Alumīnijs ir pasaulē visizplatītākais metāls un trešais visizplatītākais elements, kas veido 8% no zemes garozas. Alumīnija daudzpusība padara to par visplašāk izmantoto metālu pēc tērauda.

Alumīnija ražošana

Alumīniju iegūst no minerāla boksīta. Boksīts tiek pārveidots par alumīnija oksīdu (alumīnija oksīdu), izmantojot Bayer procesu. Pēc tam alumīnija oksīds tiek pārveidots par alumīnija metālu, izmantojot elektrolītiskās šūnas un Hall-Heroult procesu.

Ikgadējais alumīnija pieprasījums

Pasaulē pieprasījums pēc alumīnija ir aptuveni 29 miljoni tonnu gadā. Aptuveni 22 miljoni tonnu ir jauns alumīnijs un 7 miljoni tonnu ir pārstrādāti alumīnija lūžņi. Pārstrādāta alumīnija izmantošana ir ekonomiski un videi pārliecinoša. Lai saražotu 1 tonnu jauna alumīnija, nepieciešami 14 000 kWh. Un otrādi, vienas tonnas alumīnija pārkausēšanai un pārstrādei nepieciešami tikai 5% no šī apjoma. Kvalitāte neatšķiras starp neapstrādātiem un pārstrādātiem alumīnija sakausējumiem.

Alumīnija pielietojumi

Tīrsalumīnijair mīksts, elastīgs, izturīgs pret koroziju un ar augstu elektrovadītspēju. To plaši izmanto folijas un vadītāju kabeļiem, bet sakausēšana ar citiem elementiem ir nepieciešama, lai nodrošinātu lielāku stiprību, kas nepieciešama citiem lietojumiem. Alumīnijs ir viens no vieglākajiem inženiertehniskajiem metāliem, kura izturības un svara attiecība ir labāka nekā tēraudam.

Izmantojot dažādas tā izdevīgo īpašību kombinācijas, piemēram, izturību, vieglumu, izturību pret koroziju, pārstrādājamību un formējamību, alumīnijs tiek izmantots arvien vairāk pielietojumu. Šis produktu klāsts ir no strukturālajiem materiāliem līdz plānām iepakojuma folijām.

Sakausējumu apzīmējumi

Alumīniju visbiežāk sakausē ar varu, cinku, magniju, silīciju, mangānu un litiju. Tiek ražoti arī nelieli hroma, titāna, cirkonija, svina, bismuta un niķeļa piedevi, un dzelzs vienmēr ir sastopams nelielos daudzumos.

Ir vairāk nekā 300 kaltu sakausējumu, no kuriem 50 tiek plaši izmantoti. Tos parasti identificē ar četru ciparu sistēmu, kuras izcelsme ir ASV un tagad ir vispārpieņemta. 1. tabulā ir aprakstīta sistēma kaltiem sakausējumiem. Lietiem sakausējumiem ir līdzīgi apzīmējumi, un tie izmanto piecu ciparu sistēmu.

1. tabula.Apzīmējumi kaltiem alumīnija sakausējumiem.

Neleģētiem kaltiem alumīnija sakausējumiem, kas apzīmēti ar 1XXX, pēdējie divi cipari norāda metāla tīrību. Tie ir līdzvērtīgi pēdējiem diviem cipariem aiz komata, ja alumīnija tīrību izsaka ar precizitāti līdz 0,01 procentam. Otrais cipars norāda piemaisījumu robežvērtību izmaiņas. Ja otrais cipars ir nulle, tas norāda uz neleģētu alumīniju ar dabisko piemaisījumu robežu, un no 1 līdz 9 norāda uz atsevišķiem piemaisījumiem vai sakausējuma elementiem.

Grupām no 2XXX līdz 8XXX pēdējie divi cipari apzīmē dažādus alumīnija sakausējumus grupā. Otrais cipars norāda sakausējuma modifikācijas. Otrais nulles cipars norāda sākotnējo sakausējumu, un veseli skaitļi no 1 līdz 9 norāda secīgas sakausējuma modifikācijas.

Alumīnija fizikālās īpašības

Alumīnija blīvums

Alumīnija blīvums ir aptuveni viena trešdaļa no tērauda vai vara blīvuma, padarot to par vienu no vieglākajiem komerciāli pieejamajiem metāliem. Rezultātā iegūtā augstā izturības un svara attiecība padara to par svarīgu konstrukcijas materiālu, kas ļauj palielināt kravnesību vai degvielas ietaupījumu, jo īpaši transporta nozarē.

Alumīnija izturība

Tīram alumīnijam nav augsta stiepes izturība. Tomēr sakausējuma elementu, piemēram, mangāna, silīcija, vara un magnija, pievienošana var palielināt alumīnija stiprības īpašības un radīt sakausējumu ar īpašībām, kas pielāgotas konkrētiem lietojumiem.

Alumīnijsir labi piemērots aukstā vidē. Tam ir priekšrocība salīdzinājumā ar tēraudu, jo tā stiepes izturība palielinās, pazeminoties temperatūrai, vienlaikus saglabājot stingrību. No otras puses, tērauds kļūst trausls zemā temperatūrā.

