آلومینیوم فراوان ترین فلز جهان است و سومین عنصر رایج است که 8 درصد از پوسته زمین را تشکیل می دهد. تطبیق پذیری آلومینیوم آن را به پرکاربردترین فلز بعد از فولاد تبدیل کرده است.

تولید آلومینیوم

آلومینیوم از ماده معدنی بوکسیت به دست می آید. بوکسیت از طریق فرآیند بایر به اکسید آلومینیوم (آلومینا) تبدیل می شود. سپس آلومینا با استفاده از سلول های الکترولیتی و فرآیند هال هرولت به فلز آلومینیوم تبدیل می شود.

تقاضای سالانه آلومینیوم

تقاضای جهانی آلومینیوم حدود 29 میلیون تن در سال است. حدود 22 میلیون تن آلومینیوم جدید و 7 میلیون تن ضایعات آلومینیوم بازیافتی است. استفاده از آلومینیوم بازیافتی از نظر اقتصادی و زیست محیطی قانع کننده است. برای تولید 1 تن آلومینیوم جدید به 14000 کیلووات ساعت نیاز است. برعکس، تنها 5 درصد از این مقدار برای ذوب مجدد و بازیافت یک تن آلومینیوم لازم است. هیچ تفاوتی در کیفیت بین آلیاژهای آلومینیم بکر و بازیافتی وجود ندارد.

کاربردهای آلومینیوم

خالصآلومینیومنرم، انعطاف پذیر، مقاوم در برابر خوردگی و دارای هدایت الکتریکی بالایی است. این به طور گسترده ای برای کابل های فویل و هادی استفاده می شود، اما آلیاژ با عناصر دیگر برای ارائه استحکام بالاتر مورد نیاز برای سایر کاربردها ضروری است. آلومینیوم یکی از سبک ترین فلزات مهندسی است که نسبت استحکام به وزن آن نسبت به فولاد برتری دارد.

آلومینیوم با استفاده از ترکیبات مختلف از خواص مفید خود مانند استحکام، سبکی، مقاومت در برابر خوردگی، قابلیت بازیافت و شکل‌پذیری، در تعداد روزافزونی از کاربردها استفاده می‌شود. این مجموعه از محصولات از مواد ساختاری گرفته تا فویل های بسته بندی نازک را شامل می شود.

نامگذاری آلیاژ

آلومینیوم معمولاً با مس، روی، منیزیم، سیلیکون، منگنز و لیتیوم آلیاژ می شود. افزودن های کوچکی از کروم، تیتانیوم، زیرکونیوم، سرب، بیسموت و نیکل نیز ساخته می شود و آهن همواره در مقادیر کم وجود دارد.

بیش از 300 آلیاژ فرفورژه وجود دارد که 50 آلیاژ معمولی آنها استفاده می شود. آنها معمولاً توسط یک سیستم چهار رقمی شناسایی می شوند که در ایالات متحده آمریکا منشا گرفته و اکنون به طور جهانی پذیرفته شده است. جدول 1 سیستم آلیاژهای فرفورژه را شرح می دهد. آلیاژهای ریخته گری دارای عناوین مشابه هستند و از سیستم پنج رقمی استفاده می کنند.

جدول 1.نامگذاری آلیاژهای آلومینیوم فرفورژه.

برای آلیاژهای آلومینیوم فرفورژه بدون آلیاژ که با 1XXX مشخص شده اند، دو رقم آخر نشان دهنده خلوص فلز است. آنها معادل دو رقم آخر پس از نقطه اعشار هستند که خلوص آلومینیوم به نزدیکترین 0.01 درصد بیان می شود. رقم دوم نشان دهنده تغییرات در حدود ناخالصی است. اگر رقم دوم صفر باشد، نشان‌دهنده آلومینیوم بدون آلیاژ با محدودیت‌های ناخالصی طبیعی و 1 تا 9 نشان‌دهنده ناخالصی‌ها یا عناصر آلیاژی است.

برای گروه های 2XXX تا 8XXX، دو رقم آخر آلیاژهای آلومینیوم مختلف را در گروه مشخص می کند. رقم دوم تغییرات آلیاژ را نشان می دهد. رقم دوم صفر نشان دهنده آلیاژ اصلی و اعداد صحیح 1 تا 9 تغییرات متوالی آلیاژ را نشان می دهد.

خواص فیزیکی آلومینیوم

چگالی آلومینیوم

آلومینیوم دارای چگالی حدود یک سوم فولاد یا مس است و آن را به یکی از سبک ترین فلزات تجاری موجود تبدیل می کند. نسبت استحکام به وزن بالا در نتیجه آن را به یک ماده ساختاری مهم تبدیل می کند که امکان افزایش بار محموله یا صرفه جویی در سوخت به ویژه برای صنایع حمل و نقل را فراهم می کند.

استحکام آلومینیوم

آلومینیوم خالص استحکام کششی بالایی ندارد. با این حال، افزودن عناصر آلیاژی مانند منگنز، سیلیکون، مس و منیزیم می تواند خواص مقاومتی آلومینیوم را افزایش دهد و آلیاژی با خواص مناسب برای کاربردهای خاص تولید کند.

آلومینیومبه خوبی برای محیط های سرد مناسب است. این مزیت نسبت به فولاد در این است که استحکام کششی آن با کاهش دما افزایش می یابد و در عین حال چقرمگی خود را حفظ می کند. از طرف دیگر فولاد در دماهای پایین شکننده می شود.

