră indică modificările aliajului. O a doua cifră de zero indică aliajul original, iar numerele întregi de la 1 la 9 indică modificări consecutive ale aliajului.

Proprietățile fizice ale aluminiului

Densitatea aluminiului

Aluminiul are o densitate de aproximativ o treime din cea a oțelului sau a cuprului, ceea ce îl face unul dintre cele mai ușoare metale disponibile comercial. Raportul ridicat rezistență/greutate rezultat îl face un material structural important care permite încărcături utile crescute sau economii de combustibil în special pentru industriile de transport.

Rezistența aluminiului

Aluminiul pur nu are o rezistență mare la tracțiune. Cu toate acestea, adăugarea de elemente de aliere precum manganul, siliciul, cuprul și magneziul poate crește proprietățile de rezistență ale aluminiului și poate produce un aliaj cu proprietăți adaptate anumitor aplicații.

Aluminiueste potrivită pentru medii reci. Are avantajul față de oțel prin faptul că rezistența la tracțiune crește odată cu scăderea temperaturii, păstrând în același timp duritatea. Oțelul, pe de altă parte, devine casant la temperaturi scăzute.

Rezistența la coroziune a aluminiului

Când este expus la aer, un strat de oxid de aluminiu se formează aproape instantaneu pe suprafața aluminiului. Acest strat are o rezistență excelentă la coroziune. Este destul de rezistent la majoritatea acizilor, dar mai puțin rezistent la alcalii.

Conductibilitatea termică a aluminiului

Conductivitatea termică a aluminiului este de aproximativ trei ori mai mare decât cea a oțelului. Acest lucru face din aluminiu un material important atât pentru aplicații de răcire, cât și pentru încălzire, cum ar fi schimbătoarele de căldură. Combinată cu faptul că nu este toxică, această proprietate înseamnă că aluminiul este utilizat pe scară largă în ustensile de gătit și ustensile de bucătărie.

Conductibilitatea electrică a aluminiului

Împreună cu cuprul, aluminiul are o conductivitate electrică suficient de mare pentru a fi utilizat ca conductor electric. Deși conductivitatea aliajului conductor utilizat în mod obișnuit (1350) este de numai aproximativ 62% din cuprul recoapt, este doar o treime din greutate și, prin urmare, poate conduce de două ori mai multă energie electrică în comparație cu cuprul de aceeași greutate.

Reflectivitatea aluminiului

De la UV la infraroșu, aluminiul este un excelent reflector de energie radiantă. Reflexivitatea luminii vizibile de aproximativ 80% înseamnă că este utilizat pe scară largă în corpurile de iluminat. Aceleași proprietăți ale reflectivității le facealuminiuideal ca material izolant pentru a proteja împotriva razelor solare vara, în timp ce izolează împotriva pierderilor de căldură iarna.

Tabelul 2.Proprietăți pentru aluminiu.

Proprietățile mecanice ale aluminiului

Aluminiul poate fi grav deformat fără defecțiuni. Acest lucru permite formarea aluminiului prin laminare, extrudare, trefilare, prelucrare și alte procese mecanice. De asemenea, poate fi turnat la o toleranță ridicată.

Alierea, prelucrarea la rece și tratarea termică pot fi toate utilizate pentru a adapta proprietățile aluminiului.

Rezistența la tracțiune a aluminiului pur este de aproximativ 90 MPa, dar aceasta poate fi crescută la peste 690 MPa pentru unele aliaje tratabile termic.

Standarde de aluminiu

Vechiul standard BS1470 a fost înlocuit cu nouă standarde EN. Standardele EN sunt prezentate în tabelul 4.

Tabelul 4.Standardele EN pentru aluminiu

Standardele EN diferă de vechiul standard BS1470 în următoarele domenii:

• Compozițiile chimice – neschimbate.
• Sistem de numerotare din aliaj – neschimbat.
• Denumirile de temperare pentru aliajele tratabile termic acoperă acum o gamă mai largă de tempere speciale. Până la patru cifre după T au fost introduse pentru aplicații non-standard (de ex. T6151).
• Denumiri de temperatură pentru aliajele care nu se pot trata termic – temperaturile existente sunt neschimbate, dar acum sunt definite mai cuprinzător în ceea ce privește modul în care sunt create. Temperatul moale (O) este acum H111 și a fost introdus un temperament intermediar H112. Pentru aliajul 5251, temperele sunt acum afișate ca H32/H34/H36/H38 (echivalent cu H22/H24 etc.). H19/H22 și H24 sunt acum afișate separat.
• Proprietățile mecanice – rămân similare cu cifrele anterioare. 0,2% Stresul de dovezi trebuie să fie acum menționat pe certificatele de testare.
• Toleranțele au fost înăsprite în diferite grade.
  

  Tratamentul termic al aluminiului

  O serie de tratamente termice pot fi aplicate aliajelor de aluminiu:

  • Omogenizare – eliminarea segregării prin încălzire după turnare.
  • Recoacerea – utilizată după prelucrarea la rece pentru a înmuia aliajele care se întăresc prin lucru (1XXX, 3XXX și 5XXX).
  • Precipitații sau întărirea în vârstă (aliaje 2XXX, 6XXX și 7XXX).
  • Tratament termic cu soluție înainte de îmbătrânirea aliajelor de întărire prin precipitare.
  • Aragaz pentru întărirea acoperirilor
  • După tratamentul termic, se adaugă un sufix la numerele de desemnare.
  • Sufixul F înseamnă „ca fabricat”.
  • O înseamnă „produse forjate recoapte”.
  • T înseamnă că a fost „tratat termic”.
  • W înseamnă că materialul a fost tratat termic cu soluție.
  • H se referă la aliaje netratabile termic care sunt „prelucrate la rece” sau „întărite”.
  • Aliajele netratabile termic sunt cele din grupele 3XXX, 4XXX și 5XXX.