اخبار - آلومینیوم: مشخصات ، خواص ، طبقه بندی ها و کلاس ها

آلومینیوم فراوان ترین فلز جهان است و سومین عنصر رایج است که شامل 8 ٪ از پوسته زمین است. تطبیق پذیری آلومینیوم باعث می شود که پس از فولاد بیشترین استفاده از فلز را داشته باشد.

تولید آلومینیوم

آلومینیوم از بوکسیت معدنی حاصل می شود. بوکسیت از طریق فرآیند بایر به اکسید آلومینیوم (آلومینا) تبدیل می شود. سپس آلومینا با استفاده از سلولهای 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 است و 7 میلیون تن ضایعات آلومینیومی بازیافت می شود. استفاده از آلومینیوم بازیافت شده از نظر اقتصادی و محیطی قانع کننده است. برای تولید 1 تن آلومینیوم جدید ، 14000 کیلووات ساعت طول می کشد. در مقابل ، فقط 5 ٪ از این موارد لازم است تا یک تن آلومینیوم را یادآوری و بازیافت کنید. هیچ تفاوتی در کیفیت بین آلیاژهای آلومینیوم باکره و بازیافت شده وجود ندارد.

کاربردهای آلومینیوم

خالصالومینیومنرم ، انعطاف پذیر ، مقاوم در برابر خوردگی است و دارای هدایت الکتریکی بالایی است. این ماده به طور گسترده ای برای کابل های فویل و هادی مورد استفاده قرار می گیرد ، اما آلیاژ با سایر عناصر برای تأمین نقاط قوت بالاتر مورد نیاز برای سایر برنامه ها ضروری است. آلومینیوم یکی از سبکترین فلزات مهندسی است که نسبت به وزن نسبت به فولاد برتر است.

با استفاده از ترکیبات مختلف از خصوصیات سودمند آن مانند استحکام ، سبکی ، مقاومت در برابر خوردگی ، بازیافت و شکل پذیری ، آلومینیوم در تعداد فزاینده ای از برنامه ها به کار می رود. این مجموعه از محصولات از مواد ساختاری تا فویل های بسته بندی نازک متغیر است.

تعیین آلیاژ

آلومینیوم معمولاً با مس ، روی ، منیزیم ، سیلیکون ، منگنز و لیتیوم آلیاژ می شود. افزودنیهای کوچک کروم ، تیتانیوم ، زیرکونیوم ، سرب ، بیسموت و نیکل نیز ساخته شده و آهن به طور همیشگی در مقادیر کمی وجود دارد.

بیش از 300 آلیاژ فرفورژه با 50 استفاده مشترک وجود دارد. آنها به طور معمول توسط یک سیستم چهار شکل که در ایالات متحده آمریکا سرچشمه گرفته اند شناسایی می شوند و اکنون جهانی پذیرفته شده اند. جدول 1 سیستم آلیاژهای فرفورژه را شرح می دهد. آلیاژهای بازیگران دارای مشخصات مشابهی هستند و از یک سیستم پنج رقمی استفاده می کنند.

جدول 1.تعیین آلیاژهای آلومینیوم فرفورژه.

عنصر آلیاژ	ساخته شده
هیچ (99 ٪+ آلومینیوم)	1xxx
مس	2xxx
منگنز	3xxx
سیلیکون	4xxx
منیزیم	5xxx
منیزیم + سیلیکون	6xxx
روی	7xxx
لیتیوم	8xxx

برای آلیاژهای آلومینیومی فرفورژه که 1xxx مشخص شده اند ، دو رقم آخر نشان دهنده خلوص فلز است. آنها معادل دو رقم آخر بعد از نقطه اعشاری هستند که خلوص آلومینیوم به نزدیکترین 0.01 درصد بیان می شود. رقم دوم نشان دهنده اصلاحات در محدوده ناخالصی است. اگر رقم دوم صفر باشد ، نشان می دهد که آلومینیوم غیر آلیاژ که دارای محدودیت ناخالصی طبیعی و 1 تا 9 است ، نشانگر ناخالصی های فردی یا عناصر آلیاژ است.

