Aluminium is het meest voorkomende metaal ter wereld en het op twee na 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). De alumina wordt vervolgens met behulp van elektrolytische cellen en het Hall-Heroult-proces omgezet in aluminiummetaal.
Jaarlijkse vraag naar aluminium
De wereldwijde vraag naar aluminium bedraagt ongeveer 29 miljoen ton per jaar. Daarvan is circa 22 miljoen ton 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 slechts 5% daarvan nodig voor het omsmelten en recyclen van 1 ton aluminium. Er is geen kwaliteitsverschil tussen nieuwe en gerecyclede aluminiumlegeringen.
Toepassingen van aluminium
ZuiveraluminiumAluminium is zacht, buigzaam, corrosiebestendig en heeft een hoge elektrische geleidbaarheid. Het wordt veel gebruikt voor folie- en geleiderkabels, maar legering met andere elementen is nodig om de hogere sterkte te verkrijgen die vereist is voor andere toepassingen. Aluminium is een van de lichtste technische metalen en heeft een sterkte-gewichtsverhouding die superieur is aan die van staal.
Door gebruik te maken van diverse combinaties van zijn gunstige eigenschappen, zoals sterkte, lichtheid, corrosiebestendigheid, recyclebaarheid en vervormbaarheid, wordt aluminium in een steeds groter aantal toepassingen gebruikt. Dit scala aan producten varieert van constructiematerialen tot dunne verpakkingsfolies.
Legeringsaanduidingen
Aluminium wordt meestal gelegeerd met koper, zink, magnesium, silicium, mangaan en lithium. Ook worden er kleine hoeveelheden chroom, titanium, zirkonium, lood, bismut en nikkel toegevoegd, en ijzer is vrijwel altijd in kleine hoeveelheden aanwezig.
Er bestaan meer dan 300 smeedlegeringen, waarvan er 50 veelvuldig worden gebruikt. Deze worden doorgaans aangeduid met een viercijferig systeem, dat zijn oorsprong vindt in de VS en nu universeel geaccepteerd is. Tabel 1 beschrijft het systeem voor smeedlegeringen. Gegoten legeringen hebben vergelijkbare aanduidingen en gebruiken een vijfcijferig systeem.
Tabel 1.Aanduidingen 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, gesmede aluminiumlegeringen met de aanduiding 1XXX geven de laatste twee cijfers de zuiverheid van het metaal aan. Deze cijfers komen overeen met de laatste twee cijfers achter de komma wanneer de aluminiumzuiverheid tot op 0,01 procent nauwkeurig wordt uitgedrukt. Het tweede cijfer geeft wijzigingen in de onzuiverheidslimieten aan. Als het tweede cijfer nul is, duidt dit op ongelegeerd aluminium met natuurlijke onzuiverheidslimieten, terwijl de cijfers 1 tot en met 9 individuele onzuiverheden of legeringselementen aangeven.
Bij de groepen 2XXX tot en met 8XXX identificeren de laatste twee cijfers verschillende aluminiumlegeringen binnen de groep. Het tweede cijfer geeft de legeringsmodificaties aan. Een tweede cijfer van nul geeft de oorspronkelijke legering aan, en de getallen 1 tot en met 9 duiden opeenvolgende legeringsmodificaties aan.
Fysische eigenschappen van aluminium
Dichtheid van aluminium
Aluminium heeft een dichtheid die ongeveer een derde lager is dan 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 zorgt voor een groter laadvermogen of brandstofbesparing.
Sterkte van aluminium
Zuiver aluminium heeft geen hoge treksterkte. Door toevoeging van legeringselementen zoals mangaan, silicium, koper en magnesium kunnen de sterkte-eigenschappen van aluminium echter worden verbeterd, waardoor een legering ontstaat met eigenschappen die zijn afgestemd op specifieke toepassingen.
AluminiumHet is zeer geschikt voor koude omgevingen. Het heeft een voordeel ten opzichte van staal, omdat de treksterkte toeneemt bij dalende temperaturen, terwijl de taaiheid behouden blijft. Staal daarentegen wordt bros bij lage temperaturen.
Corrosiebestendigheid van aluminium
Bij blootstelling aan lucht vormt zich vrijwel direct een laagje aluminiumoxide op het oppervlak van aluminium. Deze laag is uitstekend bestand tegen corrosie. Ze is redelijk bestand tegen de meeste zuren, maar minder bestand tegen basen.
Thermische geleidbaarheid van aluminium
De warmtegeleidingscoëfficiënt 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. In combinatie met het feit dat het niet giftig is, zorgt deze eigenschap ervoor dat aluminium veelvuldig wordt gebruikt in kookgerei en keukengerei.
