L'alluminio è il metallo più abbondante al mondo ed è il terzo elemento più comune che comprende l'8% della crosta terrestre. La versatilità dell'alluminio lo rende il metallo più utilizzato dopo l'acciaio.

Produzione di alluminio

L'alluminio deriva dalla bauxite minerale. La bauxite viene convertita in ossido di alluminio (allumina) attraverso il processo Bayer. L'allumina viene quindi convertita in metallo di alluminio usando celle elettrolitiche e il processo di Hall-Heroult.

Richiesta annuale di alluminio

La domanda mondiale di alluminio è di circa 29 milioni di tonnellate all'anno. Circa 22 milioni di tonnellate sono nuovi alluminio e 7 milioni di tonnellate sono scarti di alluminio riciclato. L'uso di alluminio riciclato è convincente economicamente ed ecologico. Ci vogliono 14.000 kWh per produrre 1 tonnellata di nuovo alluminio. Al contrario, ci vuole solo il 5% di questo per Remelt e riciclare una tonnellata di alluminio. Non vi è alcuna differenza di qualità tra leghe in alluminio vergine e riciclate.

Applicazioni di alluminio

Puroalluminioè morbido, duttile, resistente alla corrosione e ha un'alta conduttività elettrica. È ampiamente utilizzato per i cavi per fogli e conduttori, ma è necessaria la lega con altri elementi per fornire i punti di forza più elevati necessari per altre applicazioni. L'alluminio è uno dei metalli ingegneristici più leggeri, con un rapporto resistenza / peso superiore all'acciaio.

Utilizzando varie combinazioni delle sue proprietà vantaggiose come resistenza, leggerezza, resistenza alla corrosione, riciclabilità e formabilità, l'alluminio viene impiegato in un numero sempre crescente di applicazioni. Questa serie di prodotti vanno dai materiali strutturali fino a sottili fogli di imballaggio.

Designazioni in lega

L'alluminio è più comunemente legato con rame, zinco, magnesio, silicio, manganese e litio. Vengono anche fatte piccole aggiunte di cromo, titanio, zirconio, piombo, bismuto e nichel e il ferro è invariabilmente presente in piccole quantità.

Ci sono oltre 300 leghe battute con 50 in uso comune. Sono normalmente identificati da un sistema a quattro figure che ha avuto origine negli Stati Uniti e ora è universalmente accettato. La tabella 1 descrive il sistema per le leghe battute. Le leghe cast hanno designazioni simili e usano un sistema a cinque cifre.

Tabella 1.Designazioni per leghe di alluminio battuto.

Per le leghe di alluminio battute non legate designate 1xxx, le ultime due cifre rappresentano la purezza del metallo. Sono gli equivalenti alle ultime due cifre dopo il punto decimale in cui la purezza in alluminio è espressa allo 0,01 percento più vicino. La seconda cifra indica modifiche nei limiti di impurità. Se la seconda cifra è zero, indica l'alluminio non legato con limiti di impurità naturale e da 1 a 9, indicano impurità individuali o elementi legati.

Per i gruppi da 2xxx a 8xxx, le ultime due cifre identificano diverse leghe di alluminio nel gruppo. La seconda cifra indica modifiche in lega. Una seconda cifra di zero indica la lega originale e i numeri interi da 1 a 9 indicano modifiche consecutive in lega.

Proprietà fisiche dell'alluminio

Densità di alluminio

L'alluminio ha una densità di circa un terzo quella di acciaio o rame che lo rende uno dei metalli più leggeri disponibili in commercio. Il conseguente rapporto resistenza all'elevata resistenza lo rende un importante materiale strutturale che consente in particolare un aumento dei payload o un risparmio di carburante per le industrie di trasporto.

Forza dell'alluminio

L'alluminio puro non ha un'alta resistenza alla trazione. Tuttavia, l'aggiunta di elementi in lega come manganese, silicio, rame e magnesio può aumentare le proprietà di resistenza dell'alluminio e produrre una lega con proprietà su misura per applicazioni particolari.

Alluminioè adatto agli ambienti freddi. Ha il vantaggio rispetto all'acciaio in quanto la sua "resistenza alla trazione aumenta con la temperatura decrescente mantenendo la sua tenacità. L'acciaio d'altra parte diventa fragile a basse temperature.