برای گروه های 2xxx تا 8xxx ، دو رقم آخر آلیاژهای مختلف آلومینیوم را در گروه مشخص می کنند. رقم دوم نشان دهنده اصلاحات آلیاژ است. رقم دوم صفر نشان دهنده آلیاژ اصلی و اعداد صحیح 1 تا 9 است که نشان دهنده اصلاحات آلیاژ متوالی است.

خصوصیات فیزیکی آلومینیوم

تراکم آلومینیوم

آلومینیوم در حدود یک سوم از فولاد یا مس چگالی دارد و آن را به یکی از سبکترین فلزات تجاری در دسترس تبدیل می کند. نسبت استحکام بالا به وزن ، آن را به یک ماده ساختاری مهم تبدیل می کند که به طور خاص افزایش بار یا صرفه جویی در سوخت برای صنایع حمل و نقل را فراهم می کند.

قدرت آلومینیوم

آلومینیوم خالص مقاومت کششی بالایی ندارد. با این حال ، افزودن عناصر آلیاژ مانند منگنز ، سیلیکون ، مس و منیزیم می تواند خواص استحکام آلومینیوم را افزایش داده و آلیاژ با خواص متناسب با کاربردهای خاص تولید کند.

الومینیوممناسب برای محیط های سرد است. این مزیت نسبت به فولاد دارد زیرا با کاهش دما در حالی که چقرمگی خود را حفظ می کند ، استحکام کششی آن افزایش می یابد. از طرف دیگر فولاد در دماهای پایین شکننده می شود.

مقاومت در برابر خوردگی آلومینیوم

در هنگام قرار گرفتن در معرض هوا ، لایه ای از اکسید آلومینیوم تقریباً بلافاصله 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 قلیایی ها مقاومت کمتری دارد.

هدایت حرارتی آلومینیوم

هدایت حرارتی آلومینیوم تقریباً سه برابر بیشتر از فولاد است. این امر باعث می شود آلومینیوم یک ماده مهم برای هر دو کاربرد خنک کننده و گرمایش مانند هشدار دهنده گرما باشد. همراه با آن غیر سمی بودن این خاصیت به این معنی است که آلومینیوم به طور گسترده در وسایل آشپزی و وسایل آشپزخانه استفاده می شود.

هدایت الکتریکی آلومینیوم

همراه با مس ، آلومینیوم دارای هدایت الکتریکی به اندازه کافی برای استفاده به عنوان هادی الکتریکی است. اگرچه رسانایی آلیاژ متداول (1350) که معمولاً در حدود 62 ٪ از مس آنیل شده است ، فقط یک سوم وزن است و بنابراین می تواند در مقایسه با مس با همان وزن ، دو برابر برق انجام دهد.

بازتاب آلومینیوم

از اشعه ماوراء بنفش گرفته تا مادون قرمز ، آلومینیوم بازتاب عالی انرژی تابشی است. بازتاب نور قابل مشاهده در حدود 80 ٪ به این معنی است که از آن به طور گسترده در وسایل نور استفاده می شود. همان خصوصیات بازتاب باعث می شودالومینیومایده آل به عنوان یک ماده عایق برای محافظت در برابر اشعه خورشید در تابستان ، در حالی که در برابر گرما در زمستان عایق می شود.

جدول 2خواص آلومینیوم.

دارایی	ارزش
عدد اتمی	13
وزن اتمی (g/mol)	26.98
ظرفیت	3
ساختار بلور	FCC
نقطه ذوب (درجه سانتیگراد)	660.2
نقطه جوش (درجه سانتیگراد)	2480
میانگین گرمای خاص (0-100 درجه سانتیگراد) (کال/گرم درجه سانتیگراد)	0.219
هدایت حرارتی (0-100 درجه سانتیگراد) (کال/cms. درجه سانتیگراد)	0.57
کارآیی گسترش خطی (0-100 درجه سانتیگراد) (X10-6/° C)	23.5
مقاومت الکتریکی در دمای 20 درجه سانتیگراد (ω.cm)	2.69
تراکم (g/cm3)	2.6898
مدول خاصیت ارتجاعی (GPA)	68.3
نسبت پواسونز	0.34

خصوصیات مکانیکی آلومینیوم

آلومینیوم بدون شکست می تواند به شدت تغییر شکل یابد. این اجازه می دهد تا آلومینیوم با نورد ، اکسترود ، نقاشی ، ماشینکاری و سایر فرآیندهای مکانیکی تشکیل شود. همچنین می توان آن را به تحمل بالایی تبدیل کرد.

