Mikä on alumiini? Materiaaliesittely ja suunnittelunäkökohdat

Alumiini , jota kutsutaan myös nimellä Alumiini , on yleisimmin käytetty valtametalli sen rautapohjaisiin metalleihin verrattuna ainutlaatuisen ominaisuuksien vuoksi. Sen ominaisuuksien ymmärtäminen sekä oikean luokan, käsittelymenetelmän ja lämpökäsittelyn valinta ovat ratkaisevan tärkeitä suunniteltaessa. Käydään läpi eri alumiinityypit ja niiden ominaisuudet. ’käydään läpi eri tyypit ja ominaisuudet.

Alumiinin keskeiset ominaisuudet

Alumiinilla on useita erinomaisia ominaisuuksia, kuten keveys, lujuus, korroosionkestävyys, työstettävyys, korkea lämmönjohtavuus, korkea sähkönjohtavuus, kierrätettävyys, ei-magneettisuus, kylmänkestävyys, lämmön ja valon heijastuminen, visuaalinen viehätys sekä myrkyttömyys.

Kevyet

Alumiinilla on tiheys noin 2,7, noin kolmasosa teräksestä. Sen keveys tekee siitä erittäin halutun materiaalin liikenneteollisuudessa (lentokoneet, satelliitit ja luotiluodit), rakennusteollisuudessa sekä elektroniikassa (matkapuhelimet).

Vahva

Pelkän alumiinin seostaminen muiden metallien kanssa voi parantaa sen ominaislujuutta. Esimerkiksi 7000-sarjan seokset, joita on kuumakäsitelty lisäämällä sinkkiä ja magnesiumia, omaavat erinomaisen lujuuden. A7075 (erittäin superduraalialumiini) on esimerkiksi laajalti käytössä lentokoneiden osissa.

Korroosionkestävä

Alumiini reagoi helposti hapen kanssa muodostaen tiivistä hapettumiskalvoa pinnalleen, joka toimii suojakerroksena ja estää korroosiota. Korroosionkestävyys tekee siitä ideaalisen merenkulku-, alustenrakennus- ja arkkitehtuurisovelluksissa. On myös raportoitu, ettei ole ollut ongelmia jopa 30 vuoden käytön jälkeen rannoilla esiintyvissä merituulialueissa.

Toimii

Alumiini on erittäin muovattavaa, mikä tekee siitä sopivan erilaisiin käsittelymenetelmiin. Sen alhainen sulamispiste ja hyvät virtausominaisuudet tekevät siitä ihanteellisen valumuotokäyttöön. Sitä voidaan helposti leikata ja hitsata, mikä mahdollistaa laajan valikoiman muotojen valmistamisen, mukaan lukien ohutseinäiset muodot, kuten alumiinifolio, sekä monimutkaiset muodot.

Korkea lämpöjohtokyky

Alumiini ’sen lämmönjohtavuus on noin kolme kertaa raudan, mikä tekee siitä ihanteellisen käytettäväksi auton radiatoreissa, lämmönvaihtimissa ja elektronisten laitteiden jäähdytysputkissa.

Korkea sähköjohtokyky

Alumiini kuljettaa kaksi kertaa niin paljon sähkövirtaa kuin samanpainoinen kupari. Tämä ominaisuus yhdistettynä sen keveyteen tekee siitä houkuttelevan materiaalin sähkönsiirtolinjoille. Se auttaa laajentamaan tornien välistä etäisyyttä ja vähentämään kustannuksia.

Kierrätettävä

Alumiini ei hajoa helposti, edes pitkäaikaisen käytön jälkeen, ja sillä on alhainen sulamispiste, mikä tekee siitä helposti kierrätettävän tuotteen uudelleensulatuksella. Alumiinin kierrätys vaatii vain 3 % energiaa verrattuna uusien tuotteiden valmistukseen, ja kierrätetyn alumiinin laatu on lähes yhtä hyvä kuin uuden tuotteen.

Ei-magneettinen

Alumiini on ei-magneettinen eikä siihen vaikuta ympäröivät magneettikentät. Tämä ominaisuus tekee siitä sopivan paraboliantenneihin, lääkintälaitteisiin, magneettikompassien ja suprajohtavuuteen liittyviin tuotteisiin. Se on myös halvempi kuin muut ei-magneettiset materiaalit, kuten kulta, hopea ja kupari.

Kohtisuoriin alhaisiin lämpötiloihin

Jopa erittäin matalissa lämpötiloissa, kuten nestemäisessä typessä (-196 °F) ja nestemäisessä hapessa (-183 °F), alumiini säilyttää vetolujuutensa ja sen vetolujuus voi jopa kasvaa. Tämä ominaisuus tekee siitä sopivan matalan lämpötilan laitoksissa, LNG- (nesteistetyt maakaasu) säiliöissä, avaruustutkimuksessa ja bioteknologiassa.

Heijastaa lämpöä ja valoa

Alumiini pystyy heijastamaan infrapuna-, ultraviolettisäteitä ja sähkömagneettisia aaltoja. Sen puhtauden kasvattaminen tai peilikarvoituksen käyttö voi entisestään parantaa heijastuskykyä, mikä tekee siitä sopivan materiaalin lämmönheijastimiin, avaruuspukuihin ja monikulmaisiin peileihin.

Visuaalisesti houkutteleva

Alumiinilla on luontainen kauneus, jota voidaan vielä parantaa pintakäsittelyillä, kuten anodisoinnilla. Sitä voidaan värjätä myös elektrolyyttisellä värjäyksellä, mikä tekee siitä sopivan rakennusten ulkokuoriin ja pakkauksiin.

