Vad är aluminium? Materialöversikt och designöverväganden

Aluminium , även kallat Aluminium , är den mest använda icke-järnhalten metallen på grund av dess unika egenskaper som inte finns i järnbaserade metaller. Att förstå dess egenskaper och välja rätt sort, bearbetningsmetod och värmebehandling är avgörande vid produktdesign. Låt ’s utforska de olika typerna och egenskaperna hos aluminium.

Nyckelegenskaper hos aluminium

Aluminium besitter flera utmärkta egenskaper, inklusive: lättvikt, hållfast, korrosionsbeständig, formbar, hög termisk ledningsförmåga, hög elektrisk ledningsförmåga, återvinningsbar, icke-magnetisk, motståndskraftig mot låga temperaturer, reflekterar värme och ljus, visuellt tilltalande samt icke-toxisk.

Lättvikt

Aluminium har en specifik vikt (densitet) på ungefär 2,7, vilket är cirka en tredjedel av ståls. Dess lättvikt gör den mycket eftertraktad inom branscher som transport (flygplan, satelliter och bullet trains), byggsektorn och elektronik (mobiltelefoner).

Starkt

Genom att legera rent aluminium med andra metaller kan dess specifika hållfasthet förbättras. Legeringar som 7000-serien, som värmebehandlats med tillsatt zink och magnesium, visar utmärkt hållfasthet. A7075 (extra superduralumin), till exempel, används brett inom flygplansdelar.

Korrosionsbeständig

Aluminium reagerar lätt med syre och bildar en tätslutande oxidskikt på ytan som fungerar som ett skyddande lager mot korrosion. Dess höga korrosionsmotstånd gör den idealisk för marin användning, skeppsbyggnad och arkitektoniska tillämpningar. Det finns även rapporter om att inga problem uppstått även efter 30 års användning i områden utsatta för havsluft.

Genomförbar

Aluminium är mycket formbart, vilket gör det lämpligt för olika bearbetningsmetoder. Dess låga smältpunkt och goda flödsegenskaper gör det idealiskt för gjutning. Det kan enkelt skäras och svetsas, vilket möjliggör skapandet av en mängd olika former, inklusive tunnväggiga former, såsom aluminiumfolie, till komplexa former.

Hög värmeledningsförmåga

Aluminium ’dess värmeledningsförmåga är ungefär tre gånger högre än järns, vilket gör det idealiskt att använda i bilradiators, värmeväxlare och kylare för elektroniska enheter.

Hög elektrisk ledningsförmåga

Aluminium för över dubbelt så mycket ström som koppar med samma vikt. Denna egenskap, kombinerat med dess lättvikt, gör det till ett attraktivt material för kraftöverföringsledningar. Det bidrar till att öka avståndet mellan tornen och minska kostnaderna.

Återvinningsbar

Aluminium försämras inte lätt, även efter långvarig användning, och har en låg smältpunkt, vilket gör att det lätt kan återvinnas genom att smälta ner produkten efter användning. Återvinning av aluminium kräver endast 3 % av den energi som behövs för att tillverka nytt aluminium, och kvaliteten på återvunnet aluminium är nästan lika hög som hos nyproduktion.

Icke-magnetisk

Aluminium är icke-magnetiskt och påverkas inte av magnetiska fält i sin omgivning. Denna egenskap gör det lämpligt för användning i parabolantenner, medicinsk utrustning, magnetkompasser och produkter relaterade till supraledning. Det är också billigare än andra icke-magnetiska material såsom guld, silver och koppar.

Motståndskraftigt mot låga temperaturer

Även vid extremt låga temperaturer, såsom flytande kväve (-196 °F) och flytande syre (-183 °F), behåller aluminium sin hållfasthet och kan till och med öka i styrka. Denna egenskap gör det lämpligt för användning i anläggningar med låga temperaturer, LNG-tankar (flytande naturgas), rymdutforskning och bioteknologi.

Reflekterar värme och ljus

Aluminium har förmågan att reflektera infraröda strålar, ultraviolett strålning och elektromagnetiska vågor. Genom att öka renheten eller applicera en spegelliknande yta kan reflektansen ytterligare förbättras, vilket gör det lämpligt för användning i värmereflektorer, rymddräkter och polygonpegel.

Visuellt tilltalande

Aluminium har en naturlig skönhet, som kan förstärkas genom ytbehandlingar såsom alumitering. Det kan även färgas med hjälp av elektrolytisk färgning, vilket gör det lämpligt för användning i byggnadsfasader och förpackningsmaterial.

