Aluminium

Rodzaje i zastosowanie aluminium

Aluminium to pierwiastek o barwie srebrzystobiałej. Jest metalem odpornym na korozję oraz dobrym przewodnikiem prądu elektrycznego i ciepła. Zastosowanie aluminium w stanie czystym jest ograniczone, głównie ze względu na niską wytrzymałość. Czyste aluminium stosuje się na przewody elektryczne, do wytwarzania folii, proszków do platerowania naczyń, farb i jako składnik stopów. Dużo większe zastosowanie mają stopy aluminium, które ze względu na małą gęstość są nazywane stopami lekkimi. Najczęściej stosowane dodatki stopowe to: miedź, krzem, magnez, mangan, nikiel i cynk. Dodatki stopowe zwiększają przede wszystkim wytrzymałość, odporność na korozję i polepszają obrabialność. Stopy aluminium dzieli się na odlewnicze i do obróbki plastycznej.

 

Gatunki aluminium

 

Stopy aluminium do obróbki plastycznej

Takie stopy mają procentowo mniejszą zawartość dodatków stopowych niż stopy odlewnicze aluminium, ponieważ duże ilości dodatków stopowych pogarszają własności plastyczne stopu. Głównymi składnikami stopów aluminium do obróbki plastycznej są: magnez, miedź, mangan, krzem i w mniejszym stopniu także nikiel, żelazo, cynk, chrom i tytan.

Stopy z magnezem

Stopy aluminium z magnezem odznaczają się dobrą odpornością na korozję i działanie wody morskiej. Stop AlMg1 zawierający 0,74÷1,2% Mg nadaje się do obróbki plastycznej na zimno i na gorąco; jest szczególnie podatny do głębokiego tłoczenia i spawania. Jest stosowany na części kute w matrycach i tłoczone, na części urządzeń w przemysłach chemicznym i spożywczym. Stop EN-AW 5083 zawiera 4÷4,9% Mg i 0,4÷1% Mn; jest stosowany do obróbki plastycznej na zimno i na gorąco. Jako stop odporny na korozję nadaje się na obciążone konstrukcje okrętowe i przemysłu chemicznego.

Stop ten oraz stopy EN-AW 5251 i EN-AW 5019 są nazywane hydronalium. Do wytwarzania średnio obciążonych elementów konstrukcji lotniczych, pojazdów samochodowych, części głęboko tłoczonych i części o złożonych kształtach kutych w matrycach stosuje się stopy avial – EN-AW 6061 i EN-AW 6060.
Stopy aluminium z miedzią i magnezem oraz częściowo również z manganem i krzemem charakteryzują się dużym oporem plastycznym przy obróbce na zimno i na gorąco. Stopy te są przede wszystkim używane na konstrukcje lotnicze. Duże zastosowanie przemysłowe znalazły stopy wieloskładnikowe, zwane duralami. Zaliczamy do nich stop EN-AW 2024 stosowane na nity do konstrukcji lotniczych, obciążone elementy konstrukcji lotniczych i pojazdów samochodowych oraz konstrukcyjne elementy budowlane. Duraluminium ma dużą odporność na korozję i po utwardzeniu w wyniku obróbki cieplnej uzyskuje znaczną wytrzymałość (29÷440 MPa).

Na części pracujące w wysokich temperaturach do 300°C, szczególnie w konstrukcjach lotniczych, stosuje się stopy z dodatkiem żelaza i niklu, tj. AlCu2Mg2NiSi i AlCu2Mg2Ni1. Nadają się do obróbki plastycznej na gorąco, a szczególnie do kucia w matrycach.

Stopy z cynkiem

Stopy z dodatkiem cynku – AlZn6Mg2Cu i EN-AW 7022 – stosuje się na bardzo obciążone elementy różnych konstrukcji, zwłaszcza lotniczych.
Według PN-EN 573-3:2005 wytwarza się 17 gatunków aluminium o różnym stopniu czystości od 99,0 do 99,99% Al. Oznaczenie składa się z ciągu liter oraz liczby określającej zawartość aluminium w %, a niekiedy dodaje się na końcu symbol chemiczny pierwiastka stanowiącego główną domieszkę, np. EN AW-A199,5Ti. EN oznacza kodowanie na podstawie symboli chemicznych, A – aluminium, W – wyroby oraz wlewki do przeróbki plastycznej, 99,5 – zawartość czystego Al w %, Ti – symbol pierwiastka (tytanu), stanowiącego wyróżnioną domieszkę. Gatunki aluminium stosowanych w przemyśle elektrotechnicznym są dodatkowo oznaczane literą E, oto przykład EN AW-EA199,7.

