Alumiini on maailman runsain metalli ja kolmanneksi yleisin alkuaine, joka muodostaa 8 % maankuoresta. Alumiinin monipuolisuus tekee siitä eniten käytetyn metallin teräksen jälkeen.

Alumiinin tuotanto

Alumiini on peräisin bauksiitista. Bauksiitti muunnetaan alumiinioksidiksi (alumiinioksidiksi) Bayer-prosessin kautta. Alumiinioksidi muunnetaan sitten alumiinimetalliksi käyttämällä elektrolyyttikennoja ja Hall-Heroult-prosessia.

Alumiinin vuotuinen kysyntä

Maailmanlaajuinen alumiinin kysyntä on noin 29 miljoonaa tonnia vuodessa. Noin 22 miljoonaa tonnia on uutta alumiinia ja 7 miljoonaa tonnia kierrätettyä alumiiniromua. Kierrätetyn alumiinin käyttö on taloudellisesti ja ympäristön kannalta vakuuttavaa. Yhden tonnin uutta alumiinia tuotetaan 14 000 kWh. Sitä vastoin yhden alumiinitonnin uudelleensulatukseen ja kierrätykseen kuluu vain 5 %. Neitseellisten ja kierrätettyjen alumiiniseosten välillä ei ole laatueroa.

Alumiinin sovellukset

Puhdasalumiinion pehmeä, sitkeä, korroosionkestävä ja sillä on korkea sähkönjohtavuus. Sitä käytetään laajalti kalvo- ja johdinkaapeleissa, mutta seostaminen muiden elementtien kanssa on välttämätöntä, jotta saadaan aikaan suurempia lujuuksia, joita tarvitaan muihin sovelluksiin. Alumiini on yksi kevyimmistä teknisistä metalleista, ja sen lujuus-painosuhde on parempi kuin teräksellä.

Hyödyntämällä erilaisia ​​yhdistelmiä sen edullisista ominaisuuksista, kuten lujuudesta, keveydestä, korroosionkestävyydestä, kierrätettävyydestä ja muovattavuudesta, alumiinia käytetään yhä useammissa sovelluksissa. Tämä tuotevalikoima vaihtelee rakennemateriaaleista ohuisiin pakkauskalvoihin.

Seosten nimitykset

Alumiini on yleisimmin seostettu kuparin, sinkin, magnesiumin, piin, mangaanin ja litiumin kanssa. Pieniä lisäyksiä kromia, titaania, zirkoniumia, lyijyä, vismuttia ja nikkeliä valmistetaan myös, ja rautaa on aina pieniä määriä.

Muokattuja metalliseoksia on yli 300, joista 50 on yleisessä käytössä. Ne tunnistetaan tavallisesti nelinumeroisella järjestelmällä, joka on peräisin Yhdysvalloista ja on nykyään yleisesti hyväksytty. Taulukossa 1 kuvataan muokatuille metalliseoksille tarkoitettu järjestelmä. Valumetalliseoksilla on samanlaiset nimitykset ja niissä käytetään viisinumeroista järjestelmää.

Taulukko 1.Muokattujen alumiiniseosten nimitykset.

Seostamattomissa muokatuissa alumiiniseoksissa, joiden nimi on 1XXX, kaksi viimeistä numeroa edustavat metallin puhtautta. Ne vastaavat kahta viimeistä numeroa desimaalipilkun jälkeen, kun alumiinin puhtaus ilmaistaan ​​lähimpään 0,01 prosenttiin. Toinen numero ilmaisee muutoksia epäpuhtausrajoissa. Jos toinen numero on nolla, se tarkoittaa seostamatonta alumiinia, jolla on luonnolliset epäpuhtausrajat, ja 1 - 9 osoittavat yksittäisiä epäpuhtauksia tai seosaineita.

Ryhmissä 2XXX–8XXX kaksi viimeistä numeroa osoittavat ryhmän eri alumiiniseoksia. Toinen numero ilmaisee seosmuutoksia. Toinen numero nolla osoittaa alkuperäisen metalliseoksen ja kokonaisluvut 1-9 osoittavat peräkkäisiä seoksen muutoksia.

Alumiinin fyysiset ominaisuudet

Alumiinin tiheys

Alumiinin tiheys on noin kolmannes teräksen tai kuparin tiheydestä, joten se on yksi kevyimmistä kaupallisesti saatavilla olevista metalleista. Tuloksena oleva korkea lujuus-painosuhde tekee siitä tärkeän rakennemateriaalin, joka mahdollistaa suuremman hyötykuorman tai polttoainesäästön erityisesti kuljetusteollisuudessa.

Alumiinin lujuus

Puhtaalla alumiinilla ei ole suurta vetolujuutta. Seoselementtien, kuten mangaanin, piin, kuparin ja magnesiumin, lisääminen voi kuitenkin lisätä alumiinin lujuusominaisuuksia ja tuottaa seoksen, jonka ominaisuudet on räätälöity tiettyihin sovelluksiin.

Alumiinisopii hyvin kylmiin olosuhteisiin. Sen etu teräkseen verrattuna on siinä, että sen vetolujuus kasvaa lämpötilan laskeessa samalla kun sen sitkeys säilyy. Teräs taas haurastuu matalissa lämpötiloissa.