Alumīnija izturība pret koroziju

Saskaroties ar gaisu, uz alumīnija virsmas gandrīz acumirklī veidojas alumīnija oksīda slānis. Šim slānim ir lieliska izturība pret koroziju. Tas ir diezgan izturīgs pret lielāko daļu skābju, bet mazāk izturīgs pret sārmiem.

Alumīnija siltumvadītspēja

Alumīnija siltumvadītspēja ir aptuveni trīs reizes lielāka nekā tērauda siltumvadītspēja. Tas padara alumīniju par svarīgu materiālu gan dzesēšanas, gan apkures iekārtām, piemēram, siltummaiņiem. Apvienojumā ar to, ka alumīnijs nav toksisks, tas nozīmē, ka tas tiek plaši izmantots ēdiena gatavošanas traukos un virtuves piederumos.

Alumīnija elektrovadītspēja

Kopā ar varu alumīnija elektrovadītspēja ir pietiekami augsta, lai to izmantotu kā elektrisko vadītāju. Lai gan parasti izmantotā vadošā sakausējuma (1350) vadītspēja ir tikai aptuveni 62% no atkausētā vara, tas ir tikai viena trešdaļa no svara un tāpēc var vadīt divreiz vairāk elektrības, salīdzinot ar tāda paša svara varu.

Alumīnija atstarošanās spēja

No UV līdz infrasarkanajam alumīnijam ir lielisks starojuma enerģijas atstarotājs. Redzamās gaismas atstarošanas spēja aptuveni 80% nozīmē, ka to plaši izmanto gaismas ķermeņos. Tās pašas atstarošanas īpašības padaraalumīnijaideāli piemērots kā izolācijas materiāls, lai vasarā aizsargātu pret saules stariem, savukārt ziemā izolētu pret siltuma zudumiem.

2. tabula.Alumīnija īpašības.

Alumīnija mehāniskās īpašības

Alumīnijs var tikt nopietni deformēts bez bojājumiem. Tas ļauj veidot alumīniju, velmējot, presējot, velkot, apstrādājot un citos mehāniskos procesos. To var arī izmantot ar augstu pielaidi.

Leģēšanu, auksto apstrādi un termisko apstrādi var izmantot, lai pielāgotu alumīnija īpašības.

Tīra alumīnija stiepes izturība ir aptuveni 90 MPa, bet dažiem termiski apstrādājamiem sakausējumiem to var palielināt līdz vairāk nekā 690 MPa.

Alumīnija standarti

Vecais BS1470 standarts ir aizstāts ar deviņiem EN standartiem. EN standarti ir norādīti 4. tabulā.

4. tabula.EN standarti alumīnijam

EN standarti atšķiras no vecā standarta BS1470 šādās jomās:

• Ķīmiskais sastāvs – nemainīgs.
• Sakausējumu numerācijas sistēma – nemainīga.
• Termiski apstrādājamo sakausējumu temperatūras apzīmējumi tagad aptver plašāku īpašo rūdījumu klāstu. Līdz četriem cipariem pēc T ir ieviesti nestandarta lietojumos (piemēram, T6151).
• Temperatūras apzīmējumi termiski neapstrādājamiem sakausējumiem – esošie rūdījumi nemainās, taču tagad temperatūras ir daudz plašāk definētas attiecībā uz to izveidošanas veidu. Mīkstais (O) temperaments tagad ir H111, un ir ieviests starpprodukts H112. Sakausējuma 5251 tempi tagad tiek parādīti kā H32/H34/H36/H38 (ekvivalents H22/H24 utt.). H19/H22 un H24 tagad ir parādīti atsevišķi.
• Mehāniskās īpašības - paliek līdzīgas iepriekšējiem skaitļiem. Testa sertifikātos tagad ir jānorāda 0,2 % pierādījums stresam.
• Pielaides ir stingrākas dažādās pakāpēs.
  

  Alumīnija termiskā apstrāde

  Alumīnija sakausējumiem var izmantot virkni termiskās apstrādes:

  • Homogenizācija – segregācijas noņemšana, karsējot pēc liešanas.
  • Rūdīšana – izmanto pēc aukstās apstrādes, lai mīkstinātu cietināšanas sakausējumus (1XXX, 3XXX un 5XXX).
  • Nokrišņu vai vecuma sacietēšana (sakausējumi 2XXX, 6XXX un 7XXX).
  • Šķīduma termiskā apstrāde pirms nokrišņu cietēšanas sakausējumu novecošanas.
  • Plīts pārklājumu sacietēšanai
  • Pēc termiskās apstrādes apzīmējumu numuriem pievieno sufiksu.
  • Sufikss F nozīmē “kā izgatavots”.
  • O nozīmē “rūdīti apstrādāti izstrādājumi”.
  • T nozīmē, ka tas ir “termiski apstrādāts”.
  • W nozīmē, ka materiāls ir termiski apstrādāts ar šķīdumu.
  • H attiecas uz termiski neapstrādājamiem sakausējumiem, kas ir “auksti apstrādāti” vai “izturīgi pret deformāciju”.
  • Termiski neapstrādājamie sakausējumi ir 3XXX, 4XXX un 5XXX grupā ietilpstošie sakausējumi.