Alumiinium on maailma kõige levinum metall ja kolmas kõige levinum element, mis moodustab 8% maakoorest. Alumiiniumi mitmekülgsus teeb sellest terase järel kõige laialdasemalt kasutatava metalli.

Alumiiniumi tootmine

Alumiinium saadakse mineraalsest boksiidist. Boksiit muudetakse Bayeri protsessi abil alumiiniumoksiidiks (alumiiniumoksiidiks). Seejärel muudetakse alumiiniumoksiid elektrolüütiliste elementide ja Hall-Heroulti protsessi abil alumiiniummetalliks.

Alumiiniumi aastane nõudlus

Ülemaailmne nõudlus alumiiniumi järele on umbes 29 miljonit tonni aastas. Umbes 22 miljonit tonni on uut alumiiniumi ja 7 miljonit tonni ringlussevõetud alumiiniumijäätmeid. Taaskasutatud alumiiniumi kasutamine on majanduslikult ja keskkonnasõbralikult kaalukas. 1 tonni uue alumiiniumi tootmiseks kulub 14 000 kWh. Ja vastupidi, ühe tonni alumiiniumi ümbersulatamiseks ja ringlussevõtuks kulub sellest vaid 5%. Kasutamata ja taaskasutatud alumiiniumisulamitel pole kvaliteedivahet.

Alumiiniumi rakendused

Puhasalumiiniumiston pehme, plastiline, korrosioonikindel ja kõrge elektrijuhtivusega. Seda kasutatakse laialdaselt foolium- ja juhtkaablite jaoks, kuid teisteks rakendusteks vajaliku suurema tugevuse tagamiseks on vajalik legeerimine teiste elementidega. Alumiinium on üks kergemaid tehnilisi metalle, mille tugevuse ja kaalu suhe on parem kui terasel.

Kasutades erinevaid kombinatsioone selle kasulikest omadustest, nagu tugevus, kergus, korrosioonikindlus, taaskasutatavus ja vormitavus, kasutatakse alumiiniumi üha enamates rakendustes. See tootevalik ulatub konstruktsioonimaterjalidest õhukeste pakkekiledeni.

Sulamite nimetused

Alumiinium on kõige sagedamini legeeritud vase, tsingi, magneesiumi, räni, mangaani ja liitiumiga. Samuti tehakse väikeseid kroomi, titaani, tsirkooniumi, plii, vismuti ja nikli lisandeid ning rauda on alati väikestes kogustes.

Seal on üle 300 sepistatud sulami, millest 50 on levinud. Neid identifitseeritakse tavaliselt neljakohalise süsteemi järgi, mis pärines USA-st ja on nüüdseks üldtunnustatud. Tabelis 1 on kirjeldatud sepistatud sulamite süsteemi. Valusulamitel on sarnased nimetused ja need kasutavad viiekohalist süsteemi.

Tabel 1.Sepistatud alumiiniumisulamite tähistused.

Legeerimata sepistatud alumiiniumsulamite puhul, mille tähis on 1XXX, näitavad kaks viimast numbrit metalli puhtust. Need on samaväärsed kahe viimase kümnendkohajärgse numbriga, kui alumiiniumi puhtust väljendatakse 0,01 protsendi täpsusega. Teine number näitab lisandite piirnormide muutusi. Kui teine ​​number on null, tähistab see legeerimata alumiiniumi, millel on looduslike lisandite piirid, ja 1 kuni 9 tähistab üksikuid lisandeid või legeerelemente.

Rühmade 2XXX kuni 8XXX puhul tähistavad kaks viimast numbrit rühma erinevaid alumiiniumisulameid. Teine number tähistab sulami modifikatsioone. Teine number null tähistab algset sulamit ja täisarvud 1 kuni 9 näitavad sulami järjestikusi modifikatsioone.

Alumiiniumi füüsikalised omadused

Alumiiniumi tihedus

Alumiiniumi tihedus on umbes kolmandik terase või vase tihedusest, mistõttu on see üks kergemaid kaubanduslikult saadavaid metalle. Sellest tulenev kõrge tugevuse ja kaalu suhe muudab selle oluliseks konstruktsioonimaterjaliks, mis võimaldab suurendada kasulikku koormust või säästa kütust eelkõige transporditööstuses.

Alumiiniumi tugevus

Puhtal alumiiniumil ei ole kõrget tõmbetugevust. Kuid legeerivate elementide, nagu mangaan, räni, vask ja magneesium, lisamine võib suurendada alumiiniumi tugevusomadusi ja luua sulami, mille omadused on kohandatud konkreetsetele rakendustele.

Alumiiniumsobib hästi külma keskkonda. Selle eeliseks on terase ees see, et selle tõmbetugevus suureneb temperatuuri langedes, säilitades samal ajal selle sitkuse. Teras seevastu muutub madalal temperatuuril rabedaks.

