Alumiinium on maailma kõige levinum metall ja kolmas levinuim element, moodustades 8% maakoorest. Alumiiniumi mitmekülgsus teeb sellest terase järel enimkasutatava metalli.

Alumiiniumi tootmine

Alumiinium saadakse mineraalist boksiidist. Boksiit muundatakse Bayeri protsessi abil alumiiniumoksiidiks (alumiiniumoksiidiks). Seejärel muundatakse alumiiniumoksiid elektrolüüsikambrite ja Hall-Heroulti protsessi abil alumiiniummetalliks.

Alumiiniumi aastane nõudlus

Alumiiniumi ülemaailmne nõudlus on umbes 29 miljonit tonni aastas. Umbes 22 miljonit tonni on uus alumiinium ja 7 miljonit tonni on taaskasutatud alumiiniumijäägid. Taaskasutatud alumiiniumi kasutamine on majanduslikult ja keskkonna seisukohast kaalukas. 1 tonni uue alumiiniumi tootmiseks kulub 14 000 kWh. Seevastu ühe tonni alumiiniumi ümbersulatamiseks ja taaskasutamiseks kulub sellest vaid 5%. Neitsi- ja taaskasutatud alumiiniumisulamite vahel ei ole kvaliteedivahet.

Alumiiniumi rakendused

Puhasalumiiniumon pehme, painduv, korrosioonikindel ja kõrge elektrijuhtivusega. Seda kasutatakse laialdaselt foolium- ja juhtkaablite valmistamiseks, kuid muude rakenduste jaoks vajaliku suurema tugevuse tagamiseks on vaja legeerida seda teiste elementidega. Alumiinium on üks kergemaid insenerimetalle, mille tugevuse ja kaalu suhe on parem kui terasel.

Kasutades ära mitmesuguseid kombinatsioone alumiiniumi eelistest, nagu tugevus, kergus, korrosioonikindlus, taaskasutatavus ja vormitavus, kasutatakse seda üha rohkemates rakendustes. See tootevalik ulatub konstruktsioonimaterjalidest kuni õhukeste pakkefooliumideni.

Sulamite tähistused

Alumiiniumi legeeritakse kõige sagedamini vase, tsingi, magneesiumi, räni, mangaani ja liitiumiga. Samuti lisatakse väikestes kogustes kroomi, titaani, tsirkooniumi, pliid, vismutit ja niklit ning rauda leidub alati väikestes kogustes.

Seal on üle 300 sepistatud sulami, millest 50 on üldkasutatavad. Neid tähistatakse tavaliselt neljakohalise süsteemiga, mis pärineb USA-st ja on nüüdseks universaalselt aktsepteeritud. Tabel 1 kirjeldab sepistatud sulamite süsteemi. Valusulamitel on sarnased tähistused ja nad kasutavad viiekohalist süsteemi.

Tabel 1.Sepistatud alumiiniumisulamite tähistused.

Legeerimata sepistatud alumiiniumisulamite puhul, mis on tähistatud kui 1XXX, tähistavad kaks viimast numbrit metalli puhtust. Need on samaväärsed kahe viimase numbriga pärast koma, kui alumiiniumi puhtust väljendatakse lähima 0,01 protsendini. Teine number näitab lisandite piirnormide muutusi. Kui teine ​​number on null, näitab see legeerimata alumiiniumi, millel on looduslikud lisandite piirnormid, ja numbrid 1 kuni 9 näitavad üksikuid lisandeid või legeerelemente.

2XXX kuni 8XXX rühmade puhul tähistavad kaks viimast numbrit rühma erinevaid alumiiniumisulameid. Teine number näitab sulami modifikatsioone. Teine number (null) näitab algset sulamit ja täisarvud 1 kuni 9 näitavad järjestikuseid sulami modifikatsioone.

Alumiiniumi füüsikalised omadused

Alumiiniumi tihedus

Alumiiniumi tihedus on umbes kolmandik terase või vase tihedusest, mis teeb sellest ühe kergeima kaubanduslikult saadaoleva metalli. Sellest tulenev kõrge tugevuse ja kaalu suhe muudab selle oluliseks konstruktsioonimaterjaliks, mis võimaldab suurendada kandevõimet või säästa kütust eelkõige transpordisektoris.

Alumiiniumi tugevus

Puhtal alumiiniumil ei ole suurt tõmbetugevust. Legeerivate elementide, näiteks mangaani, räni, vase ja magneesiumi lisamine võib aga suurendada alumiiniumi tugevusomadusi ja toota sulami, mille omadused sobivad konkreetsete rakenduste jaoks.

Alumiiniumsobib hästi külma keskkonda. Sellel on terase ees eelis selles, et selle tõmbetugevus suureneb temperatuuri langedes, säilitades samal ajal oma sitkuse. Teras seevastu muutub madalatel temperatuuridel hapraks.

