Czym jest aluminium? Przegląd materiału i zagadnienia projektowe

Aluminium , nazywane również Aluminium , jest najbardziej używanym metalem nieżelaznym ze względu na swoje unikalne cechy, których nie posiadają metale żelazne. Zrozumienie jego charakterystyki oraz wybór odpowiedniego gatunku, metody przetwarzania i obróbki cieplnej są kluczowe podczas projektowania produktów. Przyjrzyjmy się ’ się różnym typom i właściwościom aluminium.

Główne cechy aluminium

Aluminium posiada wiele doskonałych cech, w tym: lekkość, wytrzymałość, odporność na korozję, kowalność, wysoką przewodność cieplną, wysoką przewodność elektryczną, możliwość recyklingu, brak magnetyzmu, odporność na niskie temperatury, odbijanie ciepła i światła, estetyczny wygląd oraz brak toksyczności.

Lekki

Aluminium ma gęstość właściwą wynoszącą około 2,7, co stanowi mniej więcej jedną trzecią gęstości stali. Jego lekkość czyni go bardzo pożądanym w przemyśle takim jak transport (samoloty, satelity i pociągi kurierowe), budownictwo oraz elektronika (telefony komórkowe).

Silny

Stopowanie czystego aluminium z innymi metalami może poprawić jego wytrzymałość właściwą. Stopy takie jak seria 7000, które są poddawane obróbce cieplnej z dodatkiem cynku i magnezu, wykazują doskonałą wytrzymałość. A7075 (nadstop ekstra super duraluminium), na przykład, jest powszechnie stosowane w elementach konstrukcyjnych samolotów.

Odporny na korozję

Aluminium łatwo reaguje z tlenem, tworząc gęstą warstwę tlenową na swojej powierzchni, która działa jako ochronna bariera zapobiegająca korozji. Dzięki wysokiej odporności na korozję nadaje się idealnie do zastosowań morskich, stoczniowych oraz architektonicznych. Istnieją również doniesienia o braku problemów nawet po 30 latach użytkowania w obszarach narażonych na morskie bryzy.

Realizowalne

Aluminium jest bardzo plastyczny, co czyni go odpowiednim do różnych metod przetwarzania. Niski punkt topnienia i dobre właściwości przepływu sprawiają, że nadaje się idealnie do odlewania. Można go łatwo ciąć i spawać, umożliwiając tworzenie szerokiego zakresu kształtów, od cienkościennych, takich jak folia aluminiowa, po skomplikowane formy.

Wysoka przewodność cieplna

Aluminium ’jego przewodność cieplna jest około trzy razy większa niż żelaza, co czyni go idealnym do zastosowania w chłodnicach samochodowych, wymiennikach ciepła oraz radiatorach urządzeń elektronicznych.

Wysoka przewodność elektryczna

Aluminium przewodzi dwa razy więcej prądu niż miedź o tej samej masie. Ta właściwość, w połączeniu z niewielką wagą, czyni je atrakcyjnym materiałem do linii przesyłowych. Pomaga to zwiększyć odległość między wieżami i obniżyć koszty.

Recyklingowy

Aluminium nie ulega łatwemu pogorszeniu nawet po długotrwałym użytkowaniu i ma niski punkt topnienia, co umożliwia łatwe recykling poprzez stopienie produktu po zakończeniu użytkowania. Recykling aluminium wymaga jedynie 3% energii potrzebnej do wytworzenia nowych produktów, a jakość zrecyklowanego aluminium jest niemal równoważna jakością produktów nowych.

Nie magnetyczny

Aluminium jest niemagnetyczne i nie podlega wpływom pól magnetycznych w swoim otoczeniu. Ta właściwość czyni je odpowiednim do zastosowania w antenach parabolicznych, sprzęcie medycznym, kompasach magnetycznych oraz produktach związanych z nadprzewodnictwem. Jest również tańsze niż inne niemagnetyczne materiały, takie jak złoto, srebro czy miedź.

Odporność na niskie temperatury

Nawet w warunkach ekstremalnie niskich temperatur, takich jak ciekły azot (-196 °F) i ciekły tlen (-183 °F), aluminium zachowuje swoją wytrzymałość i może nawet zwiększać ją. Ta właściwość czyni je odpowiednim do zastosowania w instalacjach niskotemperaturowych, zbiornikach LNG (skroplony gaz ziemny), eksploracji kosmosu oraz biotechnologii.

Odbijanie ciepła i światła

Aluminium ma zdolność odbijania promieni podczerwonych, ultrafioletowych oraz fal elektromagnetycznych. Zwiększenie jego czystości lub zastosowanie powierzchni lustrzanej może dodatkowo poprawić współczynnik odbicia, co czyni go odpowiednim do użycia w reflektorach grzewczych, kombinezonach kosmicznych oraz zwierciadłach wielokątnych.

Atrakcyjny wizualnie

Aluminium charakteryzuje się naturalną estetyką, którą można dalej wzmocnić poprzez obróbkę powierzchniową, taką jak anodowanie (tzw. alunit). Można je również kolorować metodą barwienia elektrolitycznego, co czyni go odpowiednim do zastosowania w elewacjach budynków i materiałach opakowaniowych.

Nietoksyczny

Aluminium nie reaguje z żywnością i jest nietoksyczne. Nawet w przypadku połknięcia ponad 99% tej substancji jest wydalane z organizmu, nie szkodząc środowisku glebowemu. Jest powszechnie stosowane w opakowaniach na żywność i leki oraz w urządzeniach medycznych.

