Aluminium är världens vanligaste metall och det tredje vanligaste grundämnet, vilket utgör 8 % av jordskorpan. Aluminiums mångsidighet gör det till den mest använda metallen efter stål.

Produktion av aluminium

Aluminium utvinns ur 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 fördelaktig. Det krävs 14 000 kWh för att producera 1 ton nytt aluminium. Omvänt krävs det bara 5 % av detta för att omsmälta och återvinna ett ton aluminium. Det finns ingen skillnad i kvalitet mellan jungfruliga och återvunna aluminiumlegeringar.

Användningsområden för aluminium

Renaluminiumär mjuk, duktil, korrosionsbeständig och har hög elektrisk ledningsförmåga. Den används ofta för folie- och ledarkablar, men legering med andra element är nödvändig för att ge de högre hållfastheter som behövs för andra tillämpningar. Aluminium är en av de lättaste konstruktionsmetallerna och har ett hållfasthets-viktförhållande 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 tillämpningar. Denna produktpalett sträcker sig från strukturmaterial till tunna förpackningsfolier.

Legeringsbeteckningar

Aluminium legeras oftast med koppar, zink, magnesium, kisel, mangan och litium. Små tillsatser av krom, titan, zirkonium, bly, vismut och nickel förekommer också och järn förekommer alltid i små mängder.

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

Tabell 1.Beteckningar för smidda aluminiumlegeringar.

För olegerade smidda aluminiumlegeringar betecknade 1XXX representerar de två sista siffrorna metallens renhet. De motsvarar de två sista siffrorna efter decimalpunkten när aluminiumrenhet uttrycks till närmaste 0,01 procent. Den andra siffran anger förändringar i föroreningsgränserna. Om den andra siffran är noll anger den olegerat aluminium med naturliga föroreningsgränser och 1 till 9 anger enskilda föroreningar eller legeringselement.

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

Aluminiums fysikaliska egenskaper

Aluminiumets densitet

Aluminium har en densitet som är ungefär en tredjedel av ståls eller koppars, vilket gör det till en av de lättaste kommersiellt tillgängliga metallerna. Det resulterande höga förhållandet mellan hållfasthet och vikt gör det till ett viktigt strukturmaterial som möjliggör ökad nyttolast eller bränslebesparingar, särskilt för transportindustrin.

Aluminiumets styrka

Rent aluminium har inte hög draghållfasthet. Tillsats av legeringsämnen som mangan, kisel, koppar och magnesium kan dock öka aluminiumets hållfasthetsegenskaper och producera en legering med egenskaper som är anpassade för specifika tillämpningar.

Aluminiumär väl lämpad för kalla miljöer. Den har fördelen jämfört med stål att dess draghållfasthet ökar med minskande temperatur samtidigt som den bibehåller sin seghet. Stål blir å andra sidan sprött vid låga temperaturer.

Korrosionsbeständighet hos aluminium

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

Aluminiums värmeledningsförmåga

Aluminiums värmeledningsförmåga är ungefär tre gånger högre än ståls. Detta gör aluminium till ett viktigt material för både kyl- och värmeapplikationer, såsom värmeväxlare. Kombinerat med att det är giftfritt innebär denna egenskap att aluminium används i stor utsträckning i köksredskap och köksredskap.

Elektrisk ledningsförmåga hos aluminium

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

Reflektionsförmåga hos aluminium

Från UV till infrarött är aluminium en utmärkt reflektor av strålningsenergi. Synlig ljusreflektionsförmåga på cirka 80 % innebär att det används flitigt i lampor. Samma reflektionsegenskaper göraluminiumidealiskt som isoleringsmaterial 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 att gå sönder. Detta gör att aluminium kan formas genom valsning, extrudering, dragning, bearbetning och andra mekaniska processer. Det kan också gjutas med hög tolerans.

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

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

Aluminiumstandarder

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

Tabell 4.EN-standarder för aluminium

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

• Kemisk sammansättning – oförändrad.
• Legeringsnumreringssystem – oförändrat.
• Anlöpningsbeteckningar för värmebehandlingsbara legeringar täcker nu ett bredare spektrum av specialanlöpningar. Upp till fyra siffror efter T har införts för icke-standardiserade tillämpningar (t.ex. T6151).
• Anlöpningsbeteckningar för icke-värmebehandlingsbara legeringar – befintliga anlöpningar är oförändrade men anlöpningar definieras nu mer omfattande i termer av hur de skapas. Mjuk anlöpning (O) är nu H111 och en mellanliggande anlöpning H112 har introducerats. För legering 5251 visas anlöpningar nu som H32/H34/H36/H38 (motsvarande H22/H24, etc.). H19/H22 och H24 visas nu separat.
• Mekaniska egenskaper – förblir liknande tidigare siffror. 0,2 % belastningsspänning måste nu anges på testcertifikat.
• Toleranserna har skärpts i olika grad.
  

  Värmebehandling av aluminium

  En rad värmebehandlingar kan tillämpas på aluminiumlegeringar:

  • Homogenisering – avlägsnande av segregation genom uppvärmning efter gjutning.
  • Glödgning – används efter kallbearbetning för att mjukgöra deformationshärdande legeringar (1XXX, 3XXX och 5XXX).
  • Utfällning eller åldringshärdning (legeringarna 2XXX, 6XXX och 7XXX).
  • Lösningsvärmebehandling före åldring av utskiljningshärdande legeringar.
  • Ugnsbehandling för härdning av beläggningar
  • Efter värmebehandling läggs ett suffix till beteckningsnumren.
  • Suffixet F betyder "som tillverkad".
  • O betyder "glödgade smidesprodukter".
  • T betyder att den har blivit "värmebehandlad".
  • W betyder att materialet har genomgått lösningsvärmebehandlat.
  • H avser icke-värmebehandlingsbara legeringar som är "kallbearbetade" eller "töjningshärdade".
  • De icke-värmebehandlingsbara legeringarna är de i grupperna 3XXX, 4XXX och 5XXX.