Aliuminis yra universalus metalas, plačiai naudojamas įvairiose pramonės šakose dėl savo unikalių savybių. Jis yra lengvas, tvirtas, atsparus korozijai ir puikus elektros bei šilumos laidininkas. Aliuminio tankis yra 2,7 g/cm³, o tai sudaro maždaug vieną trečiąją plieno tankio. Jo lydymosi temperatūra yra 660 °C. Aliuminio gaminių paviršiuje susidaro tanki ir tvirta Al2O3 oksido plėvelė, apsauganti jį nuo korozijos atmosferoje, vandenyje ir daugelyje rūgščių bei kitų terpių. Aliuminio šiluminis laidumas prie 27 °C temperatūros yra 237 W/(m•K). Palyginus su variniais laidininkais, aliumininis laidininkas, turintis tokias pačias laidumo savybes, sveria maždaug perpus mažiau.
Aliuminis yra cheminis elementas, žymimas Al trumpiniu, periodinės lentelės eilės numeris 13. Tai lengvas, minkštas, kalus, plastiškas, tąsus, lengvai poliruojamas, anoduojamas ir šviesą atspindintis metalas. Aliuminis buvo pirmą kartą išgautas 1825 metais H. Oerstedo ir F. Cheminės savybės - paviršius apsitraukia tvirta, plona oksido (Al2O3) plėvele. Aliuminis yra plačiausiai paplitęs Žemės planetoje metalas (apie 8 proc.), randamas tokiuose junginiuose kaip feldšpatuose, žėrutyje ir kituose mineraluose. Aliuminio perdirbimo pranašumas aplinkosaugos atžvilgiu yra energijos tausojimas: perlydant aliuminį sunaudojama tik penki procentai energijos, reikalingos pagaminti naujam (pirminiam) metalui. Aliuminis buvo apdovanotas nepaprastai daugeliu teigiamų savybių, todėl po geležies yra plačiausiai vartojamas metalas.
Medžiagų pasirinkimas yra esminis sprendimas pradedant projektą. Šiuolaikinės technologijos remiasi specializuotomis medžiagomis, o aliuminis yra pagrindinis pasirinkimas. Kadangi aliuminis yra labiausiai paplitęs metalas Žemėje, jis yra ekonomiškas ir vertingas daugelyje pramonės šakų. Dėl jo legiravimo galimybės gaunamos įvairios klasės, klasifikuojamos pagal elementus ir savybes. Yra keletas aliuminio tipų, skirtų įvairiems pritaikymams. Šios aliuminio rūšys turi skirtingas savybes, paskirtį ir tinkamus apdirbimo procesus. Todėl, suprasdami, kokia aliuminio klasė jūsų projektui, galėsite pasiekti geriausią rezultatą.
Aliuminio lydinių klasifikacija
Aliuminio lydiniai susidaro dėl unikalaus įvairių metalo elementų mišinio. Jie vertinami dėl mažo tankio, ilgaamžiškumo, atsparumo korozijai ir išskirtinio stiprumo ir svorio santykio. Aliuminis yra mažiau tankus nei plienas, todėl kai kuriais atvejais jis yra puiki alternatyva plienui. Daugybė aliuminio lydinių yra lengvai formuojami ir apdirbami, nes yra plastiški ir lankstūs. Jie turi gerą elektros ir šilumos laidumą bei nemagnetines savybes. Aliuminis yra viena iš labiausiai perdirbamų medžiagų, turinti žemą lydymosi temperatūrą.
Pridėjus prie aliuminio tokius elementus kaip cinkas, magnis, geležis, varis ir silicis, pagerėja apdirbamumas, stiprumas, elektrinis laidumas ir atsparumas korozijai. Aliuminio asociacija suskirstė standartines aliuminio rūšis pagal pirminį (-ius) legiravimo elementą (-us) ir jų atsaką į terminį ar mechaninį apdorojimą.
Aliuminio lydiniai skirstomi į dvi pagrindines klasifikacijas: kaltą ir lietinį aliuminį. Šios klasės turi skirtingas identifikavimo numeravimo sistemas, skirtas diferencijuoti.