Alumiiniumi korrosioonikindlus

Õhuga kokkupuutel tekib alumiiniumi pinnale peaaegu hetkega alumiiniumoksiidi kiht. Sellel kihil on suurepärane korrosioonikindlus. See on üsna vastupidav enamikule hapetele, kuid vähem vastupidav leelistele.

Alumiiniumi soojusjuhtivus

Alumiiniumi soojusjuhtivus on umbes kolm korda suurem kui terasel. See muudab alumiiniumi oluliseks materjaliks nii jahutus- kui ka kütteseadmetes, näiteks soojusvahetites. Kuna see on mittetoksiline, tähendab see alumiiniumi laialdast kasutamist toiduvalmistamis- ja kööginõudes.

Alumiiniumi elektrijuhtivus

Alumiiniumi elektrijuhtivus on koos vasega piisavalt kõrge, et seda saaks kasutada elektrijuhina. Kuigi tavaliselt kasutatava juhtiva sulami (1350) juhtivus on ainult umbes 62% lõõmutatud vasest, on see ainult kolmandik kaalust ja võib seetõttu juhtida kaks korda rohkem elektrit kui sama kaaluga vask.

Alumiiniumi peegeldusvõime

UV-kiirgusest infrapunani on alumiinium suurepärane kiirgusenergia peegeldaja. Nähtava valguse peegeldusvõime umbes 80% tähendab, et seda kasutatakse laialdaselt valgustites. Samad omadused peegeldusvõime teebalumiiniumistideaalne isolatsioonimaterjaliks, mis kaitseb suvel päikesekiirte eest, samas isoleerib talvel soojuskadude eest.

Tabel 2.Alumiiniumi omadused.

Alumiiniumi mehaanilised omadused

Alumiinium võib tõsiselt deformeeruda ilma tõrgeteta. See võimaldab alumiiniumi moodustada valtsimise, ekstrudeerimise, tõmbamise, töötlemise ja muude mehaaniliste protsesside abil. Seda saab valada ka kõrge tolerantsiga.

Alumiiniumi omaduste kohandamiseks saab kasutada legeerimist, külmtöötlemist ja kuumtöötlemist.

Puhta alumiiniumi tõmbetugevus on umbes 90 MPa, kuid seda saab mõne kuumtöödeldava sulami puhul tõsta üle 690 MPa.

Alumiiniumi standardid

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

Tabel 4.EN standardid alumiiniumile

EN standardid erinevad vanast standardist BS1470 järgmistes valdkondades:

• Keemiline koostis – muutumatu.
• Sulamite nummerdamissüsteem – muutmata.
• Kuumtöödeldavate sulamite temperähised hõlmavad nüüd laiemat valikut erikarastusi. Mittestandardsete rakenduste (nt T6151) jaoks on kasutusele võetud kuni neli numbrit pärast T-d.
• Temperatuuri tähistused mittekuumtöödeldavate sulamite jaoks – olemasolevad templid on muutumatud, kuid templid on nüüd põhjalikumalt määratletud nende loomise viisi järgi. Pehme (O) temper on nüüd H111 ja kasutusele on võetud vahepealne temper H112. Sulami 5251 temperamendid on nüüd näidatud kui H32/H34/H36/H38 (vastab H22/H24 jne). H19/H22 ja H24 on nüüd näidatud eraldi.
• Mehaanilised omadused – jäävad sarnaseks eelmiste joonistega. Testitunnistustel tuleb nüüd märkida 0,2% Proof Stress.
• Tolerantsid on karmistatud erineval määral.
  

  Alumiiniumi kuumtöötlus

  Alumiiniumisulamitele saab rakendada mitmesuguseid kuumtöötlusi:

  • Homogeniseerimine – segregatsiooni eemaldamine kuumutamise teel pärast valamist.
  • Lõõmutamine – kasutatakse pärast külmtöötlemist kõvastavate sulamite (1XXX, 3XXX ja 5XXX) pehmendamiseks.
  • Sademed või vananemine kõvastumine (sulamid 2XXX, 6XXX ja 7XXX).
  • Lahuse kuumtöötlemine enne sademekindlate sulamite vanandamist.
  • Ahjud katete kõvendamiseks
  • Pärast kuumtöötlust lisatakse tähistusnumbritele järelliide.
  • Sufiks F tähendab "valmistatud".
  • O tähendab lõõmutatud sepistatud tooteid.
  • T tähendab, et seda on "kuumtöödeldud".
  • W tähendab, et materjali on kuumtöödeldud lahusega.
  • H viitab mittekuumtöödeldavatele sulamitele, mis on „külmtöödeldud” või „pingekarastatud”.
  • Mittekuumtöödeldud sulamid kuuluvad rühmadesse 3XXX, 4XXX ja 5XXX.