Aluminium er verdens mest forekommende metall og det tredje vanligste grunnstoffet, og utgjør 8 % av jordskorpen. Aluminiums allsidighet gjør det til det mest brukte metallet etter stål.

Produksjon av aluminium

Aluminium utvinnes fra mineralet bauxitt. Bauxitt omdannes til aluminiumoksid (alumina) via Bayer-prosessen. Aluminaen omdannes deretter til aluminiummetall ved hjelp av elektrolyseceller og Hall-Heroult-prosessen.

Årlig etterspørsel etter aluminium

Den globale etterspørselen etter aluminium er rundt 29 millioner tonn per år. Omtrent 22 millioner tonn er ny aluminium og 7 millioner tonn er resirkulert aluminiumskrap. Bruk av resirkulert aluminium er økonomisk og miljømessig fornuftig. Det tar 14 000 kWh å produsere 1 tonn ny aluminium. Omvendt tar det bare 5 % av dette å smelte om og resirkulere ett tonn aluminium. Det er ingen forskjell i kvalitet mellom jomfruelige og resirkulerte aluminiumslegeringer.

Anvendelser av aluminium

Renaluminiumer mykt, duktilt, korrosjonsbestandig og har høy elektrisk ledningsevne. Det er mye brukt til folie- og lederkabler, men legering med andre elementer er nødvendig for å gi den høyere styrken som trengs for andre bruksområder. Aluminium er et av de letteste konstruksjonsmetallene, med et styrke-til-vekt-forhold som er bedre enn stål.

Ved å utnytte ulike kombinasjoner av fordelaktige egenskaper som styrke, letthet, korrosjonsbestandighet, resirkulerbarhet og formbarhet, brukes aluminium i et stadig økende antall bruksområder. Dette utvalget av produkter spenner fra strukturmaterialer til tynne emballasjefolier.

Legeringsbetegnelser

Aluminium er oftest legert med kobber, sink, magnesium, silisium, mangan og litium. Små tilsetninger av krom, titan, zirkonium, bly, vismut og nikkel gjøres også, og jern er alltid tilstede i små mengder.

Det finnes over 300 smidde legeringer, hvorav 50 er i vanlig bruk. De identifiseres vanligvis av et firesifret system som oppsto i USA og nå er universelt akseptert. Tabell 1 beskriver systemet for smidde legeringer. Støpte legeringer har lignende betegnelser og bruker et femsifret system.

Tabell 1.Betegnelser for smidde aluminiumslegeringer.

For ulegerte smidde aluminiumslegeringer betegnet 1XXX, representerer de to siste sifrene metallets renhet. De tilsvarer de to siste sifrene etter desimaltegnet når aluminiumsrenhet uttrykkes til nærmeste 0,01 prosent. Det andre sifferet indikerer endringer i urenhetsgrensene. Hvis det andre sifferet er null, indikerer det ulegert aluminium med naturlige urenhetsgrenser, og 1 til 9 indikerer individuelle urenheter eller legeringselementer.

For gruppene 2XXX til 8XXX identifiserer de to siste sifrene forskjellige aluminiumslegeringer i gruppen. Det andre sifferet indikerer legeringsmodifikasjoner. Et andre siffer på null indikerer den opprinnelige legeringen, og heltallene 1 til 9 indikerer påfølgende legeringsmodifikasjoner.

Fysiske egenskaper til aluminium

Tetthet av aluminium

Aluminium har en tetthet på rundt en tredjedel av stål eller kobber, noe som gjør det til et av de letteste kommersielt tilgjengelige metallene. Det resulterende høye forholdet mellom styrke og vekt gjør det til et viktig strukturmateriale som gir økt nyttelast eller drivstoffbesparelser, spesielt for transportindustrien.

Styrken til aluminium

Ren aluminium har ikke høy strekkfasthet. Tilsetning av legeringselementer som mangan, silisium, kobber og magnesium kan imidlertid øke aluminiumets styrkeegenskaper og produsere en legering med egenskaper som er skreddersydd for bestemte bruksområder.

Aluminiumer godt egnet i kalde miljøer. Det har fordelen fremfor stål ved at strekkfastheten øker med synkende temperatur, samtidig som det beholder seigheten. Stål blir derimot sprøtt ved lave temperaturer.

