Τι είναι το αλουμίνιο; Μια επισκόπηση υλικού και παράγοντες σχεδιασμού

Αλουμίνιο , επίσης γνωστό ως Αλουμίνιο , είναι το πιο χρησιμοποιούμενο μη σιδηρούχο μέταλλο λόγω των μοναδικών χαρακτηριστικών του που δεν υπάρχουν σε μέταλλα βάσει σιδήρου. Η κατανόηση των χαρακτηριστικών του και η επιλογή της κατάλληλης ποιότητας, μεθόδου επεξεργασίας και θερμικής κατεργασίας είναι κρίσιμης σημασίας κατά τον σχεδιασμό προϊόντων. Ας ’εξερευνήσουμε τους διάφορους τύπους και τις ιδιότητες του αλουμινίου.

Κύρια χαρακτηριστικά του αλουμινίου

Το αλουμίνιο διαθέτει αρκετά εξαιρετικά χαρακτηριστικά, όπως: ελαφρύ, ισχυρό, ανθεκτικό στη διάβρωση, εύκολο στην επεξεργασία, υψηλή θερμική αγωγιμότητα, υψηλή ηλεκτρική αγωγιμότητα, ανακυκλώσιμο, αμαγνητικό, ανθεκτικό σε χαμηλές θερμοκρασίες, ανακλαστικό της θερμότητας και του φωτός, οπτικά ελκυστικό και μη τοξικό.

Ελαφρύ

Το αλουμίνιο έχει ειδικό βάρος (πυκνότητα) περίπου 2,7, περίπου το ένα τρίτο του χάλυβα. Το ελαφρύ του βάρος το καθιστά ιδιαίτερα επιθυμητό σε βιομηχανίες όπως η μεταφορά (αεροσκάφη, δορυφόροι και τρένα μεγάλης ταχύτητας), η κατασκευή και η ηλεκτρονική (κινητά τηλέφωνα).

Δυνατός

Η κραμάτωση καθαρού αλουμινίου με άλλα μέταλλα μπορεί να βελτιώσει την ειδική του αντοχή. Κράματα όπως η σειρά 7000, τα οποία επεξεργάζονται θερμικά με προσθήκη ψευδαργύρου και μαγνησίου, παρουσιάζουν εξαιρετική αντοχή. Το A7075 (επιπλέον υπερ δουραλουμίνιο), για παράδειγμα, χρησιμοποιείται ευρέως σε εξαρτήματα αεροσκαφών.

Ανθισταμένο στην διάβρωση

Το αλουμίνιο αντιδρά εύκολα με το οξυγόνο, σχηματίζοντας ένα πυκνό οξείδιο φιλμ στην επιφάνειά του που λειτουργεί ως προστατευτικό στρώμα, αποτρέποντας τη διάβρωση. Η υψηλή του αντίσταση στη διάβρωση το καθιστά ιδανικό για εφαρμογές στη θαλάσσια ανάπτυξη, τη ναυπηγική και την αρχιτεκτονική. Υπάρχουν επίσης αναφορές για απουσία προβλημάτων ακόμη και μετά από 30 χρόνια χρήσης σε περιοχές που εκτίθενται σε αύρες από την παραλία.

Επεξεργάσιμο

Το αλουμίνιο είναι εξαιρετικά εύπλαστο, κάνοντάς το κατάλληλο για διάφορες μεθόδους επεξεργασίας. Το χαμηλό σημείο τήξης και οι καλές ρεολογικές του ιδιότητες το καθιστούν ιδανικό για χύτευση. Μπορεί εύκολα να κοπεί και να συγκολληθεί, επιτρέποντας τη δημιουργία μιας μεγάλης ποικιλίας σχημάτων, από λεπτότοιχα σχήματα, όπως το φύλλο αλουμινίου, μέχρι πολύπλοκα σχήματα.

Ύψιστη Θερμική Διαφορά

Αλουμίνιο ’η θερμική του αγωγιμότητα είναι περίπου τρεις φορές μεγαλύτερη από αυτή του σιδήρου, κάνοντάς το ιδανικό για χρήση σε ψυγεία αυτοκινήτων, εναλλάκτες θερμότητας και ψυγεία ηλεκτρονικών συσκευών.