Uwagi dotyczące stosowania aluminium

Chociaż aluminium ma wiele doskonałych cech, istnieją również pewne aspekty wymagające uwagi:

Niższa wytrzymałość w porównaniu ze stalą

Chociaż aluminium ma doskonałą wytrzymałość właściwą, jego wytrzymałość jest niższa niż stali. Nadaje się do miękkich i giętkich konstrukcji, takich jak skrzydła samolotów, ale może nie być odpowiednie do części wymagających dużej wytrzymałości, takich jak przekładnie.

Uwagi dotyczące korozji

Chociaż aluminium jest odpornym na rdzę, może ulegać korozji w środowiskach słonych lub w kontaktach z innymi metalami. Aby zapobiec korozji, może być konieczne poddanie go obróbce anodowej.

Wyski współczynnik rozszerzalności liniowej

Aluminium ma współczynnik rozszerzalności liniowej prawie dwa razy większy niż materiały na bazie żelaza. Części poddawane dużym naprężeniom termicznym oraz wielokrotnemu nagrzewaniu i chłodzeniu mogą ulegać uszkodzeniom spowodowanym zmęczeniem termicznym.

Brak granicy zmęczenia

W przeciwieństwie do materiałów żelaznych, aluminium nie ma granicy zmęczenia —niższy limit naprężenia, poniżej którego nie występuje zmęczenie metalu. Dlatego podczas projektowania konieczne jest porównanie naprężeń zmiennych występujących w trakcie użytkowania z wykresem SN, aby zapewnić brak problemów wytrzymałościowych, nawet jeśli w ciągu przewidywanego okresu użytkowania produktu pojawią się pęknięcia.

Trudne do spawania

Aluminium ’folia tlenkowa aluminium ma wysoką temperaturę topnienia wynoszącą około 3632 °F, co wymaga jej usunięcia przed spawaniem. Dodatkowo wysoka przewodność cieplna i niska temperatura topnienia aluminium oznaczają, że ciepło podczas spawania jest szybko przekazywane do metalu rodzimego, co może spowodować jego wypalenie. Spawanie aluminium wymaga dokładnej kontroli prędkości palnika spawalniczego. W celu uzyskania najlepszych rezultatów rozważ skorzystanie z firmy mającej doświadczenie w spawaniu aluminium. ’dla najlepszych wyników rozważ skorzystanie z firmy mającej doświadczenie w spawaniu aluminium.

Typowe rodzaje aluminium

Czyste aluminium ma niską wytrzymałość, dlatego zwykle dodaje się inne metale, aby utworzyć stop. Poprzez dodanie żelaza, cynku, magnezu, miedzi itp. do aluminium można tworzyć różnorodne typy stopów.

Materiały przemysłowe z aluminium są ogólnie dzielone na stopy aluminium walcowane i stopy aluminium odlewnicze, w zależności od przeznaczenia końcowego produktu ’stosowania. Aluminium walcowane można przetwarzać metodą odkształcenia plastycznego, podczas gdy aluminium odlewnicze służy do odlewania. Przyjrzyjmy się teraz rodzajom stopów aluminium walcowanego. ’przeglądmy tutaj typy stopów aluminium walcowanego.

Stopy aluminium walcowanego

• stop aluminium 1050

stop aluminium 1050 (1050 AA) to typowy gatunek czystego aluminium. Mimo niskiej wytrzymałości charakteryzuje się doskonałą obrabialnością i odpornością na korozję, co czyni go odpowiednim do produkcji elementów dekoracyjnych oraz linii przesyłowych energii elektrycznej.

• stop aluminium 2017

stop aluminium 2017 (2017 AA), znany również jako duraluminium, ma niską odporność na korozję, ale wysoką wytrzymałość, co czyni go odpowiednim do zastosowań w lotnictwie, motoryzacji oraz częściach maszyn.

• stop aluminium 2024

stop aluminium 2024 (2024 AA), zwany również superduraluminium, cechuje się wyższą wytrzymałością niż stop 2017 AA.

• stop aluminium 5052

stop aluminiumowy 5052 (5052 AA) charakteryzuje się doskonałą odpornością na korozję, łatwością w obróbce i spawalnością, co czyni go najbardziej rozpowszechnionym stopem aluminium. Stosowany jest na materiały konstrukcyjne i części z blachy metalowej .

• 6061 Stop aluminiumowy

stop aluminiumowy 6061 (6061 AA) to stop aluminium o doskonałej odporności na korozję. Obróbka cieplna, taka jak hartowanie T6, dalszą poprawia jego odporność na korozję.

• 6063 stop aluminium

stop aluminiumowy 6063 (6063 AA) to stop aluminium o doskonałej odporności na korozję oraz właściwościach podatnych na obróbkę powierzchniową, najczęściej stosowany w wyrobach wytłaczanych, takich jak ramy aluminiowe i elementy elektryczne.

• stop aluminium 7075

stop aluminiumowy 7075 (7075 AA), znany również jako ekstra-super duraluminium, posiada największą wytrzymałość spośród wszystkich stopów aluminium. Ze względu na szerokie zastosowanie w lotnictwie, odgrywa kluczową rolę w budowie samolotów, przyczyniając się znacząco do ich wydajności w czasie wojny.