Elektrische geleidbaarheid van aluminium
Net als koper heeft aluminium een voldoende hoge elektrische geleidbaarheid om als elektrische geleider te worden gebruikt. Hoewel de geleidbaarheid van de veelgebruikte geleidende legering (1350) slechts ongeveer 62% van die van gegloeid koper bedraagt, weegt deze slechts een derde minder en kan daardoor twee keer zoveel elektriciteit geleiden in vergelijking met koper van hetzelfde gewicht.
Reflectiviteit van aluminium
Van UV tot infrarood, aluminium is een uitstekende reflector van stralingsenergie. De reflectiviteit van zichtbaar licht van ongeveer 80% zorgt ervoor dat het veelvuldig wordt gebruikt in verlichtingsarmaturen. Dezelfde reflectiviteitseigenschappen maken het mogelijk omaluminiumIdeaal als isolatiemateriaal ter bescherming tegen de zonnestralen in de zomer, en ter isolatie tegen warmteverlies in de winter.
Tabel 2.Eigenschappen van aluminium.
| Eigendom | Waarde |
|---|---|
| atoomnummer | 13 |
| Atoomgewicht (g/mol) | 26,98 |
| Valentie | 3 |
| Kristalstructuur | FCC |
| Smeltpunt (°C) | 660.2 |
| Kookpunt (°C) | 2480 |
| Gemiddelde soortelijke 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 sterk vervormd worden zonder te breken. Hierdoor kan aluminium gevormd worden door walsen, extruderen, trekken, bewerken en andere mechanische processen. Het kan ook met een hoge tolerantie gegoten worden.
Legeren, koudvervormen en warmtebehandeling kunnen allemaal worden gebruikt om de eigenschappen van aluminium aan te passen.
De treksterkte van zuiver aluminium bedraagt ongeveer 90 MPa, maar deze kan voor sommige warmtebehandelbare legeringen oplopen tot meer dan 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 | Temper-aanduidingen |
| EN573-1 | Numeriek legeringsaanduidingssysteem |
| EN573-2 | Chemisch symboolaanduidingssysteem |
| EN573-3 | Chemische samenstellingen |
| EN573-4 | Productvormen in verschillende legeringen |
De EN-normen verschillen op de volgende punten van de oude norm, BS1470:
- Chemische samenstelling – ongewijzigd.
- Nummeringssysteem voor legeringen – ongewijzigd.
- De aanduidingen voor hardingsgraden van warmtebehandelbare legeringen omvatten nu een breder scala aan speciale hardingsgraden. Er zijn tot vier cijfers achter de T geïntroduceerd voor niet-standaard toepassingen (bijv. T6151).
- Aanduidingen voor hardingsgraden van niet-warmtebehandelbare legeringen – bestaande hardingsgraden blijven ongewijzigd, maar de manier waarop ze worden gecreëerd, is nu uitgebreider gedefinieerd. De zachte (O) hardingsgraad is nu H111 en er is een tussenhardingsgraad H112 geïntroduceerd. Voor legering 5251 worden de hardingsgraden 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 waarden. Een rekgrens van 0,2% moet nu op testcertificaten worden vermeld.
- De toleranties zijn in verschillende mate aangescherpt.
Warmtebehandeling van aluminium
Aluminiumlegeringen kunnen aan verschillende warmtebehandelingen worden onderworpen:
- Homogenisatie – het verwijderen van segregatie door verhitting na het gieten.
- Gloeien – toegepast na koudvervorming om koudvervormbare legeringen (1XXX, 3XXX en 5XXX) te verzachten.
- Neerslagharding of verouderingsharding (legeringen 2XXX, 6XXX en 7XXX).
- Oplossingswarmtebehandeling vóór veroudering van precipitatiehardende legeringen.
- Ovenbehandeling voor het uitharden van coatings
- Na de warmtebehandeling wordt een achtervoegsel aan de aanduidingnummers toegevoegd.
- De achtervoeging F betekent "zoals gefabriceerd".
- O staat voor “gegloeide smeedproducten”.
- De letter T betekent dat het "warmtebehandeld" is.
- W betekent dat het materiaal een oplossingswarmtebehandeling heeft ondergaan.
- H verwijst naar niet-warmtebehandelbare legeringen die "koudvervormd" of "spanningsgehard" zijn.
- De niet-warmtebehandelbare legeringen zijn die uit de groepen 3XXX, 4XXX en 5XXX.
Geplaatst op: 16 juni 2021