Υψηλή Ηλεκτρική Διεξαγωγικότητα

Το αλουμίνιο μεταφέρει διπλάσιο ρεύμα από τον χαλκό ίδιου βάρους. Αυτή η ιδιότητα, σε συνδυασμό με την ελαφριά του φύση, το καθιστά ελκυστικό υλικό για γραμμές μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας. Βοηθά στη διεύρυνση της απόστασης μεταξύ των πύργων και στη μείωση του κόστους.

Ανακυκλώσιμο

Το αλουμίνιο δεν εξασθενίζει εύκολα, ακόμη και μετά από πολύχρονη χρήση, και έχει χαμηλό σημείο τήξης, γεγονός που το καθιστά εύκολα ανακυκλώσιμο μέσω τήξης του προϊόντος μετά τη χρήση. Η ανακύκλωση αλουμινίου απαιτεί μόνο το 3% της ενέργειας που χρειάζεται για την παραγωγή νέων προϊόντων, ενώ η ποιότητα του ανακυκλωμένου αλουμινίου είναι σχεδόν ισοδύναμη με αυτή των νέων προϊόντων.

Άμαγνητος

Το αλουμίνιο είναι αμαγνητοφόρο και δεν επηρεάζεται από μαγνητικά πεδία γύρω του. Αυτή η ιδιότητα το καθιστά κατάλληλο για χρήση σε παραβολικές κεραίες, ιατρικός εξοπλισμός, μαγνητικές πυξίδες και προϊόντα που σχετίζονται με την υπεραγωγιμότητα. Είναι επίσης φθηνότερο από άλλα αμαγνητοφόρα υλικά όπως το χρυσός, το ασήμι και το χαλκός.

Ανθεκτικό σε χαμηλές θερμοκρασίες

Ακόμη και σε εξαιρετικά χαμηλές θερμοκρασίες, όπως το υγρό άζωτο (-196 °F) και το υγρό οξυγόνο (-183 °F), το αλουμίνιο διατηρεί την αντοχή του και μπορεί ακόμη και να αυξηθεί. Αυτή η ιδιότητα το καθιστά κατάλληλο για χρήση σε εγκαταστάσεις χαμηλών θερμοκρασιών, δεξαμενές ΥΦΑ (υγροποιημένου φυσικού αερίου), διαστημική εξερεύνηση και βιοτεχνολογία.

Ανακλαστικό σε θερμότητα και φως

Το αλουμίνιο έχει τη δυνατότητα να ανακλά ακτίνες υπερύθρων, ακτίνες υπεριώδους και ηλεκτρομαγνητικά κύματα. Η αύξηση της καθαρότητάς του ή η εφαρμογή λείας επιφάνειας μπορεί να ενισχύσει περαιτέρω την ανακλαστικότητά του, καθιστώντας το κατάλληλο για χρήση σε ανακλαστήρες θέρμανσης, στολές διαστήματος και πολύγωνους καθρέφτες.

Οπτικά Αποδεκτό

Το αλουμίνιο έχει μια φυσική ομορφιά, η οποία μπορεί να ενισχυθεί περαιτέρω μέσω επιφανειακών επεξεργασιών όπως η επεξεργασία Alumite. Μπορεί επίσης να χρωματιστεί με ηλεκτρολυτικό χρωματισμό, καθιστώντας το κατάλληλο για χρήση σε εξωτερικές κατασκευές κτιρίων και υλικά συσκευασίας.

Μη τοξικό

Το αλουμίνιο δεν αντιδρά με τα τρόφιμα και δεν είναι τοξικό. Ακόμη κι αν καταποθεί, πάνω από 99% εξακρινώνεται από τον οργανισμό, χωρίς να προκαλεί βλάβη στο έδαφος. Χρησιμοποιείται συχνά σε συσκευασίες φαρμάκων και τροφίμων και σε ιατρικές συσκευές.