Resistenza alla corrosione dell'alluminio

Se esposto all'aria, uno strato di ossido di alluminio si forma quasi istantaneamente sulla superficie dell'alluminio. Questo strato ha un'eccellente resistenza alla corrosione. È abbastanza resistente alla maggior parte degli acidi ma meno resistente agli alcali.

Conducibilità termica dell'alluminio

La conduttività termica dell'alluminio è circa tre volte maggiore di quella dell'acciaio. Ciò rende l'alluminio un materiale importante per applicazioni di raffreddamento e riscaldamento come scambiatori di calore. Combinato con essa non tossico, questa proprietà significa che l'alluminio viene ampiamente utilizzato negli utensili di cottura e negli utensili da cucina.

Conducibilità elettrica dell'alluminio

Insieme al rame, l'alluminio ha una conducibilità elettrica abbastanza alta per l'uso come conduttore elettrico. Sebbene la conduttività della lega conduttiva comunemente usata (1350) sia solo circa il 62% del rame ricotto, è solo un terzo il peso e può quindi condurre il doppio dell'elettricità rispetto al rame dello stesso peso.

Riflettività dell'alluminio

Dall'UV all'alluminio infrarosso, l'alluminio è un eccellente riflettore di energia radiante. La riflettività della luce visibile di circa l'80% significa che è ampiamente utilizzata nelle lampade. Le stesse proprietà della riflettività faalluminioIdeale come materiale isolante per proteggere dai raggi del sole in estate, mentre si isola contro la perdita di calore in inverno.

Tabella 2.Proprietà per alluminio.

Proprietà meccaniche dell'alluminio

L'alluminio può essere gravemente deformato senza fallimento. Ciò consente di formare l'alluminio mediante rotolamento, estrusione, disegno, lavorazione e altri processi meccanici. Può anche essere lanciato ad alta tolleranza.

La lega, il lavoro a freddo e il trattamento del calore possono essere tutti utilizzati per personalizzare le proprietà dell'alluminio.

La resistenza alla trazione dell'alluminio puro è di circa 90 MPa, ma questo può essere aumentato a oltre 690 MPa per alcune leghe trattabili a calore.

Standard di alluminio

Il vecchio standard BS1470 è stato sostituito da nove standard EN. Gli standard EN sono riportati nella Tabella 4.

Tabella 4.Standard en per alluminio

Gli standard EN differiscono dal vecchio standard, BS1470 nelle seguenti aree:

• Composizioni chimiche - invariate.
• Sistema di numerazione in lega - invariato.
• Le designazioni di temperamenti per le leghe curabili da calore ora coprono una gamma più ampia di temperamenti speciali. Fino a quattro cifre dopo la T sono state introdotte per applicazioni non standard (ad es. T6151).
• Designazioni di temperamenti per leghe non curabili non calda - Gli animi esistenti sono invariati ma gli anziani sono ora definiti in modo più completo in termini di come vengono creati. Il temperamento morbido (O) è ora H111 ed è stato introdotto un temperamento intermedio H112. Per i tempi 5251 in lega sono ora mostrati come H32/H34/H36/H38 (equivalente a H22/H24, ecc.). H19/H22 e H24 sono ora mostrati separatamente.
• Proprietà meccaniche: rimangono simili alle figure precedenti. Lo 0,2% di sollecitazione di prova deve ora essere quotata sui certificati di prova.
• Le tolleranze sono state serrate a vari gradi.
  

  Trattamento termico dell'alluminio

  Una gamma di trattamenti termici può essere applicata alle leghe di alluminio:

  • Omogeneizzazione - La rimozione della segregazione mediante riscaldamento dopo il casting.
  • Ricottura-Utilizzato dopo il lavoro a freddo per ammorbidire le leghe di indugio di lavoro (1xxx, 3xxx e 5xxx).
  • Preocciature o indurimento per età (leghe 2xxx, 6xxx e 7xxx).
  • Soluzione Trattamento termico Prima dell'invecchiamento delle leghe di indurimento delle precipitazioni.
  • Stupimento per la cura dei rivestimenti
  • Dopo il trattamento termico viene aggiunto un suffisso ai numeri di designazione.
  • Il suffisso F significa "come fabbricato".
  • O significa "prodotti battuti ricotti".
  • T significa che è stato "trattato termicamente".
  • W significa che il materiale è stato trattato con la soluzione.
  • H si riferisce a leghe curabili non calda che sono "lavorate a freddo" o "indurite dalla tensione".
  • Le leghe curabili non di calore sono quelle nei gruppi 3xxx, 4xxx e 5xxx.