مقاومت در برابر خوردگی آلومینیوم

هنگامی که در معرض هوا قرار می گیرد، لایه ای از اکسید آلومینیوم تقریباً بلافاصله بر روی سطح آلومینیوم تشکیل می شود. این لایه مقاومت بسیار خوبی در برابر خوردگی دارد. نسبت به اکثر اسیدها نسبتاً مقاوم است اما در برابر قلیاها مقاومت کمتری دارد.

رسانایی حرارتی آلومینیوم

رسانایی حرارتی آلومینیوم حدود سه برابر بیشتر از فولاد است. این امر آلومینیوم را به ماده ای مهم برای کاربردهای سرمایش و گرمایش مانند مبدل های حرارتی تبدیل می کند. این ویژگی همراه با غیر سمی بودن آن به این معنی است که آلومینیوم به طور گسترده در ظروف پخت و پز و ظروف آشپزخانه استفاده می شود.

رسانایی الکتریکی آلومینیوم

در کنار مس، آلومینیوم دارای رسانایی الکتریکی کافی برای استفاده به عنوان رسانای الکتریکی است. اگرچه رسانایی آلیاژ رسانا معمولی (1350) تنها حدود 62 درصد مس آنیل شده است، اما تنها یک سوم وزن آن است و بنابراین در مقایسه با مس با همان وزن، می تواند دو برابر بیشتر الکتریسیته را هدایت کند.

قابلیت انعکاس آلومینیوم

از UV گرفته تا مادون قرمز، آلومینیوم بازتاب دهنده عالی انرژی تابشی است. بازتاب نور مرئی در حدود 80٪ به این معنی است که به طور گسترده در وسایل نور استفاده می شود. همان خواص بازتاب را می سازدآلومینیومایده آل به عنوان یک ماده عایق برای محافظت در برابر اشعه های خورشید در تابستان، در حالی که عایق در برابر اتلاف گرما در زمستان.

جدول 2.خواص آلومینیوم

خواص مکانیکی آلومینیوم

آلومینیوم می تواند به شدت بدون شکست تغییر شکل دهد. این اجازه می دهد تا آلومینیوم با نورد، اکسترود، کشش، ماشین کاری و سایر فرآیندهای مکانیکی تشکیل شود. همچنین می توان آن را به تحمل بالا ریخت.

آلیاژسازی، کار سرد و عملیات حرارتی همگی می توانند برای تنظیم خواص آلومینیوم استفاده شوند.

استحکام کششی آلومینیوم خالص حدود 90 مگاپاسکال است اما برای برخی از آلیاژهای قابل عملیات حرارتی می توان این میزان را به بیش از 690 مگاپاسکال افزایش داد.

استانداردهای آلومینیوم

استاندارد قدیمی BS1470 با 9 استاندارد EN جایگزین شده است. استانداردهای EN در جدول 4 آورده شده است.

جدول 4.استانداردهای EN برای آلومینیوم

استانداردهای EN با استاندارد قدیمی BS1470 در زمینه های زیر متفاوت است:

• ترکیبات شیمیایی - بدون تغییر.
• سیستم شماره گذاری آلیاژی - بدون تغییر.
• نامگذاری دما برای آلیاژهای قابل عملیات حرارتی اکنون طیف وسیع تری از مزاج های خاص را پوشش می دهد. حداکثر چهار رقم بعد از T برای کاربردهای غیر استاندارد (مانند T6151) معرفی شده است.
• نامگذاری دما برای آلیاژهای غیر قابل عملیات حرارتی - مزاج موجود بدون تغییر است، اما مزاج اکنون به طور جامع تری از نظر نحوه ایجاد آنها تعریف شده است. مزاج نرم (O) اکنون H111 است و مزاج متوسط ​​H112 معرفی شده است. برای آلیاژ 5251 دما اکنون به صورت H32/H34/H36/H38 (معادل H22/H24 و غیره) نشان داده شده است. H19/H22 و H24 اکنون به طور جداگانه نشان داده شده اند.
• خواص مکانیکی - مشابه شکل های قبلی باقی می ماند. استرس اثبات 0.2% اکنون باید در گواهینامه های آزمون ذکر شود.
• تلرانس ها به درجات مختلف تشدید شده است.
  

  عملیات حرارتی آلومینیوم

  طیف وسیعی از عملیات حرارتی را می توان برای آلیاژهای آلومینیوم اعمال کرد:

  • هموژنیزاسیون - حذف جداسازی با حرارت دادن پس از ریخته‌گری.
  • بازپخت - پس از کار سرد برای نرم کردن آلیاژهای سخت کننده کار (1XXX، 3XXX و 5XXX) استفاده می شود.
  • بارش یا سخت شدن سن (آلیاژهای 2XXX، 6XXX و 7XXX).
  • عملیات حرارتی محلول قبل از پیری آلیاژهای سخت کننده رسوبی.
  • اجاق گاز برای پخت پوشش ها
  • پس از عملیات حرارتی یک پسوند به اعداد تعیین اضافه می شود.
  • پسوند F به معنای "به عنوان ساخته شده" است.
  • O به معنای "محصولات فرفورژه آنیل شده" است.
  • T به این معنی است که "عملیات حرارتی" شده است.
  • W به این معنی است که مواد تحت عملیات حرارتی محلول قرار گرفته اند.
  • H به آلیاژهای غیر قابل عملیات حرارتی اشاره دارد که "سرد کار" یا "سخت شده با کرنش" هستند.
  • آلیاژهای غیر قابل عملیات حرارتی در گروه های 3XXX، 4XXX و 5XXX هستند.