Rörelsefri

Aluminium reagerar inte med livsmedel och är icke-giftigt. Även om det förtärs, skiljs mer än 99 % ut från kroppen, och det utgör ingen fara för jorden. Det används ofta i förpackningar för livsmedel och läkemedel samt i medicinska instrument.

Överväganden vid användning av aluminium

Även om aluminium har många utmärkta egenskaper finns det vissa aspekter att ta hänsyn till:

Lägre hållfasthet jämfört med stål

Även om aluminium har utmärkt specifik styrka är dess styrka lägre än ståls. Den är lämplig för mjuka och böjliga konstruktioner som flygplansvingar men kanske inte lämplig för delar som kräver hög styrka, såsom växlar.

Korrosionsöverväganden

Även om aluminium är rostfritt kan det korrodera i saltmiljöer eller när det kommer i kontakt med olika metaller. För att förhindra korrosion kan alumitermisk behandling vara nödvändig.

Högt linjära utvidgningskoefficient

Aluminium har en linjär utvidgningskoefficient som är nästan dubbelt så hög som hos järnbaserade material. Delar som utsätts för stora termiska spänningar och upprepade gånger värms och kyls kan drabbas av termisk utmattning.

Ingen utmattningsgräns

Till skillnad från järnbaserade material har aluminium ingen utmattningsgräns —den lägre spänningsgränsen vid vilken metallutmattning inte uppstår. Därför är det nödvändigt att vid konstruktion jämföra de varierande spänningarna som uppstår under användning med SN-diagrammet för att säkerställa att det inte uppstår några hållighetsproblem, även om sprickor utvecklas under den förväntade produktlivslängden.

Svårt att svetsa

Aluminium ’s oxidfilm har en hög smältpunkt på cirka 3632 °F, vilket kräver att den avlägsnas innan svetsning. Dessutom innebär aluminiums ’höga värmeledningsförmåga och låga smältpunkten att värmen vid svetsning snabbt överförs till grundmaterialet, vilket kan orsaka att grundmaterialet brinner bort. Svetsning av aluminium kräver noggrann kontroll av svetslådans hastighet. För bästa resultat bör man överväga att använda ett företag med beprövad erfarenhet av aluminiumsvetsning.

Typiska typer av aluminium

Rent aluminium har låg hållfasthet, så det tillsätts vanligtvis andra metaller för att bilda en legering. Genom att tillsätta järn, zink, magnesium, koppar etc. till aluminium kan många olika legeringstyper skapas.

Industriella aluminiummaterial är i huvudsak uppdelade i formgjutna aluminiumlegeringar och smidda aluminiumlegeringar, beroende på den slutliga produkten ’s användning. Smidda aluminium kan bearbetas med plastisk deformation, medan gjutna aluminium används för gjutning. Låt ’s granska typerna av smidda aluminiumlegeringar här.

Smidda aluminiumlegeringar

• 1050 Aluminiumlegering

1050 Aluminiumlegering (1050 AA) är en typisk ren aluminiumgrad. Trots att den har låg hållfasthet har den utmärkt bearbetbarhet och korrosionsmotstånd, vilket gör den lämplig för dekorativa föremål och kraftledningar.

• 2017 Aluminiumlegering

2017 Aluminiumlegering (2017 AA), även känd som duralumin, har lågt korrosionsmotstånd men hög hållfasthet, vilket gör den lämplig för användning i flygplan, bilar och maskindelar.

• 2024 Aluminiumlegering

2024 Aluminiumlegering (2024 AA), eller superduralumin, erbjuder högre hållfasthet än 2017 AA.

• 5052 Aluminiumalloy

5052 Aluminiumlegering (5052 AA) har utmärkt korrosionsmotstånd, formbarhet och svetsbarhet, vilket gör den till den mest spridda aluminiumlegeringen. Den används för rammaterial och plåtdelar .

• 6061 Aluminium Alloy

6061 Aluminiumlegering (6061 AA) är en aluminiumlegering med utmärkt korrosionsmotstånd. Värmebehandling, såsom T6-behandling, förbättrar dess korrosionsmotstånd ytterligare.

• 6063 aluminiumlegering

6063 Aluminiumlegering (6063 AA) är en aluminiumlegering med utmärkt korrosionsmotstånd och ytbehandlingsegenskaper, främst använd i extruderade produkter såsom aluminiumfönster och elmaterial.

• 7075 aluminiumlegering

7075 Aluminiumlegering (7075 AA), eller extra-superdur, har högsta hållfasthet bland aluminiumlegeringar. Eftersom den är allmänt använd i flygplan har den varit avgörande för flygplanskonstruktion, inklusive betydande bidrag till flygprestanda under krigstid.