Korrosjonsbestandighet av aluminium

Når aluminiumet utsettes for luft, dannes det nesten umiddelbart et lag med aluminiumoksid på overflaten. Dette laget har utmerket korrosjonsbestandighet. Det er ganske motstandsdyktig mot de fleste syrer, men mindre motstandsdyktig mot alkalier.

Termisk konduktivitet av aluminium

Aluminiums varmeledningsevne er omtrent tre ganger større enn ståls. Dette gjør aluminium til et viktig materiale for både kjøle- og oppvarmingsapplikasjoner, som for eksempel varmevekslere. Kombinert med at det er giftfritt, betyr denne egenskapen at aluminium brukes mye i kjøkkenutstyr og kjøkkenutstyr.

Elektrisk ledningsevne av aluminium

Sammen med kobber har aluminium en elektrisk ledningsevne som er høy nok til å kunne brukes som elektrisk leder. Selv om ledningsevnen til den vanlige ledende legeringen (1350) bare er rundt 62 % av glødet kobber, er den bare en tredjedel så tung og kan derfor lede dobbelt så mye strøm sammenlignet med kobber med samme vekt.

Refleksjonsevnen til aluminium

Fra UV til infrarød er aluminium en utmerket reflektor av strålingsenergi. Synlig lysrefleksjon på rundt 80 % betyr at det er mye brukt i lysarmaturer. De samme egenskapene til reflektivitet gjøraluminiumideelt som et isolerende materiale for å beskytte mot solstrålene om sommeren, samtidig som det isolerer mot varmetap om vinteren.

Tabell 2.Egenskaper for aluminium.

Mekaniske egenskaper til aluminium

Aluminium kan deformeres kraftig uten å svikte. Dette gjør at aluminium kan formes ved valsing, ekstrudering, trekking, maskinering og andre mekaniske prosesser. Det kan også støpes med høy toleranse.

Legering, kaldbearbeiding og varmebehandling kan alle brukes til å skreddersy egenskapene til aluminium.

Strekkfastheten til rent aluminium er rundt 90 MPa, men denne kan økes til over 690 MPa for noen varmebehandlebare legeringer.

Aluminiumstandarder

Den gamle BS1470-standarden er erstattet av ni EN-standarder. EN-standardene er gitt i tabell 4.

Tabell 4.EN-standarder for aluminium

EN-standardene skiller seg fra den gamle standarden, BS1470, på følgende områder:

• Kjemisk sammensetning – uendret.
• Legeringsnummereringssystem – uendret.
• Anløpsbetegnelser for varmebehandlingsbare legeringer dekker nå et bredere spekter av spesielle anløpsgrader. Opptil fire sifre etter T-en er introdusert for ikke-standardiserte applikasjoner (f.eks. T6151).
• Anløpsbetegnelser for ikke-varmebehandlingsbare legeringer – eksisterende anløp er uendret, men anløp er nå mer omfattende definert med tanke på hvordan de lages. Myk (O) anløp er nå H111, og en mellomliggende anløp H112 er introdusert. For legering 5251 vises anløp nå som H32/H34/H36/H38 (tilsvarende H22/H24, osv.). H19/H22 og H24 vises nå separat.
• Mekaniske egenskaper – forblir lik tidligere tall. 0,2 % prøvespenning må nå oppgis på testsertifikater.
• Toleransene har blitt strammet inn i ulik grad.
  

  Varmebehandling av aluminium

  En rekke varmebehandlinger kan brukes på aluminiumslegeringer:

  • Homogenisering – fjerning av segregering ved oppvarming etter støping.
  • Gløding – brukes etter kaldbearbeiding for å mykgjøre arbeidsherdende legeringer (1XXX, 3XXX og 5XXX).
  • Nedbør eller aldersherding (legeringene 2XXX, 6XXX og 7XXX).
  • Løsningsvarmebehandling før aldring av utfellingsherdende legeringer.
  • Ovnsbehandling for herding av belegg
  • Etter varmebehandling legges det til et suffiks til betegnelsesnumrene.
  • Suffikset F betyr «som produsert».
  • O betyr «glødede smidde produkter».
  • T betyr at den har blitt «varmebehandlet».
  • W betyr at materialet har blitt løsningsvarmebehandlet.
  • H refererer til ikke-varmebehandlebare legeringer som er «kaldbearbeidet» eller «tøyningsherdet».
  • De ikke-varmebehandlebare legeringene er de i 3XXX-, 4XXX- og 5XXX-gruppene.