Aluminium is het meest voorkomende metaal ter wereld en is het derde meest voorkomende element dat 8% van de aardkorst omvat. De veelzijdigheid van aluminium maakt het na staal het meest gebruikte metaal.

Productie van aluminium

Aluminium is afgeleid van het mineraal bauxiet. Bauxiet wordt via het Bayer-proces omgezet in aluminiumoxide (aluinaarde). Het aluminiumoxide wordt vervolgens omgezet in aluminiummetaal met behulp van elektrolytische cellen en het Hall-Heroult-proces.

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 gerecycled aluminiumschroot. Het gebruik van gerecycled aluminium is economisch en ecologisch aantrekkelijk. Voor de productie van 1 ton nieuw aluminium is 14.000 kWh nodig. Omgekeerd is er slechts 5% hiervan nodig om één ton aluminium opnieuw te smelten en te recyclen. Er is geen verschil in kwaliteit tussen nieuwe en gerecyclede aluminiumlegeringen.

Toepassingen van aluminium

Zuiveraluminiumis zacht, taai, corrosiebestendig en heeft een hoge elektrische geleidbaarheid. Het wordt veel gebruikt voor folie- en geleiderkabels, maar het legeren met andere elementen is noodzakelijk om de hogere sterkten te verkrijgen die nodig zijn voor andere toepassingen. Aluminium is een van de lichtste technische metalen en heeft een sterkte-gewichtsverhouding die superieur is aan staal.

Door gebruik te maken van verschillende combinaties van zijn voordelige eigenschappen, zoals sterkte, lichtheid, corrosieweerstand, recycleerbaarheid en vervormbaarheid, wordt aluminium in een steeds toenemend aantal toepassingen gebruikt. Dit productassortiment varieert van structurele materialen tot dunne verpakkingsfolies.

Legeringsaanduidingen

Aluminium wordt meestal gelegeerd met koper, zink, magnesium, silicium, mangaan en lithium. Er worden ook kleine toevoegingen gedaan van chroom, titanium, zirkonium, lood, bismut en nikkel en ijzer is steevast in kleine hoeveelheden aanwezig.

Er zijn meer dan 300 smeedlegeringen, waarvan er 50 algemeen worden gebruikt. Ze worden normaal gesproken geïdentificeerd door een viercijferig systeem dat zijn oorsprong vindt in de VS 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.

Voor ongelegeerde aluminiumlegeringen, aangeduid met 1XXX, vertegenwoordigen de laatste twee cijfers de zuiverheid van het metaal. Ze 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, duidt dit op ongelegeerd aluminium met natuurlijke onzuiverheidsgrenzen en 1 tot en met 9 op individuele onzuiverheden of legeringselementen.

Voor de groepen 2XXX tot en met 8XXX identificeren de laatste twee cijfers de verschillende aluminiumlegeringen in de groep. Het tweede cijfer geeft wijzigingen in de legering aan. Een tweede cijfer nul geeft de oorspronkelijke legering aan en gehele getallen 1 tot en met 9 geven opeenvolgende legeringswijzigingen aan.

Fysische 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 in de handel verkrijgbare metalen is. De resulterende hoge sterkte/gewichtsverhouding maakt het tot een belangrijk structureel materiaal dat een groter laadvermogen of brandstofbesparing mogelijk maakt, vooral voor de transportindustrie.

Sterkte van aluminium

Zuiver aluminium heeft geen hoge treksterkte. De toevoeging van legeringselementen zoals mangaan, silicium, koper en magnesium kan echter de sterkte-eigenschappen van aluminium vergroten en een legering produceren met eigenschappen die zijn afgestemd op specifieke toepassingen.

Aluminiumis zeer geschikt voor koude omgevingen. Het heeft het voordeel ten opzichte van staal omdat de treksterkte ervan toeneemt bij afnemende temperatuur, terwijl de taaiheid behouden blijft. Staal daarentegen wordt bros bij lage temperaturen.

Corrosiebestendigheid van aluminium

Bij blootstelling aan lucht vormt zich vrijwel onmiddellijk een laag aluminiumoxide op het oppervlak van aluminium. Deze laag heeft een uitstekende weerstand 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 groter dan die van staal. Dit maakt aluminium tot een belangrijk materiaal voor zowel koel- als verwarmingstoepassingen zoals warmtewisselaars. Gecombineerd met het feit dat het niet-giftig is, betekent deze eigenschap dat aluminium op grote schaal wordt gebruikt in kookgerei en keukengerei.

