Aluminium är världens mest förekommande metall och är det tredje vanligaste grundämnet som utgör 8 % av jordskorpan. Mångsidigheten hos aluminium gör den till den mest använda metallen efter stål.

Tillverkning av aluminium

Aluminium härrör från mineralet bauxit. Bauxit omvandlas till aluminiumoxid (aluminiumoxid) via Bayerprocessen. Aluminiumoxiden omvandlas sedan till aluminiummetall med hjälp av elektrolytiska celler och Hall-Heroult-processen.

Årlig efterfrågan på aluminium

Den globala efterfrågan på aluminium är cirka 29 miljoner ton per år. Cirka 22 miljoner ton är nytt aluminium och 7 miljoner ton är återvunnet aluminiumskrot. Användningen av återvunnet aluminium är ekonomiskt och miljömässigt övertygande. Det krävs 14 000 kWh för att producera 1 ton nytt aluminium. Omvänt krävs det bara 5 % av detta för att smälta om och återvinna ett ton aluminium. Det är ingen skillnad i kvalitet mellan jungfruliga och återvunna aluminiumlegeringar.

Tillämpningar av aluminium

Renaluminiumär mjuk, duktil, korrosionsbeständig och har en hög elektrisk ledningsförmåga. Det används i stor utsträckning för folie- och ledarkablar, men legering med andra element är nödvändigt för att ge de högre styrkorna som behövs för andra applikationer. Aluminium är en av de lättaste tekniska metallerna, med ett förhållande mellan styrka och vikt som är överlägset stål.

Genom att utnyttja olika kombinationer av dess fördelaktiga egenskaper såsom styrka, lätthet, korrosionsbeständighet, återvinningsbarhet och formbarhet, används aluminium i ett ständigt ökande antal applikationer. Det här utbudet av produkter sträcker sig från strukturella material till tunna förpackningsfolier.

Legeringsbeteckningar

Aluminium är oftast legerat med koppar, zink, magnesium, kisel, mangan och litium. Små tillsatser av krom, titan, zirkonium, bly, vismut och nickel görs också och järn är undantagslöst närvarande i små mängder.

Det finns över 300 smideslegeringar varav 50 är vanliga. De identifieras normalt av ett fyrsiffrigt system som har sitt ursprung i USA och nu är allmänt accepterat. Tabell 1 beskriver systemet för smideslegeringar. Gjutna legeringar har liknande beteckningar och använder ett femsiffrigt system.

Tabell 1.Beteckningar för bearbetade aluminiumlegeringar.

För olegerade bearbetade aluminiumlegeringar betecknade 1XXX representerar de två sista siffrorna metallens renhet. De motsvarar de två sista siffrorna efter decimaltecknet när aluminiumrenheten uttrycks till närmaste 0,01 procent. Den andra siffran indikerar ändringar i föroreningsgränserna. Om den andra siffran är noll indikerar den olegerat aluminium med naturliga föroreningsgränser och 1 till 9 indikerar individuella föroreningar eller legeringselement.

För grupperna 2XXX till 8XXX identifierar de två sista siffrorna olika aluminiumlegeringar i gruppen. Den andra siffran indikerar legeringsmodifieringar. En andra siffra noll indikerar den ursprungliga legeringen och heltal 1 till 9 indikerar på varandra följande legeringsmodifieringar.

Fysiska egenskaper hos aluminium

Densitet av aluminium

Aluminium har en densitet runt en tredjedel av stål eller koppar, vilket gör det till en av de lättaste kommersiellt tillgängliga metallerna. Det resulterande höga förhållandet mellan hållfasthet och vikt gör det till ett viktigt konstruktionsmaterial som tillåter ökad nyttolast eller bränslebesparingar i synnerhet för transportindustrin.

Styrka av aluminium

Rent aluminium har ingen hög draghållfasthet. Men tillsatsen av legeringselement som mangan, kisel, koppar och magnesium kan öka hållfasthetsegenskaperna hos aluminium och producera en legering med egenskaper som är skräddarsydda för särskilda applikationer.

Aluminiumlämpar sig väl för kalla miljöer. Den har fördelen jämfört med stål genom att dess draghållfasthet ökar med sjunkande temperatur samtidigt som den behåller sin seghet. Stål å andra sidan blir sprött vid låga temperaturer.

