Aluminium is het meest voorkomende metaal ter wereld en het derde meest voorkomende element, goed voor 8% van de aardkorst. De veelzijdigheid van aluminium maakt het na staal het meest gebruikte metaal.
Productie van aluminium
Aluminium wordt gewonnen uit het mineraal bauxiet. Bauxiet wordt via het Bayer-proces omgezet in aluminiumoxide (alumina). Het alumina wordt vervolgens met behulp van elektrolytische cellen en het Hall-Héroult-proces omgezet in aluminiummetaal.
Jaarlijkse vraag naar aluminium
De wereldwijde vraag naar aluminium bedraagt ongeveer 29 miljoen ton per jaar. Ongeveer 22 miljoen ton is nieuw aluminium en 7 miljoen ton is gerecycled aluminiumschroot. Het gebruik van gerecycled aluminium is economisch en ecologisch aantrekkelijk. Er is 14.000 kWh nodig om 1 ton nieuw aluminium te produceren. Omgekeerd is slechts 5% hiervan nodig om 1 ton aluminium om te smelten en te recyclen. Er is geen kwaliteitsverschil tussen nieuwe en gerecyclede aluminiumlegeringen.
Toepassingen van aluminium
Zuiveraluminiumis zacht, ductiel, corrosiebestendig en heeft een hoge elektrische geleidbaarheid. Het wordt veel gebruikt voor folie- en geleiderkabels, maar legering met andere elementen is noodzakelijk om de hogere sterkte te bereiken die nodig is voor andere toepassingen. Aluminium is een van de lichtste technische metalen en heeft een sterkte-gewichtsverhouding die beter is dan die van staal.
Door de combinatie van diverse gunstige eigenschappen zoals sterkte, lichtheid, corrosiebestendigheid, recyclebaarheid en vervormbaarheid wordt aluminium in steeds meer toepassingen gebruikt. Dit productassortiment varieert van constructiematerialen tot dunne verpakkingsfolies.
Legeringsaanduidingen
Aluminium wordt meestal gelegeerd met koper, zink, magnesium, silicium, mangaan en lithium. Kleine toevoegingen van chroom, titanium, zirkonium, lood, bismut en nikkel worden ook gemaakt, en ijzer is steevast in kleine hoeveelheden aanwezig.
Er zijn meer dan 300 smeedlegeringen, waarvan er 50 algemeen gebruikt worden. Ze worden doorgaans geïdentificeerd met een viercijferig systeem dat oorspronkelijk uit de VS komt en nu universeel geaccepteerd is. Tabel 1 beschrijft het systeem voor smeedlegeringen. Gietlegeringen hebben vergelijkbare aanduidingen en gebruiken een vijfcijferig systeem.
Tabel 1.Benamingen voor gesmede aluminiumlegeringen.
| Legeringselement | Gesmeed |
|---|---|
| Geen (99%+ aluminium) | 1XXX |
| Koper | 2XXX |
| Mangaan | 3XXX |
| Silicium | 4XXX |
| Magnesium | 5XXX |
| Magnesium + Silicium | 6XXX |
| Zink | 7XXX |
| Lithium | 8XXX |
Voor ongelegeerde, bewerkte aluminiumlegeringen met 1XXX geven de laatste twee cijfers de zuiverheid van het metaal aan. Deze cijfers komen overeen met de laatste twee cijfers na de komma wanneer de zuiverheid van aluminium wordt uitgedrukt tot op de dichtstbijzijnde 0,01 procent. Het tweede cijfer geeft wijzigingen in de onzuiverheidsgrenzen aan. Als het tweede cijfer nul is, geeft dit aan dat ongelegeerd aluminium natuurlijke onzuiverheidsgrenzen heeft en 1 tot en met 9 geven individuele onzuiverheden of legeringselementen aan.
Voor de groepen 2XXX tot en met 8XXX geven de laatste twee cijfers verschillende aluminiumlegeringen in de groep aan. Het tweede cijfer geeft legeringswijzigingen aan. Een tweede cijfer, nul, geeft de oorspronkelijke legering aan en de gehele getallen 1 tot en met 9 geven opeenvolgende legeringswijzigingen aan.
Fysieke eigenschappen van aluminium
Dichtheid van aluminium
Aluminium heeft een dichtheid van ongeveer een derde van die van staal of koper, waardoor het een van de lichtste commercieel verkrijgbare metalen is. De resulterende hoge sterkte-gewichtsverhouding maakt het een belangrijk constructiemateriaal dat met name in de transportsector hogere laadvermogens of brandstofbesparingen mogelijk maakt.
Sterkte van aluminium
Zuiver aluminium heeft geen hoge treksterkte. De toevoeging van legeringselementen zoals mangaan, silicium, koper en magnesium kan echter de sterkte van aluminium verbeteren en een legering opleveren met eigenschappen die zijn afgestemd op specifieke toepassingen.
Aluminiumis zeer geschikt voor koude omgevingen. Het heeft als voordeel ten opzichte van staal dat de treksterkte toeneemt bij dalende temperaturen, terwijl de taaiheid behouden blijft. Staal daarentegen wordt broos bij lage temperaturen.
Corrosiebestendigheid van aluminium
Bij blootstelling aan lucht vormt zich vrijwel onmiddellijk een laag aluminiumoxide op het aluminiumoppervlak. Deze laag is uitstekend bestand tegen corrosie. Het is redelijk bestand tegen de meeste zuren, maar minder bestand tegen alkaliën.
Thermische geleidbaarheid van aluminium
De thermische geleidbaarheid van aluminium is ongeveer drie keer zo hoog als die van staal. Dit maakt aluminium een belangrijk materiaal voor zowel koel- als verwarmingstoepassingen, zoals warmtewisselaars. Gecombineerd met het feit dat het niet giftig is, wordt aluminium door deze eigenschap veelvuldig gebruikt in kookgerei en keukengerei.