Alumiinin korroosionkestävyys

Altistuessaan ilmalle alumiinin pintaan muodostuu lähes välittömästi kerros alumiinioksidia. Tällä kerroksella on erinomainen korroosionkestävyys. Se kestää melko useimpia happoja, mutta vähemmän emäksiä.

Alumiinin lämmönjohtavuus

Alumiinin lämmönjohtavuus on noin kolme kertaa suurempi kuin teräksen. Tämä tekee alumiinista tärkeän materiaalin sekä jäähdytys- että lämmityssovelluksissa, kuten lämmönvaihtimissa. Yhdessä sen myrkyttömän kanssa tämä ominaisuus tarkoittaa, että alumiinia käytetään laajasti ruoanlaittovälineissä ja keittiövälineissä.

Alumiinin sähkönjohtavuus

Kuparin ohella alumiinilla on riittävän korkea sähkönjohtavuus käytettäväksi sähköjohtimena. Vaikka yleisesti käytetyn johtavan metalliseoksen (1350) johtavuus on vain noin 62 % hehkutetusta kuparista, se on vain kolmasosa painosta ja voi siksi johtaa kaksi kertaa enemmän sähköä verrattuna samanpainoiseen kupariin.

Alumiinin heijastuskyky

UV-säteilystä infrapunaan alumiini on erinomainen säteilyenergian heijastaja. Noin 80 % näkyvän valon heijastavuus tarkoittaa, että sitä käytetään laajasti valaisimissa. Samat heijastusominaisuudet tekevätalumiiniihanteellinen eristysmateriaalina suojaamaan auringonsäteiltä kesällä ja eristämään lämpöhäviöitä vastaan ​​talvella.

Taulukko 2.Ominaisuudet alumiinille.

Alumiinin mekaaniset ominaisuudet

Alumiini voi vääntyä vakavasti ilman vaurioita. Tämä mahdollistaa alumiinin muodostamisen valssaamalla, suulakepuristamalla, vetämällä, koneistamalla ja muilla mekaanisilla prosesseilla. Se voidaan myös valaa korkeaan toleranssiin.

Seostamista, kylmämuokkausta ja lämpökäsittelyä voidaan hyödyntää alumiinin ominaisuuksien räätälöimiseksi.

Puhtaan alumiinin vetolujuus on noin 90 MPa, mutta se voidaan nostaa yli 690 MPa:iin joissakin lämpökäsiteltävissä lejeeringeissä.

Alumiinistandardit

Vanha BS1470-standardi on korvattu yhdeksällä EN-standardilla. EN-standardit on esitetty taulukossa 4.

Taulukko 4.EN-standardit alumiinille

EN-standardit eroavat vanhasta standardista BS1470 seuraavilla alueilla:

• Kemialliset koostumukset – ennallaan.
• Seosten numerointijärjestelmä – ennallaan.
• Lämpökäsiteltyjen metalliseosten temperointimerkit kattavat nyt laajemman valikoiman erikoiskarkaisuja. Enintään neljä numeroa T:n jälkeen on otettu käyttöön ei-standardisovelluksia varten (esim. T6151).
• Lämpökäsittelemättömien metalliseosten lämpötilamerkinnät – nykyiset karkaisut ovat ennallaan, mutta karkaisut on nyt määritelty kattavammin niiden luomistavan suhteen. Pehmeä (O) temper on nyt H111 ja välitempera H112 on otettu käyttöön. Lejeerinkin 5251 karkeudet näytetään nyt muodossa H32/H34/H36/H38 (vastaa H22/H24:ää jne.). H19/H22 ja H24 näytetään nyt erikseen.
• Mekaaniset ominaisuudet – pysyvät samanlaisina kuin aikaisemmat luvut. 0,2 % Proof Stress on nyt mainittava testitodistuksissa.
• Toleransseja on tiukennettu eriasteisesti.
  

  Alumiinin lämpökäsittely

  Alumiiniseoksille voidaan soveltaa erilaisia ​​lämpökäsittelyjä:

  • Homogenisointi – segregaation poistaminen kuumentamalla valun jälkeen.
  • Hehkutus – käytetään kylmämuokkauksen jälkeen pehmentämään työstökovettuvia metalliseoksia (1XXX, 3XXX ja 5XXX).
  • Saostus tai ikääntymiskovettuminen (seokset 2XXX, 6XXX ja 7XXX).
  • Liuoksen lämpökäsittely ennen saostuskovettuvien metalliseosten vanhentamista.
  • Takka pinnoitteiden kovettumiseen
  • Lämpökäsittelyn jälkeen nimitysnumeroihin lisätään pääte.
  • Suffiksi F tarkoittaa "valmistetussa muodossa".
  • O tarkoittaa "hehkutettuja muokattuja tuotteita".
  • T tarkoittaa, että se on "lämpökäsitelty".
  • W tarkoittaa, että materiaali on liuoslämpökäsitelty.
  • H viittaa lämpökäsittelemättömiin metalliseoksiin, jotka ovat "kylmämuokattuja" tai "venymäkarkaistuja".
  • Lämpökäsittelemättömät seokset ovat ryhmien 3XXX, 4XXX ja 5XXX lejeeringit.