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

Producția de aluminiu

Aluminiul este derivat din mineralul bauxită. Bauxita este transformată în oxid de aluminiu (alumină) prin procesul Bayer. Alumina este apoi transformată în aluminiu metalic folosind celule electrolitice și procesul 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 reprezintă aluminiu nou, iar 7 milioane de tone reprezintă deșeuri de aluminiu reciclat. Utilizarea aluminiului reciclat este atractivă din punct de vedere economic și ecologic. Sunt necesari 14.000 kWh pentru a produce o tonă de aluminiu nou. În schimb, este nevoie de doar 5% din această cantitate pentru a retopi și 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 și are o conductivitate electrică ridicată. Este utilizat pe scară largă pentru cabluri din folie și conductori, dar alierea cu alte elemente este necesară pentru a oferi rezistențele mai mari necesare pentru alte aplicații. Aluminiul este unul dintre cele mai ușoare metale inginerești, având un raport rezistență-greutate superior oțelului.

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

Denumiri de aliaje

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 sunt utilizate în mod obișnuit. Acestea sunt identificate în mod normal printr-un sistem de patru cifre, care își are originea în SUA și este acum universal acceptat. Tabelul 1 descrie sistemul pentru aliajele forjate. Aliajele turnate au denumiri similare și utilizează un sistem de cinci cifre.

Tabelul 1.Denumiri pentru aliaje de aluminiu forjate.

Pentru aliajele de aluminiu forjat nealiat, desemnate cu 1XXX, ultimele două cifre reprezintă puritatea metalului. Acestea sunt echivalentul ultimelor două cifre după virgulă atunci când puritatea aluminiului este exprimată rotunjită la cel mai apropiat 0,01%. A doua cifră indică modificări ale limitelor de impuritate. Dacă a doua cifră este zero, indică aluminiu nealiat cu limite naturale de impuritate, iar numerele de la 1 la 9 indică impurități individuale sau elemente de aliere.

Pentru grupele 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 față de cea a oțelului sau cuprului, ceea ce îl face unul dintre cele mai ușoare metale disponibile comercial. Raportul ridicat de rezistență/greutate rezultat îl face un material structural important, permițând creșterea sarcinii utile sau economii de combustibil în special pentru industria transporturilor.

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 foarte potrivit pentru medii reci. Are avantajul față de oțel prin faptul că rezistența sa la tracțiune crește odată cu scăderea temperaturii, păstrându-și în același timp tenacitatea. Oțelul, pe de altă parte, devine fragil la temperaturi scăzute.

Rezistența la coroziune a aluminiului

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

Conductivitatea termică a aluminiului

Conductivitatea termică a aluminiului este de aproximativ trei ori mai mare decât cea a oțelului. Acest lucru face ca aluminiul să fie un material important atât pentru aplicații de răcire, cât și pentru încălzire, cum ar fi schimbătoarele de căldură. Datorită faptului că este netoxic, această proprietate înseamnă că aluminiul este utilizat pe scară largă în ustensilele de gătit și articolele de bucătărie.

Conductivitatea electrică a aluminiului

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

Reflectivitatea aluminiului

De la UV la infraroșu, aluminiul este un excelent reflector al energiei radiante. Reflectivitatea luminii vizibile de aproximativ 80% înseamnă că este utilizat pe scară largă în corpurile de iluminat. Aceleași proprietăți de reflectivitate fac caaluminiuIdeal ca material izolant pentru a proteja împotriva razelor solare vara, izolând în același timp împotriva pierderilor de căldură iarna.

Tabelul 2.Proprietăți ale aluminiului.

Proprietățile mecanice ale aluminiului

Aluminiul poate fi deformat sever fără a se deteriora. Acest lucru permite formarea aluminiului prin laminare, extrudare, tragere, prelucrare mecanică și alte procese mecanice. De asemenea, poate fi turnat la o toleranță ridicată.

Alierea, prelucrarea la rece și tratarea termică pot fi 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 din aluminiu

Vechiul standard BS1470 a fost înlocuit de 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 aspecte:

• Compoziții chimice – neschimbate.
• Sistemul de numerotare a aliajelor – neschimbat.
• Denumirile de stare pentru aliajele tratabile termic acoperă acum o gamă mai largă de tempere speciale. Au fost introduse până la patru cifre după T pentru aplicații nestandard (de exemplu, T6151).
• Denumirile de stare de funcționare pentru aliajele netratabile termic – starea de funcționare existentă este neschimbată, dar starea de funcționare este acum definită mai cuprinzător în ceea ce privește modul în care este creată. Stare de funcționare moale (O) este acum H111 și a fost introdusă o stare de funcționare intermediară H112. Pentru aliajul 5251, starea de funcționare este acum prezentată ca H32/H34/H36/H38 (echivalent cu H22/H24 etc.). H19/H22 și H24 sunt acum prezentate separat.
• Proprietățile mecanice – rămân similare cu valorile anterioare. Acum, pe certificatele de testare trebuie menționată o tensiune de elasticitate de 0,2%.
• Toleranțele au fost înăsprite în diferite grade.
  

  Tratamentul termic al aluminiului

  O gamă largă de tratamente termice pot fi aplicate aliajelor de aluminiu:

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