Elektrische geleidbaarheid van aluminium
Samen met koper heeft aluminium een elektrische geleidbaarheid die hoog genoeg is voor gebruik als elektrische geleider. Hoewel de geleidbaarheid van de veelgebruikte geleidende legering (1350) slechts ongeveer 62% bedraagt van die van gegloeid koper, weegt het slechts een derde van het gewicht en kan het daardoor twee keer zoveel elektriciteit geleiden als koper van hetzelfde gewicht.
Reflectiviteit van aluminium
Van UV tot infrarood is aluminium een uitstekende reflector van stralingsenergie. Een zichtbaar lichtreflectie van ongeveer 80% betekent dat het veel wordt gebruikt in verlichtingsarmaturen. Dezelfde reflectie-eigenschappen makenaluminiumIdeaal als isolatiemateriaal ter bescherming tegen zonnestralen in de zomer en ter voorkoming van warmteverlies in de winter.
Tabel 2.Eigenschappen voor aluminium.
| Eigendom | Waarde |
|---|---|
| Atoomnummer | 13 |
| Atoomgewicht (g/mol) | 26,98 |
| Valentie | 3 |
| Kristalstructuur | FCC |
| Smeltpunt (°C) | 660.2 |
| Kookpunt (°C) | 2480 |
| Gemiddelde specifieke warmte (0-100°C) (cal/g.°C) | 0,219 |
| Thermische geleidbaarheid (0-100°C) (cal/cms. °C) | 0,57 |
| Coëfficiënt van lineaire uitzetting (0-100°C) (x10-6/°C) | 23,5 |
| Elektrische weerstand bij 20°C (Ω.cm) | 2,69 |
| Dichtheid (g/cm3) | 2.6898 |
| Elasticiteitsmodulus (GPa) | 68.3 |
| Poisson-verhouding | 0,34 |
Mechanische eigenschappen van aluminium
Aluminium kan ernstig vervormd worden zonder te falen. Dit maakt het mogelijk om aluminium te vormen door middel van walsen, extruderen, trekken, bewerken en andere mechanische processen. Het kan ook gegoten worden met een hoge tolerantie.
Legeren, koudbewerken en warmtebehandelen kunnen allemaal worden toegepast om de eigenschappen van aluminium aan te passen.
De treksterkte van zuiver aluminium bedraagt ongeveer 90 MPa, maar voor sommige warmtebehandelbare legeringen kan deze worden verhoogd tot ruim 690 MPa.
Aluminiumnormen
De oude BS1470-norm is vervangen door negen EN-normen. De EN-normen staan vermeld in tabel 4.
Tabel 4.EN-normen voor aluminium
| Standaard | Domein |
|---|---|
| EN485-1 | Technische voorwaarden voor inspectie en levering |
| EN485-2 | Mechanische eigenschappen |
| EN485-3 | Toleranties voor warmgewalst materiaal |
| EN485-4 | Toleranties voor koudgewalst materiaal |
| EN515 | Temperaanduidingen |
| EN573-1 | Numeriek legeringsaanduidingssysteem |
| EN573-2 | Systeem voor de aanduiding van chemische symbolen |
| EN573-3 | Chemische samenstellingen |
| EN573-4 | Productvormen in verschillende legeringen |
De EN-normen verschillen van de oude norm BS1470 op de volgende punten:
- Chemische samenstelling – ongewijzigd.
- Legeringnummeringssysteem – ongewijzigd.
- De temperaanduidingen voor warmtebehandelbare legeringen bestrijken nu een breder scala aan speciale tempers. Voor niet-standaardtoepassingen zijn tot vier cijfers na de T toegevoegd (bijv. T6151).
- Aanduidingen voor niet-warmtebehandelbare legeringen – bestaande tempers zijn ongewijzigd, maar tempers worden nu uitgebreider gedefinieerd in termen van hoe ze ontstaan. Zachte (O) tempers zijn nu H111 en er is een tussenliggende temper H112 geïntroduceerd. Voor legering 5251 worden tempers nu weergegeven als H32/H34/H36/H38 (equivalent aan H22/H24, enz.). H19/H22 en H24 worden nu afzonderlijk weergegeven.
- Mechanische eigenschappen – blijven vergelijkbaar met eerdere cijfers. Op testcertificaten moet nu een proefspanning van 0,2% worden vermeld.
- De toleranties zijn in verschillende mate aangescherpt.
Warmtebehandeling van aluminium
Aluminiumlegeringen kunnen op verschillende manieren worden warmtebehandeld:
- Homogeniseren – het verwijderen van ontmenging door verhitting na het gieten.
- Gloeien – wordt gebruikt na koudbewerking om werkverhardende legeringen (1XXX, 3XXX en 5XXX) zachter te maken.
- Neerslag- of verouderingsverharding (legeringen 2XXX, 6XXX en 7XXX).
- Oplossingswarmtebehandeling vóór veroudering van precipitatiehardende legeringen.
- Stomen voor het uitharden van coatings
- Na de warmtebehandeling wordt aan de aanduidingsnummers een suffix toegevoegd.
- Het achtervoegsel F betekent ‘zoals vervaardigd’.
- O betekent ‘gegloeide, gesmede producten’.
- T betekent dat het “hittebehandeld” is.
- W betekent dat het materiaal een oplossingswarmtebehandeling heeft ondergaan.
- H verwijst naar niet-warmtebehandelbare legeringen die “koud bewerkt” of “koud gehard” zijn.
- De legeringen die niet warmtebehandelbaar zijn, behoren tot de groepen 3XXX, 4XXX en 5XXX.
Plaatsingstijd: 16 juni 2021