Kaltas aliuminis
Kaltas aliuminis pasižymi nepaprastu mechaniniu stiprumu ir gali būti įvairių formų. Ši aliuminio rūšis sukuriama lydant aliuminio luitus su išmatuotais legiruotojo metalo kiekiais, nustatant rūšies sudėtį. Po lydymo lydinys išliejamas į plokštes arba ruošinius ir yra apdorojamas mechaniniais procesais, tokiais kaip ekstruzija, valcavimas ar kalimas. Tada taikomas terminis apdorojimas, siekiant pagerinti natūralias aliuminio lydinio savybes.
Kaltas aliuminis pasižymi šiomis savybėmis:
- Išskirtinės mechaninės savybės
- Puikus struktūrinis vientisumas
- Lygus ir vienodas paviršiaus apdaila
- Puikus apdirbamumas ir suvirinamumas
- Geras formavimas, leidžiantis transformuoti, formuoti, apdirbti ir išspausti į bet kokią norimą formą.
Lieti aliuminis
Lieti aliuminis yra pagaminta iš boksito, ištirpinto kaustinėje sodoje, kristalizuojant aliuminio oksidą. Elektros srovė suskaido aliuminio oksidą, atskirdama aliuminį nuo deguonies. Gautas aliuminis siunčiamas į liejimo namus, kad pašalintų nešvarumus ir suformuotų gryno aliuminio ruošinius.
Išvalius ir suformuojant ruošinius, aliuminis išlydomas ir sumaišomas su legiravimo elementais. Tada jis supilamas į formas arba formuojamas tolesniam apdorojimui įvairiais procentais. Lieto aliuminio lydinių tempiamasis stipris yra mažesnis nei kalto aliuminio dėl formavimo proceso defektų. Todėl jie yra jautrūs įtrūkimams ir susitraukimui. Nepaisant to, išlietas aliuminis yra ekonomiškas ir lengvai įgauna formos formą išlydytas.
Kaltas ir liejamas aliuminis: skirtumai
Lieto ir kalto aliuminio lydiniai labai skiriasi įvairiais būdais, įskaitant metalo legiravimo elementus ir gamybos metodus.
Metalo legiravimo elementai
Palyginti su liejiniais lydiniais, kaltiniuose lydiniuose yra mažiau papildomų metalų. Kaltiniuose lydiniuose paprastai yra mažiau nei 4 % legiravimo elementų, o liejiniuose - daugiau nei 22 %. Šis skirtumas turi didesnę įtaką šių metalų medžiagų savybėms.
Pridėjus daugiau legiruojančių medžiagų, sumažėja aliuminio lydinio lankstumas. Dėl šios priežasties dauguma lietinių lydinių yra jautrūs trapiam lūžimui. Kita vertus, naudojant papildomus legiravimo elementus, kaltiniai aliuminio lydiniai gali išlaikyti savo lankstumą ir kitas naudingas savybes, tuo pačiu padidindami stiprumą, laidumą ir atsparumą korozijai.
Gamybos metodai
Pagrindinis skirtumas tarp šių dviejų klasių yra gamybos technika, kurią naudojant šie lydiniai pasiekia galutinį produktą. Lieti lydiniai paprastai iškyla iš formos tiksliai norimos kietos formos. Priešingai, kaltiniams lydiniams reikia įvairių modifikacijų, kol jie yra kietos formos. Vadinasi, jų gamybos skirtumai daro didelę įtaką galimoms galutinių gaminių formoms ir fizinėms savybėms.