Παράγοντες που πρέπει να ληφθούν υπόψη κατά τη χρήση αλουμινίου

Ενώ το αλουμίνιο διαθέτει πολλά εξαιρετικά χαρακτηριστικά, υπάρχουν και ορισμένοι παράγοντες που πρέπει να ληφθούν υπόψη:

Χαμηλότερη αντοχή σε σύγκριση με το χάλυβα

Αν και το αλουμίνιο έχει εξαιρετική ειδική αντοχή, η αντοχή του είναι χαμηλότερη από αυτή του χάλυβα. Είναι κατάλληλο για μαλακές και εύπλαστες κατασκευές, όπως οι πτέρυγες αεροπλάνων, αλλά ίσως να μην είναι κατάλληλο για εξαρτήματα που απαιτούν υψηλή αντοχή, όπως τα γρανάζια.

Καταστροφές από διάβρωση

Αν και το αλουμίνιο είναι ανθεκτικό στη σκουριά, μπορεί να διαβρωθεί σε αλμυρά περιβάλλοντα ή όταν έρχεται σε επαφή με διαφορετικά μέταλλα. Για να αποφευχθεί η διάβρωση, μπορεί να απαιτηθεί επεξεργασία με αλουμίτη.

Υψηλός συντελεστής γραμμικής διαστολής

Το αλουμίνιο έχει συντελεστή γραμμικής διαστολής περίπου διπλάσιο από αυτόν των υλικών βάσεις σιδήρου. Τα εξαρτήματα που υφίστανται μεγάλες θερμικές τάσεις και υπόκεινται επανειλημμένα σε θέρμανση και ψύξη μπορεί να υποστούν αστοχία λόγω θερμικής κόπωσης.

Χωρίς όριο κόπωσης

Σε αντίθεση με τα σιδηρούχα υλικά, το αλουμίνιο δεν έχει όριο κόπωσης —το κατώτερο όριο τάσης στο οποίο δεν παρατηρείται κόπωση του μετάλλου. Κατά συνέπεια, κατά το σχεδιασμό, είναι απαραίτητο να συγκριθεί η μεταβαλλόμενη τάση που προκύπτει κατά τη χρήση με το διάγραμμα SN, ώστε να διασφαλιστεί ότι δεν θα υπάρξουν προβλήματα αντοχής, ακόμη και αν αναπτυχθούν ρωγμές κατά τη διάρκεια της αναμενόμενης διάρκειας ζωής του προϊόντος.

Δύσκολο στη συγκόλληση

Αλουμίνιο ’η οξειδωμένη μεμβράνη του αλουμινίου έχει υψηλό σημείο τήξης περίπου 3632 °F, γι’ αυτό πρέπει να αφαιρεθεί πριν από τη συγκόλληση. Επιπλέον, η υψηλή θερμική αγωγιμότητα και το χαμηλό σημείο τήξης του αλουμινίου σημαίνουν ότι η θερμότητα κατά τη συγκόλληση μεταδίδεται γρήγορα στο βασικό μέταλλο, γεγονός που μπορεί να προκαλέσει την πτώση του βασικού μετάλλου. Η συγκόλληση αλουμινίου απαιτεί προσεκτικό έλεγχο της ταχύτητας της συγκολλητικής λαμπτήρας. Για καλύτερα αποτελέσματα, σκεφτείτε τη χρήση εταιρείας με αποδεδειγμένο ιστορικό στη συγκόλληση αλουμινίου. ’η υψηλή θερμική αγωγιμότητα και το χαμηλό σημείο τήξης του αλουμινίου σημαίνουν ότι η θερμότητα κατά τη συγκόλληση μεταδίδεται γρήγορα στο βασικό μέταλλο, γεγονός που μπορεί να προκαλέσει την πτώση του βασικού μετάλλου. Η συγκόλληση αλουμινίου απαιτεί προσεκτικό έλεγχο της ταχύτητας της συγκολλητικής λαμπτήρας. Για καλύτερα αποτελέσματα, σκεφτείτε τη χρήση εταιρείας με αποδεδειγμένο ιστορικό στη συγκόλληση αλουμινίου.

