Vrste aluminija i aluminijskih legura

Čisti aluminij

Karakteristika čistog aluminija je njegova mala gustoća, što je 2,72g/cm³, samo oko jedne trećine gustoće željeza ili bakra. Dobra vodljivost i toplinska vodljivost, odmah iza srebra i bakra. Kemijska svojstva aluminija su vrlo aktivna.

U zraku, površina aluminija može se spojiti s kisikom i stvoriti gusti Al2O3 zaštitni film, što sprječava daljnju oksidaciju aluminija. Stoga, aluminij ima dobru otpornost na koroziju na zraku i vodi, ali ne može odoljeti kiselini, lužina, i solna korozija.

Aluminij ima kubičnu rešetku usmjerenu na lice i dobru plastičnost (d=50%, ψ=80%). Može se preraditi u profile kao što su žice, ploče, trake, i cijevi kroz hladan ili vrući pritisak, ali njegova snaga nije visoka, σb = 80 MPa， Nakon hladne obrade, σb＝(150～250)MPa。 Dakle, čisti aluminij se uglavnom koristi za izradu žica, kabeli, toplinski odvodi, i dnevne potrebe ili legure koje zahtijevaju otpornost na hrđu i koroziju, ali niske zahtjeve za čvrstoćom.

Aluminij komercijalne čistoće nije tako čist kao aluminij kemijske čistoće, budući da sadrži nečistoće kao što su Fe, I, itd. u različitim stupnjevima. Što je više nečistoća prisutno u aluminiju, manja mu je vodljivost, toplinska vodljivost, otpornost na atmosfersku koroziju, i plastičnost.

Klase industrijskog čistog aluminija u našoj su zemlji formulirane na temelju ograničenja nečistoća, kao što je L1 L2、L3……。 L je prvi kineski Pinyin znak za “aluminij”, i što je viši redni broj priložen iza njega, manja je njegova čistoća.

Aluminijska legura

Čisti aluminij ima malu čvrstoću i nije prikladan kao konstrukcijski materijal. Da poboljša svoju snagu, najučinkovitija metoda je dodavanje legirajućih elemenata kao što je Si, Cu, Mg, Mn, itd. za izradu aluminijske legure (aerolit). Ove aluminijske legure imaju visoku čvrstoću, ali ipak imaju niske gustoće, posebno visoke specifične čvrstoće (tj. omjer granice čvrstoće i gustoće), kao i dobru toplinsku vodljivost i otpornost na koroziju.

Klasifikacija aluminijskih legura

Prema sastavu i karakteristikama procesa proizvodnje aluminijskih legura, mogu se podijeliti u dvije kategorije: deformirane aluminijske legure i lijevane aluminijske legure.
Kada je sastav legure manji od D/toč, zagrijavanjem može stvoriti strukturu jednofazne čvrste otopine, s dobrom plastičnošću i pogodan za obradu pritiskom, stoga se naziva deformirana aluminijska legura.

Aluminijske legure sa sastavom manjim od F-točke u deformaciji, čiji se sastav čvrste otopine ne mijenja s temperaturom i ne može se ojačati toplinskom obradom, nazivaju se toplinski obrađene nearmirane aluminijske legure; Legura sastava između F i D/, čiji se sastav čvrste otopine mijenja s temperaturom, može se ojačati toplinskom obradom, stoga se naziva legura aluminija koja se može ojačati toplinskom obradom.

Legure sa sastavom većim od D/točke, eutektička struktura niske točke tališta, dobra protočnost, pogodan za lijevanje, nazivaju se lijevane aluminijske legure, ali nije pogodan za obradu tlakom.

Deformabilne aluminijske legure također se mogu klasificirati u aluminij otporan na hrđu, tvrdi aluminij, ultra tvrdi aluminij, i kovanog aluminija prema njihovim glavnim karakteristikama izvedbe.
Aluminijske legure za lijevanje također se mogu klasificirati prema različitim glavnim legirajućim elementima: Za Da, Al Cu, Al Mg, Al Zn, itd.

Karakteristike toplinske obrade aluminijske legure

Aluminijske legure ne samo da mogu poboljšati svoju čvrstoću otvrdnjavanjem hladnom deformacijom, ali i dodatno pojačati njihovu čvrstoću toplinskom obradom – “starosno otvrdnjavanje” metoda.
Mehanizam toplinske obrade aluminijske legure razlikuje se od čelika. Nakon gašenja, tvrdoća i čvrstoća čelika odmah se povećavaju, dok se plastičnost smanjuje. Aluminijske legure s komponentama između F i D/ mogu se zagrijavati do područja alfa faze, izolirana, i ugasi hlađenjem vodom da se dobiju prezasićene alfa čvrste otopine na sobnoj temperaturi. Njihova čvrstoća i tvrdoća ne mogu se odmah povećati, ali im je znatno poboljšana plastičnost. Taj se postupak naziva kaljenje ili obrada otopinom.