| Savybė | Kaltas aliuminis | Lieti aliuminis |
|---|---|---|
| Gamybos būdas | Mechaninis apdirbimas (valcavimas, ekstruzija, kalimas) | Išlydyti ir supilti į formą |
| Grūdų struktūra | Pailgėję grūdeliai dėl mechaninio apdirbimo | Išlyginti grūdai dėl kietėjimo |
| Atsparumas tempimui | Didesnis atsparumas tempimui dėl grūdelių išlyginimo | Mažesnis atsparumas tempimui dėl atsitiktinės grūdelių orientacijos |
| Paviršiaus apdaila | Lygus ir vienodas paviršiaus apdaila | Šiurkštesnė paviršiaus apdaila dėl sukietėjimo |
| Suvirinamumas | Puikus suvirinamumas | Mažiau suvirinamas dėl poringumo ir susitraukimo |
| Programos | Oro erdvės komponentai, konstrukciniai komponentai, automobilių dalys | Variklių blokai, cilindrų galvutės, korpusai |
| Pavyzdžiai | 6061, 7075 | A356, A380 |
Aliuminio lydinių tipai ir jų savybės
Aliuminio lydiniai skirstomi į serijas, kurių kiekviena atitinka pirminį legiravimo elementą, apibrėžiantį lydinio savybes ir potencialų naudojimą.
1000 serija (Grynas aliuminis)
Ši serija nėra termiškai apdorojama ir yra sudaryta iš maždaug 99 % aliuminio be jokių pagrindinių legiravimo elementų. Ši klasių serija pasižymi puikiu atsparumu korozijai, maksimaliu šilumos ir elektros laidumu, yra plastiška ir uždelstas sukietėjimas. Nors 1000 serija tinka atšiaurioms deformacijos operacijoms, ji turi mažą tempimo ir takumo ribą. Aliuminis 1100 yra pripažintas dėl savo gerų formavimo savybių ir pritaikymo šilumos mainų įrenginiams ir šilumos kriauklėms.
2000 serija (Aliuminis-varis)
Varis suteikia stiprumo ir kietumo 2000 aliuminio serijai. Šie aukštos kokybės lydiniai yra tinkami aviacijos ir kosmoso reikmėms, tačiau vario buvimas sumažina plastiškumą ir atsparumą korozijai. 2000 serijos aliuminio klasė yra termiškai apdorojama. Aliuminis 2011 pasižymi puikiu apdirbimu greitaeigiams tekinimo darbams. Aliuminis 2024 yra gerai žinomas didelio stiprumo lydinys serijoje, tinkantis didelėms apkrovoms.
3000 serija (Aliuminis-manganas)
Šioje aliuminio serijoje yra mangano kaip pirminio legiravimo elemento. Lydiniai pasižymi didesniu mechaniniu stiprumu nei grynas aliuminis. Šis stiprumas išlaikomas plačiame temperatūrų diapazone, o rūšys pasižymi dideliu atsparumu korozijai, formuojamumu, lankstumu ir tinkamumu suvirinti. Aliuminis 3003 yra plačiai naudojama 3000 serijos klasė, pasižyminti geromis mechaninėmis savybėmis ir dideliu atsparumu tempimui.
4000 serija (Aliuminis-silicis)
4000 serijoje silicis naudojamas kaip pagrindinis legiravimo elementas. Silicis sumažina lydinio lydymosi temperatūrą, padidindamas išlydytoje būsenoje sklandumą. Taigi šios klasės yra puikios užpildo medžiagos suvirinimui ir litavimui. Kai kurios šios serijos rūšys yra termiškai apdorojamos, tačiau tai priklauso nuo magnio ir vario proporcijų.
5000 serija (Aliuminis-magnis)
5000 serijoje magnis yra nuo 0,5 iki 5,5 %. Šios rūšys nėra termiškai apdorojamos, tačiau gali būti sukietintos šalto apdirbimo būdu. Jie pasižymi dideliu lankstumu, kai atkaitinami, ir yra nuo vidutinio iki didelio stiprumo, įskaitant gerą atsparumą korozijai ir šarmams. Aliuminis 5052 gali pasigirti didžiausiu šios serijos stiprumu ir pasižymi puikiomis apdailos savybėmis apdirbus.
6000 serija (Aliuminis-magnis-silicis)
Šioje serijoje yra silicio ir magnio. Siekiant padidinti takumo ribą, lydiniai gali būti termiškai apdorojami tirpalu. Šias rūšis sunku suvirinti dėl jautrumo įtrūkimams. Aliuminis 6061 yra vienas universaliausių šiluminiu būdu apdorojamų lydinių serijoje, pasižymintis puikiu formuojamumu, suvirinamumu ir atsparumu korozijai. Aliuminis 6063 naudojamas aliuminio ekstruzijai ir architektūrinėms reikmėms.