از آلیاژ ، کار سرد و گرم کردن گرما می توان همه برای خیاط خواص آلومینیوم استفاده کرد.

استحکام کششی آلومینیوم خالص حدود 90 مگاپاسکال است اما برای برخی از آلیاژهای قابل درمان با گرما به بیش از 690 مگاپاسکال افزایش می یابد.

استانداردهای آلومینیومی

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

جدول 4.استانداردهای آلومینیوم

استاندارد	دامنه
en485-1	شرایط فنی برای بازرسی و تحویل
EN485-2	خصوصیات مکانیکی
EN485-3	تحمل مواد نورد گرم
EN485-4	تحمل مواد نورد سرد
EN515	تعیین مزاج
en573-1	سیستم تعیین آلیاژ عددی
EN573-2	سیستم تعیین نماد شیمیایی
EN573-3	ترکیبات شیمیایی
EN573-4	فرم محصول در آلیاژهای مختلف

استانداردهای EN با استاندارد قدیمی ، BS1470 در مناطق زیر متفاوت است:

ترکیبات شیمیایی - بدون تغییر.
سیستم شماره گذاری آلیاژ - بدون تغییر.
مشخصات دما برای آلیاژهای قابل درمان با گرما اکنون طیف وسیع تری از وسوسه های ویژه را در بر می گیرد. حداکثر چهار رقم پس از T برای برنامه های غیر استاندارد (به عنوان مثال T6151) معرفی شده است.
مشخصات دما برای آلیاژهای قابل درمان با گرما - وسوسه های موجود بدون تغییر هستند اما وسوسه کننده ها اکنون از نظر نحوه ایجاد آنها به طور جامع تر تعریف می شوند. خلق و خوی نرم (O) اکنون H111 است و یک مزاج متوسط H112 معرفی شده است. برای آلیاژ 5251 وسوسه کننده اکنون به عنوان H32/H34/H36/H38 (معادل H22/H24 و غیره) نشان داده شده است. اکنون H19/H22 و H24 به طور جداگانه نشان داده شده است.
خصوصیات مکانیکی - شبیه به ارقام قبلی است. 0.2 ٪ استرس اثبات در حال حاضر باید در گواهینامه های آزمون نقل شود.
تحمل به درجات مختلف سفت شده است.

عملیات حرارتی آلومینیوم

طیف وسیعی از تیمارهای حرارتی را می توان در آلیاژهای آلومینیوم اعمال کرد:
- همگن سازی - حذف تفکیک با گرمایش پس از ریخته گری.
- بازپخت-پس از سرما برای نرم شدن آلیاژهای سخت کار (1xxx ، 3xxx و 5xxx) استفاده می شود.
- بارش یا سخت شدن سن (آلیاژ 2xxx ، 6xxx و 7xxx).
- عملیات حرارتی محلول قبل از پیری آلیاژهای سخت کننده بارش.
- غرفه برای پخت پوشش
- پس از عملیات حرارتی ، پسوند به شماره های تعیین شده اضافه می شود.
- پسوند F به معنای "ساختگی" است.
- o به معنای "محصولات فرفورژه آنیل" است.
- t به این معنی است که "با گرما" انجام شده است.
- w به این معنی که این ماده با حرارت محلول تصفیه شده است.
- H به آلیاژهای قابل درمان با گرما اشاره دارد که "سرماخوردگی" یا "کرنش سخت شده" هستند.
- آلیاژهای قابل درمان غیر گرمای در گروههای 3xxx ، 4xxx و 5xxx هستند.