Myrkytön

Alumiini ei reagoi elintarvikkeiden kanssa eikä ole myrkyllinen. Vaikka sitä nieluunkin, yli 99 % elimistöstä erittyy, eikä sillä ole haitallista vaikutusta maaperään. Sitä käytetään yleisesti elintarvike- ja lääkepakkauksissa sekä lääketarvikkeissa.

Huomioitavaa alumiinin käytössä

Vaikka alumiinilla on monia erinomaisia ominaisuuksia, siinä on myös joitain huomioon otettavia seikkoja:

Heikompi lujuus verrattuna teräkseen

Vaikka alumiinilla on erinomainen ominaislujuus, sen lujuus on alhaisempi kuin teräksellä. Se soveltuu pehmeisiin ja taipuisiin rakenteisiin, kuten lentokoneen siipiin, mutta saattaa olla sopimaton osiin, joissa vaaditaan suurta lujuutta, kuten vaihteisiin.

Korroosiohuomio

Vaikka alumiini on ruostumaton, se voi korrooida suolaisissa ympäristöissä tai kun se koskettaa erilaisia metalleja. Korroosion estämiseksi saattaa olla tarpeen alumiinipintakäsittely.

Suuri lämpölaajenemiskerroin

Alumiinin lämpölaajenemiskerroin on lähes kaksinkertainen rautapohjaisiin materiaaleihin verrattuna. Osat, jotka kokevat suuria lämpöjännityksiä ja joita kuumennetaan ja jäähdytetään toistuvasti, saattavat kärsiä lämpöväsymyksestä.

Ei väsymisrajaa

Toisin kuin rautapitoisilla materiaaleilla, alumiinilla ei ole väsymisrajaa —pienempi jännityksen alaraja, jolla metallin väsyminen ei tapahdu. Siksi suunnittelun aikana on välttämätöntä verrata käytön aikana esiintyvää vaihtelevaa jännitystä SN-kaavioon, jotta varmistutaan, ettei esiinny lujuusongelmia, vaikka halkeamia kehittyy tuotteen odotetun käyttöiän aikana.

Hitaasti hitsattava

Alumiini ’s oksidikalvolla on korkea sulamispiste noin 3632 °F, joten se on poistettava ennen hitsausta. Lisäksi alumiinin ’korkea lämmönjohtavuus ja alhainen sulamispiste tarkoittavat, että hitsauksen aikana lämpö siirtyy nopeasti perusmetalliin, mikä saattaa aiheuttaa perusmetallin putoamisen. Alumiinin hitsaaminen edellyttää hitsauspolttimen nopeuden tarkkaa säätöä. Parhaan tuloksen saavuttamiseksi kannattaa harkita alumiinihitsauksessa vahvan kokemuksen omaavan yrityksen käyttöä.

Tyypillisiä alumiinilaatuja

Puhdas alumiini on heikko, joten siihen lisätään yleensä muita metalleja muodostamaan seos. Lisäämällä alumiiniin rautaa, sinkkiä, magnesiumia, kuparia jne. voidaan luoda monenlaisia seoksia.

Teollisuuden alumiinimateriaalit jaetaan muovattuihin alumiiniseoksiin ja valualumiiniseoksiin tuotteen käyttötavan mukaan. ’muovattuja alumiineja voidaan käsitellä muovautumalla, kun taas valualumiineja käytetään valumuotissa. Käydään läpi muovattujen alumiiniseosten tyypit tässä. ’käydään läpi muovattujen alumiiniseosten tyypit tässä.

Muovatut alumiiniseokset

• 1050 Alumiiniseos

1050 Alumiiniseos (1050 AA) on tyypillinen puhdas alumiinilaatu. Vaikka sen lujuus on alhainen, sillä on erinomainen työstettävyys ja korroosionkesto, mikä tekee siitä sopivan koriste-esineisiin ja sähkönsiirtolinjoihin.

• 2017 Alumiiniseos

2017 Alumiiniseos (2017 AA), jota kutsutaan myös durumiiniksi, on alhaisempi korroosionkesto mutta korkea lujuus, mikä tekee siitä sopivan lentokoneisiin, autoihin ja koneenosien valmistukseen.

• 2024 Alumiiniseos

2024 Alumiiniseos (2024 AA), eli superdurumiini, tarjoaa korkeamman lujuuden kuin 2017 AA.

• 5052 Alumiiniloysi

5052 alumiiniseos (5052 AA) on erinomaisen korroosionkestävää, muovattavaa ja hitsattavaa, mikä tekee siitä laajalti käytetyn alumiiniseoksen. Sitä käytetään kehärakenteissa ja teraslevyosat .

• 6061 Alumiinilaitos

6061 alumiiniseos (6061 AA) on alumiiniseos, jolla on erinomainen korroosionkesto. Lämpökäsittely, kuten T6-käsittely, parantaa sen korroosionkestoa entisestään.

• 6063 Alumiinilevy

6063 alumiiniseos (6063 AA) on alumiiniseos, jolla on erinomainen korroosionkesto ja pinnankäsittelyominaisuudet. Sitä käytetään pääasiassa puristustuotteissa, kuten alumiinisashissa ja sähkömateriaaleissa.

• 7075-alumiiniseosta

7075 alumiiniseos (7075 AA), eli erityisen kestävä duralumiini, on vahvin alumiiniseoksista. Koska sitä käytetään laajalti lentokoneissa, se on ollut keskeisessä asemassa lentokoneraKenteiden rakentamisessa, mukaan lukien merkittävät panokset lentokoneiden suorituskykyyn sodanaikana.