Elektrische geleidbaarheid van aluminium

Samen met koper heeft aluminium een ​​elektrische geleidbaarheid die hoog genoeg is om als elektrische geleider te gebruiken. Hoewel de geleidbaarheid van de veelgebruikte geleidende legering (1350) slechts ongeveer 62% bedraagt ​​van die van gegloeid koper, is deze slechts een derde van het gewicht en kan daarom twee keer zoveel elektriciteit geleiden in vergelijking met koper met hetzelfde gewicht.

Reflectiviteit van aluminium

Van UV tot infrarood: aluminium is een uitstekende reflector van stralingsenergie. Een zichtbare lichtreflectie van ongeveer 80% betekent dat het veel wordt gebruikt in verlichtingsarmaturen. Dezelfde eigenschappen van reflectiviteit makenaluminiumideaal als isolatiemateriaal om te beschermen tegen zonnestralen in de zomer, terwijl het isoleert tegen warmteverlies in de winter.

Tabel 2.Eigenschappen voor aluminium.

Mechanische eigenschappen van aluminium

Aluminium kan zonder problemen ernstig worden vervormd. Hierdoor kan aluminium worden gevormd door walsen, extruderen, trekken, bewerken en andere mechanische processen. Het kan ook met een hoge tolerantie worden gegoten.

Legering, koudbewerking en warmtebehandeling kunnen allemaal worden gebruikt om de eigenschappen van aluminium aan te passen.

De treksterkte van puur aluminium ligt rond de 90 MPa, maar voor sommige warmtebehandelbare legeringen kan deze worden verhoogd tot meer dan 690 MPa.

Aluminium normen

De oude BS1470-norm is vervangen door negen EN-normen. De EN-normen zijn weergegeven in tabel 4.

Tabel 4.EN-normen voor aluminium

De EN-normen verschillen op de volgende punten van de oude norm, BS1470:

• Chemische samenstellingen – ongewijzigd.
• Legeringsnummering – ongewijzigd.
• Temperaanduidingen voor warmtebehandelbare legeringen bestrijken nu een breder scala aan speciale tempers. Maximaal vier cijfers na de T zijn ingevoerd voor niet-standaard toepassingen (bijv. T6151).
• Temper-aanduidingen voor niet-warmtebehandelbare legeringen - bestaande tempers zijn ongewijzigd, maar tempers zijn nu uitgebreider gedefinieerd in termen van hoe ze worden gecreëerd. Zacht (O) humeur is nu H111 en een tussenliggend humeur H112 is geïntroduceerd. Voor legering 5251 worden de temperaturen nu weergegeven als H32/H34/H36/H38 (equivalent aan H22/H24, enz.). H19/H22 & H24 worden nu afzonderlijk weergegeven.
• Mechanische eigenschappen – blijven vergelijkbaar met eerdere cijfers. 0,2% Proof Stress moet nu op testcertificaten worden vermeld.
• De toleranties zijn in verschillende mate aangescherpt.
  

  Warmtebehandeling van aluminium

  Er kan een reeks warmtebehandelingen worden toegepast op aluminiumlegeringen:

  • Homogenisatie – het verwijderen van segregatie door verhitting na het gieten.
  • Gloeien – gebruikt na koudvervormen om hardende legeringen (1XXX, 3XXX en 5XXX) zacht te maken.
  • Neerslag- of verouderingsverharding (legeringen 2XXX, 6XXX en 7XXX).
  • Oplossingswarmtebehandeling vóór veroudering van precipitatiehardende legeringen.
  • Moffelen voor het uitharden van coatings
  • Na de warmtebehandeling wordt een achtervoegsel aan de aanduidingsnummers toegevoegd.
  • Het achtervoegsel F betekent “zoals vervaardigd”.
  • O betekent “gegloeide gesmeed producten”.
  • T betekent dat het een “warmtebehandeling” heeft ondergaan.
  • W betekent dat het materiaal een oplossingswarmtebehandeling heeft ondergaan.
  • H verwijst naar niet-hittebehandelbare legeringen die “koud bewerkt” of “door spanning gehard” zijn.
  • De niet-warmtebehandelbare legeringen zijn die in de groepen 3XXX, 4XXX en 5XXX.