Zbog nestabilnosti prezasićene čvrste otopine dobivene nakon kaljenja, postoji tendencija precipitacije druge faze (faza jačanja). Nakon što je neko vrijeme ostavljen na sobnoj temperaturi ili zagrijavan na niskim temperaturama, atomi imaju sposobnost kretanja unutar rešetke i postupnog prijelaza u stabilno stanje, što rezultira značajnim povećanjem čvrstoće i tvrdoće, dok se plastičnost smanjuje. Fenomen daljnjeg ojačanja legure nakon obrade čvrste otopine tijekom vremena naziva se “starosno otvrdnjavanje” ili “starosno otvrdnjavanje”. Proces starenja koji se provodi na sobnoj temperaturi naziva se prirodnim starenjem, dok se proces starenja koji se provodi u uvjetima zagrijavanja naziva umjetno starenje.

Deformabilna aluminijska legura

1. Aluminijska legura protiv hrđe

Glavni legirajući elementi su Mn i Mg. Ova vrsta legure je jednofazna čvrsta otopina nakon kovanja i žarenja, tako da ima dobru otpornost na koroziju i plastičnost. Klasa aluminija otpornog na hrđu predstavljena je kineskim Pinyin prefiksom “LF” nakon čega slijedi redni broj. Kao što je LF5, LF11, LF21, itd. Ova vrsta legure se uglavnom koristi za valjanje, zavarivanje, ili konstrukcijske komponente otporne na koroziju s malim opterećenjima, kao što su spremnici nafte, cijevi, žice, kosturi malog opterećenja, i raznih kućanskih aparata. Sve vrste aluminijskih legura protiv hrđe su aluminijske legure koje se ne mogu ojačati toplinskom obradom. Za poboljšanje čvrstoće legure, može se primijeniti obrada hladnim pritiskom, koji mogu proizvesti otvrdnjavanje radom.

2. Tvrda legura aluminija

Duraluminij je u osnovi legura Al Cu Mg s malom količinom Mn. Različite vrste duraluminija mogu se ojačati starenjem, ali im je otpornost na koroziju slaba, posebno u morskoj vodi. Stoga, komponente od tvrdog aluminija koje zahtijevaju zaštitu omotane su aluminijem visoke čistoće izvana kako bi se izradili tvrdi aluminijski materijali obloženi aluminijem. Vrste tvrdog aluminija koriste kineski Pinyin prefiks “LY” nakon čega slijedi redni broj, kao što je LY1 (zakovica tvrdi aluminij), LY11 (standardni tvrdi aluminij), i LY12 (tvrdi aluminij visoke čvrstoće).
Tvrdi aluminij je konstrukcijski materijal visoke specifične čvrstoće, koji se široko koristi u zrakoplovnoj industriji i proizvodnji instrumenata.

3. Super tvrda legura aluminija (SD legura)

To je legura Al Cu Mg Zn, koji se dobiva dodavanjem Zn tvrdom aluminiju. Ova vrsta legure trenutno je najjača aluminijska legura, s većom specifičnom čvrstoćom, stoga se naziva supertvrdi aluminij. Nedostatak je i slaba otpornost na koroziju, što može povećati temperaturu umjetnog starenja ili aluminijske prevlake.
Kvaliteta ultra tvrde aluminijske legure predstavljena je kineskim Pinyin prefiksom “LC” nakon čega slijedi redni broj. LC4, LC6, itd. obično se koriste za proizvodnju važnih komponenti s velikim naprezanjem, kao što su zrakoplovne grede.

4. Kovana aluminijska legura

To je legura Al Cu Mg Si s raznim legirajućim elementima, ali je sadržaj svakog elementa relativno nizak, stoga ima dobru otpornost na termoplastičnost i koroziju, a čvrstoća mu je usporediva s čvrstim aluminijem. Nakon kaljenja i odležavanja, snaga se može poboljšati.
Vrsta kovane aluminijske legure predstavljena je kineskim Pinyin prefiksom “LD” nakon čega slijedi redni broj, kao što je LD5, LD7, itd. Zbog svoje izvrsne izvedbe kovanja, uglavnom se koristi za kovanje ili kovanje dijelova koji podnose velika opterećenja na zrakoplovima ili dizel lokomotivama.

Lijevana aluminijska legura

Postoji mnogo vrsta lijevanih aluminijskih legura, među kojima legure aluminija i silicija imaju dobre karakteristike lijevanja, dovoljna snaga, i niske gustoće, i naširoko se koriste, račun za više od 50% ukupne proizvodnje lijevanih aluminijskih legura. Al Si legure koje sadrže Si (10-13)% su najtipičnije legure aluminija i silicija, koji pripada eutektičkom sastavu, općenito poznat kao “silicij aluminijske legure”.

Vrsta legure lijevanog aluminija predstavljena je kineskim Pinyin prefiksom “Z”+Al+ostali simboli glavnih elemenata i postotni sadržaj riječi “cast”. Na primjer, ZAlSi12 predstavlja lijevanu Al Si leguru koja sadrži 12% I.

Šifra za leguru predstavljena je kineskim Pinyin prefiksom “ZL” od “lijevani aluminij” nakon čega slijede tri znamenke. Prva znamenka predstavlja kategoriju legure, dok druga i treća znamenka označavaju redni broj legure.

Primjer ZL102 predstavlja aluminijsku leguru za lijevanje Al Si serije br. 2.
Aluminijska legura za lijevanje općenito se koristi za proizvodnju dijelova koji su lagani, otporan na koroziju, imaju složene oblike, i imaju određena mehanička svojstva. Kao što su aluminijski klipovi, kućišta instrumenata, dijelovi cilindara vodeno hlađenog motora, kartere, itd.