Rozróżnia się stopy aluminium do obróbki plastycznej (PN-EN 573-3:2005) i odlewnicze (PN-EN 1706:2001). Nazywa sieje stopami lekkimi. Najczęściej głównymi składnikami stopowymi są: miedź, krzem, magnez, mangan i cynk. Podobnie do stali, stopy Al oznacza się symbolami i cyframi.
Norma PN-EN 573-1:2006 dotyczy aluminium i jego stopów w zakresie: składu chemicznego, rodzaju wyrobów przerabianych plastycznie oraz czterocyfrowego systemu oznaczeń numerycznych XXXX. Pierwsza cyfra może oznaczać aluminium niestopowe lub określoną grupę stopów aluminium, którą charakteryzuje główny pierwiastek stopowy (o największej zawartości procentowej).

• 1xxx – aluminium niestopowe, zawierające 99,0% Al i więcej – grupa 1000.

Pozostałe grupy stopów zawierają następujące główne składniki stopowe:

• 2xxx – miedź Cu – grupa stopów 2000,
• 3xxx – mangan Mn – grupa stopów 3000,
• 4xxx – krzem Si – grupa stopów 4000,
• 5xxx – magnez Mg – grupa stopów 5000,
• 6xxx – magnez i krzem Mg2Si – grupa stopów 6000,
• 7xxx – cynk Zn – grupa stopów 7000,
• 8xxx – inne pierwiastki – grupa stopów 8000,

Druga cyfra w oznaczeniu xXxx wskazuje na modyfikacje aluminium. Wartość 0 oznacza brak modyfikacji, natomiast cyfry od 1 do 9 oznaczają modyfikację aluminium wg ograniczeń średniej arytmetycznej zawartości składników stopowych w czystym aluminium. Ostatnie dwie cyfry xxXX w grupie 1000 oznaczają zawartość procentową czystego aluminium. W pozostałych grupach nie mają specjalnego znaczenia, lecz tylko identyfikują różne stopy aluminium w danych grupach.

Normy

Norma PN-EN 573-3:2005 zawiera system oznaczeń aluminium i jego stopów na podstawie symboli chemicznych. Przykłady oznaczeń aluminium niestopowego: EN-AW 1199, EN-AW 1070, EN-AW 1100 (zawiera niewielki doda-tek Cu). Przykłady oznaczania stopów aluminium do przeróbki plastycznej (symbol W): EN-AW 5251, EN-AW 6063, EN-AW 7075, EN-AW 3005, EN-AW AlMg4Mn lub tylko EN-AW 5083, EN-AW AlMg1SilMn0,6 lub EN-AW 6082, EN-AW AlCu4Mg2 lub EN-AW 2024. Skład procentowy podstawowych składników stopowych wyraża średnią zawartość przedziału, zaokrągloną do najbliższej liczby całkowitej lub 5/10, a przy zawartości < 1% do 1/10%. Dla kilku dodatków stopowych ich symbole umieszcza się w ko-lejności zmniejszającej się zawartości pierwiastków.

Norma PN-EN 1706:2001 podaje oznaczenia procesów obróbki cieplnej produktów. Są one następujące:

• F – produkt wytworzony,
• O – produkt wyżarzony,
• Tl – produkt schłodzony z podwyższonej temperatury i naturalnie starzony,
• T4 – produkt przesycony i naturalnie starzony w razie potrzeby,
• T5 – produkt schłodzony z podwyższonej temperatury i sztucznie starzony,
• T6 – produkt przesycony i sztucznie starzony,
• T64 – produkt przesycony i sztucznie starzony w temperaturze dla stanu
  podstawowego,
• T7 – produkt przesycony i sztucznie starzony (stabilizowany).

Stopy odlewnicze charakteryzuje w oznaczeniu litera C, np. EN-AC AlCu4MgTi, EN-AC 2100 oraz EN-AC AlSi11 (AK11 wg PN), EN-AC AlMg7 (AK7 wg PN), EN-AC AlSi6Cu4 (AK64 wg PN), (~EN AC-AlSi5Cu1Mg odpowiada w przybliżeniu składowi siluminu oznaczanego wg PN jako AK51).

Gatunki aluminium