Τυπικοί Τύποι Αλουμινίου

Το καθαρό αλουμίνιο έχει χαμηλή αντοχή, γι’ αυτό συνήθως προστίθενται άλλα μέταλλα για να σχηματιστεί κράμα. Με την προσθήκη σιδήρου, ψευδαργύρου, μαγνησίου, χαλκού κ.λπ. στο αλουμίνιο, μπορούν να δημιουργηθούν διάφοροι τύποι κραμάτων.

Τα βιομηχανικά αλουμινιούχα υλικά κατηγοριοποιούνται ευρέως σε ελασμένες αλουμινιούχες κράμες και χυτευμένες αλουμινιούχες κράμες, ανάλογα με τη χρήση του τελικού προϊόντος. ’τα ελασμένα αλουμίνια μπορούν να επεξεργαστούν με πλαστική παραμόρφωση, ενώ τα χυτευμένα αλουμίνια χρησιμοποιούνται για τη χύτευση. Ας εξετάσουμε εδώ τους τύπους των ελασμένων αλουμινιούχων κραμάτων. ’ας εξετάσουμε εδώ τους τύπους των ελασμένων αλουμινιούχων κραμάτων.

Ελασμένες αλουμινιούχες κράμες

• κράμα Αλουμινίου 1050

το Κράμα Αλουμινίου 1050 (1050 AA) είναι ένα τυπικό καθαρό αλουμίνιο. Αν και έχει χαμηλή αντοχή, διαθέτει εξαιρετική επεξεργασιμότητα και αντίσταση στη διάβρωση, γεγονός που το καθιστά κατάλληλο για διακοσμητικά αντικείμενα και γραμμές μεταφοράς ηλεκτρικής ενέργειας.

• κράμα Αλουμινίου 2017

το Κράμα Αλουμινίου 2017 (2017AA), επίσης γνωστό ως δουραλουμίνιο, έχει χαμηλή αντίσταση στη διάβρωση αλλά υψηλή αντοχή, γεγονός που το καθιστά κατάλληλο για χρήση σε αεροπλάνα, αυτοκίνητα και μηχανικά εξαρτήματα.

• κράμα Αλουμινίου 2024

το Κράμα Αλουμινίου 2024 (2024 AA), ή υπερδουραλουμίνιο, προσφέρει υψηλότερη αντοχή από το 2017 AA.

• κράμα αλουμινίου 5052

το κράμα αλουμινίου 5052 (5052 AA) διαθέτει εξαιρετική αντίσταση στη διάβρωση, επεξεργασιμότητα και συγκολλησιμότητα, γεγονός που το καθιστά το πιο διαδεδομένο κράμα αλουμινίου. Χρησιμοποιείται για υλικά πλαισίων και κομμάτια φύλλων μετάλλων .

• οξειδικός Συμμαχικός Αλουμάνιος 6061

το κράμα αλουμινίου 6061 (6061 AA) είναι ένα κράμα αλουμινίου με εξαιρετική αντίσταση στη διάβρωση. Η θερμική επεξεργασία, όπως η επεξεργασία T6, ενισχύει περαιτέρω την αντίστασή του στη διάβρωση.

• σύμβοση Άλουμινου 6063

το κράμα αλουμινίου 6063 (6063 AA) είναι ένα κράμα αλουμινίου με εξαιρετική αντίσταση στη διάβρωση και ιδιότητες επεξεργασίας επιφάνειας, το οποίο χρησιμοποιείται κυρίως σε εμφυσημένα προϊόντα όπως αλουμινένια κουφώματα και ηλεκτρικά υλικά.

• κράμα αλουμινίου 7075

το κράμα αλουμινίου 7075 (7075 AA), ή εξαιρετικό-σούπερ δουραλουμίνιο, έχει την υψηλότερη αντοχή ανάμεσα στα κράματα αλουμινίου. Χρησιμοποιείται ευρέως σε αεροσκάφη και έχει αποτελέσει αναπόσπαστο μέρος της κατασκευής αεροσκαφών, συμπεριλαμβανομένης σημαντικής συμβολής στην απόδοση αεροσκαφών κατά τον πόλεμο.