Alumiiniumi korrosioonikindlus

Õhuga kokkupuutel tekib alumiiniumi pinnale peaaegu koheselt alumiiniumoksiidi kiht. Sellel kihil on suurepärane korrosioonikindlus. See on üsna vastupidav enamiku hapete, kuid vähem vastupidav leelistele.

Alumiiniumi soojusjuhtivus

Alumiiniumi soojusjuhtivus on umbes kolm korda suurem kui terasel. See teeb alumiiniumist olulise materjali nii jahutus- kui ka kütterakendustes, näiteks soojusvahetites. Koos selle mittetoksilise olemusega tähendab see omadus alumiiniumi ulatuslikku kasutamist köögitarvetes ja kööginõudes.

Alumiiniumi elektrijuhtivus

Nagu vask, on ka alumiiniumil piisavalt kõrge elektrijuhtivus, et seda elektrijuhina kasutada. Kuigi tavaliselt kasutatava juhtiva sulami (1350) juhtivus on vaid umbes 62% lõõmutatud vase omast, on see vaid kolmandiku võrra kergem ja seetõttu juhib see sama kaaluga vasega võrreldes kaks korda rohkem elektrit.

Alumiiniumi peegelduvus

Alates UV-st kuni infrapunakiirguseni on alumiinium suurepärane kiirgusenergia peegeldaja. Nähtava valguse peegelduvus umbes 80% tähendab, et seda kasutatakse laialdaselt valgustites. Sama peegelduvusomadus muudabalumiiniumideaalne isolatsioonimaterjalina suvel päikesekiirte eest kaitsmiseks ja talvel soojuskadude vältimiseks.

Tabel 2.Alumiiniumi omadused.

Alumiiniumi mehaanilised omadused

Alumiiniumi saab oluliselt deformeerida ilma purunemata. See võimaldab alumiiniumi vormida valtsimise, ekstrudeerimise, tõmbamise, töötlemise ja muude mehaaniliste protsesside abil. Seda saab ka valada suure tolerantsiga.

Alumiiniumi omaduste kohandamiseks saab kasutada legeerimist, külmtöötlemist ja kuumtöötlust.

Puhta alumiiniumi tõmbetugevus on umbes 90 MPa, kuid mõnede kuumtöödeldavate sulamite puhul võib see tõusta üle 690 MPa.

Alumiiniumi standardid

Vana standard BS1470 on asendatud üheksa EN-standardiga. EN-standardid on esitatud tabelis 4.

Tabel 4.Alumiiniumi EN-standardid

EN-standardid erinevad vanast standardist BS1470 järgmistes valdkondades:

• Keemiline koostis – muutumatu.
• Sulamite numeratsioonisüsteem – muutmata.
• Kuumtöödeldavate sulamite temperatuuritähised hõlmavad nüüd laiemat valikut eritemperatuure. Mittestandardsete rakenduste jaoks on kasutusele võetud kuni neli numbrit pärast T-tähte (nt T6151).
• Mittekuumtöödeldavate sulamite temperatuuritähistused – olemasolevad temperatuurid on jäänud samaks, kuid temperatuurid on nüüd põhjalikumalt määratletud nende tekitamise viisi osas. Pehme (O) temperatuuri tähis on nüüd H111 ja kasutusele on võetud vahepealne temperatuuri tähis H112. Sulami 5251 temperatuurid on nüüd näidatud kui H32/H34/H36/H38 (vastab H22/H24 jne). H19/H22 ja H24 on nüüd näidatud eraldi.
• Mehaanilised omadused – jäävad varasemate näitajatega sarnaseks. Katsetõenditele tuleb nüüd märkida 0,2% tõmbetugevus.
• Tolerantse on erineval määral karmistatud.
  

  Alumiiniumi kuumtöötlus

  Alumiiniumsulamitele saab rakendada mitmesuguseid kuumtöötlusi:

  • Homogeniseerimine – segregatsiooni eemaldamine kuumutamise teel pärast valamist.
  • Lõõmutamine – kasutatakse pärast külmtöötlemist töötlemiskõvenevate sulamite (1XXX, 3XXX ja 5XXX) pehmendamiseks.
  • Sadestamine või vanandamine (sulamid 2XXX, 6XXX ja 7XXX).
  • Sademetega kõvenevate sulamite lahuse kuumtöötlus enne vanandamist.
  • Katete kõvendamiseks mõeldud ahjus kuumutamine
  • Pärast kuumtöötlust lisatakse tähistusnumbritele järelliide.
  • Sufiks F tähendab „valmistatud kujul“.
  • O tähendab "lõõmutatud sepistatud tooteid".
  • T tähendab, et seda on "kuumtöödeldud".
  • W tähendab, et materjali on lahusega kuumtöödeldud.
  • H viitab mittekuumtöödeldavatele sulamitele, mis on „külmtöödeldud” või „pingestatud karastatud”.
  • Mittekuumtöödeldavad sulamid kuuluvad 3XXX, 4XXX ja 5XXX rühmadesse.