7000 serija (Aliuminis-cinkas)
7000 aliuminio serijos pagrindinis legiravimo elementas yra cinkas. Serija gali pasigirti kai kuriais didžiausio stiprumo aliuminio lydiniais. Aliuminis 7075 yra pripažintas dėl savo didelio našumo ir yra vienas stipriausių aliuminio rūšių.
Putų aliuminio savybės
Tobulėjant mokslui ir technologijoms, standartinės medžiagos ne visada patenkina žmonių poreikius, ypač kuriant energiją sugeriančius buferius. Žmonės vis labiau sutelkė dėmesį į akytas konstrukcines medžiagas, o putplasčio aliuminio išvaizda dizaineriams suteikė naujų idėjų.
Ši medžiaga sukuriama derinant oksiduoto aliuminio lydinio miltelius su komponentu, atskirtu kaitinant ir dujofikuojant, ir ji vyksta putojimo procesu, kad pasižymėtų ir metalinėmis, ir burbulinėmis savybėmis. Galutiniai putplasčio aliuminio lydiniai turi kintamą tankį ir poringumą dėl įvairių aliuminio lydinio komponentų, skirtingų kaitinimo būdų ir skirtingų dujofikuotų miltelių, susidarančių sintetinant naujas medžiagas.
Putplasčio aliuminio lydinio standumas yra panašus į ąžuolo medienos ir putplasčio betono standumą, o jo lengvas svoris panašus į medienos plokštės. Tuo pačiu metu jis turi tam tikrą garso ir šilumos izoliaciją, taip pat yra netoksiškas ir nedegus. Medžiaga yra pjaunama, frezuojama ir prisukama vertikaliai.
Garsą sugeriančios savybės
Aliuminio putos gali sugerti garso energiją per oro angos sienelės vibraciją, kad pašalintų garsą. Aliuminio putos gali būti naudojamos miesto lengviesiems geležinkeliams, aukštiems greitkeliams, požeminiams tuneliams, mechaninės įrangos triukšmo kontrolei, akustinių patalpų, daugiafunkcinių salių ir kitų patalpų garso efektų gerinimui.
Atsparumas karščiui
Aliuminio putos turi didelį atsparumą karščiui. Jos pasižymi puikiomis šilumos laidumo savybėmis, todėl yra puiki antipireno medžiaga, kuri buvo naudojama daugelyje pažangių gaisro gesinimo įrenginių užsienyje, ypač kaip liepsnos izoliavimo įranga, turinti puikų poveikį.
Aukštos amortizacinės ir smūgio sugerties savybės
Slopinimo charakteristikos yra 5-10 kartų didesnės nei metalinio aliuminio. Aliuminio putos gali būti suskirstytos į tris specifikacijas: didelis porų dydis, vidutinis porų dydis ir mažas porų dydis. Dėl puikių smūgio energiją sugeriančių savybių, ji gali būti naudojama kaip automobilio antismūgis, apsauginis mechaninio įtaiso apvalkalas, lifto saugos trinkelė, orlaivio korpuso tarpsluoksnis (sprogimo smūgiui slopinti).
Konstrukcinė medžiaga
Kadangi aliuminio putplastis pasižymi lengvu svoriu ir dideliu tvirtumu, kai jas galima naudoti kaip automobilio konstrukcinę dalį, jos svoris yra tik perpus mažesnis nei plieninės konstrukcijos, o standumas padidėja 10 kartų.
Elektrodo medžiaga
Dėl puikaus elektros laidumo aliuminio putos plačiai naudojamos kaip elektrodų karkaso medžiaga naujoms baterijoms, tokioms kaip nikelio-cinko baterijos ir elektriniai dvisluoksniai kondensatoriai.
Naujos statybinės medžiagos
Aliuminio putplastis yra nauja statybinė ir apdailos medžiaga, kuri pasižymi lengvu svoriu, dideliu specifiniu standumu, gražia išvaizda, nedegumu ir pan., pasižymi garso sugerties, šilumos izoliacijos ir elektromagnetinio ekranavimo savybėmis.