Korrosionsbeständighet av aluminium

När det utsätts för luft bildas ett lager av aluminiumoxid nästan omedelbart på ytan av aluminium. Detta skikt har utmärkt motståndskraft mot korrosion. Det är ganska resistent mot de flesta syror men mindre resistent mot alkalier.

Termisk ledningsförmåga av aluminium

Värmeledningsförmågan hos aluminium är ungefär tre gånger högre än för stål. Detta gör aluminium till ett viktigt material för både kyl- och värmeapplikationer som värmeväxlare. I kombination med att den är giftfri betyder denna egenskap att aluminium används flitigt i köksredskap och köksutrustning.

Elektrisk ledningsförmåga av aluminium

Tillsammans med koppar har aluminium en elektrisk ledningsförmåga som är tillräckligt hög för att användas som en elektrisk ledare. Även om ledningsförmågan hos den vanliga ledande legeringen (1350) bara är cirka 62 % av glödgat koppar, är den bara en tredjedel av vikten och kan därför leda dubbelt så mycket elektricitet jämfört med koppar med samma vikt.

Reflexionsförmåga av aluminium

Från UV till infraröd, aluminium är en utmärkt reflektor av strålningsenergi. Reflexionsförmåga för synligt ljus på cirka 80 % betyder att den används i stor utsträckning i armaturer. Samma egenskaper hos reflektivitet göraluminiumidealiskt som ett isolerande material för att skydda mot solens strålar på sommaren, samtidigt som det isolerar mot värmeförlust på vintern.

Tabell 2.Egenskaper för aluminium.

Mekaniska egenskaper hos aluminium

Aluminium kan deformeras kraftigt utan fel. Detta gör att aluminium kan formas genom valsning, extrudering, dragning, bearbetning och andra mekaniska processer. Den kan även gjutas med hög tolerans.

Legering, kallbearbetning och värmebehandling kan alla användas för att skräddarsy aluminiumets egenskaper.

Draghållfastheten för rent aluminium är cirka 90 MPa men denna kan ökas till över 690 MPa för vissa värmebehandlande legeringar.

Aluminiumstandarder

Den gamla standarden BS1470 har ersatts av nio EN-standarder. EN-standarderna finns i tabell 4.

Tabell 4.EN-standarder för aluminium

EN-standarderna skiljer sig från den gamla standarden, BS1470 på följande områden:

• Kemiska sammansättningar – oförändrade.
• Legeringsnummersystem – oförändrat.
• Tempereringsbeteckningar för värmebehandlingsbara legeringar täcker nu ett bredare spektrum av specialhärdningar. Upp till fyra siffror efter att T har införts för icke-standardiserade applikationer (t.ex. T6151).
• Tempereringsbeteckningar för legeringar som inte kan behandlas med värme – befintliga härdningar är oförändrade men härdning är nu mer omfattande definierade i termer av hur de skapas. Mjuk (O) temperament är nu H111 och en mellantemperering H112 har introducerats. För legering 5251 visas nu temperament som H32/H34/H36/H38 (motsvarande H22/H24, etc). H19/H22 & H24 visas nu separat.
• Mekaniska egenskaper – förblir liknande tidigare figurer. 0,2 % Proof Stress måste nu noteras på testcertifikat.
• Toleranserna har skärpts i olika grad.
  

  Värmebehandling av aluminium

  En rad värmebehandlingar kan appliceras på aluminiumlegeringar:

  • Homogenisering – avlägsnande av segregation genom uppvärmning efter gjutning.
  • Glödgning – används efter kallbearbetning för att mjuka upp arbetshärdande legeringar (1XXX, 3XXX och 5XXX).
  • Nederbörd eller åldringshärdning (legeringar 2XXX, 6XXX och 7XXX).
  • Lösningsvärmebehandling före åldring av fällningshärdande legeringar.
  • Kamin för härdning av beläggningar
  • Efter värmebehandling läggs ett suffix till beteckningsnumren.
  • Suffixet F betyder "som tillverkat".
  • O betyder "glödgade smidesprodukter".
  • T betyder att den har blivit "värmebehandlad".
  • W betyder att materialet har blivit lösningsvärmebehandlat.
  • H hänvisar till legeringar som inte kan behandlas med värme som är "kallbearbetade" eller "töjningshärdade".
  • De icke värmebehandlingsbara legeringarna är de i grupperna 3XXX, 4XXX och 5XXX.