Klasyfikacja aluminium
Aluminium jest drugim po krzemie najczęściej występującym metalem w przyrodzie, ale rzadko występuje w postaci pierwiastkowej. Jego procentowy udział wśród innych pierwiastków to aż 8%. Aluminium nie występuje w przyrodzie w stanie wolnym i istnieje tylko jeden jego izotop. Uzyskuje się go z minerałów, do których zaliczymy boksyt, kaolin, korund, diaspor, ałunit i kriolit. Największymi producentami aluminium są kraje wysoko uprzemysłowione z Chinami na czele. Do głównych zalet tego metalu należy niska waga, wysoka wytrzymałość, plastyczność, podatność na obróbkę, odporność na korozję, dobre przewodnictwo ciepła i prądu. Przy tym wszystkim nie iskrzy, ani nie magnetyzuje się. Ma też 2,5 razy mniejszą gęstość niż stal, co oznacza że jest jej doskonałą alternatywą szczególnie w przypadku zastosowań wymagających mobilności i przenośności.
System klasyfikacji stopów
W celu unifikacji i ujednolicenia oznaczeń stopów tego metalu do obróbki w 1970r. został wprowadzony przez Aluminium Association system IADS (International Aluminium Designation System), czyli Międzynarodowy System Oznaczania Aluminium, który do dzisiaj jest uznawany przez sygnatariuszy z całego świata, m.in. przez:
- European Aluminium Association,
- The Aluminium Association Inc. USA,
- Association Francaise de l’ Aluminium,
- Australian Aluminium Council Limited,
- Aluminium Federation of South Africa,
- China Nonferrous Metals Techno-Economic Research Institute,
- Instytut Metali Nieżelaznych i wiele innych.
Taki zunifikowany system ułatwia międzynarodową komunikację i współpracę podmiotów z branży. Umożliwia również wybór odpowiedniego rodzaju stopu zgodnie z wymaganiami, jakie ma spełnić.
Ogólny podział aluminium
Istnieją dwa główne rodzaje pozyskania jego stopów: obróbka plastyczna i odlew. Różnią się one sposobem przetwarzania, przy czym odlew jest topiony i wlewany do formy, a obróbka plastyczna jest przetwarzana w postaci stałej. Różne procesy produkcyjne pozwalają uzyskać gatunki stopów aluminium o unikalnych właściwościach. Odlew ma wyższy procent materiału stopowego, podczas gdy metal obrabiany ma większą wytrzymałość na rozciąganie.
Zgodnie z nomenklaturą IADS obowiązująca w Polsce norma PN-EN 573 „Aluminium i jego stopy – skład chemiczny i rodzaje wyrobów przerobionych plastycznie” określa rodzaje stopów, ich skład i własności. Stopy odlewnicze opisuje norma PN-EN 1706 „Aluminium i jego stopy – odlewy – skład chemiczny i własności mechaniczne”.
Stopy aluminium podzielono na kilka grup bazujących na podstawowej charakterystyce materiału. Podział uwzględnia zdolność do obróbki cieplnej poszczególnych grup, obróbki mechanicznej oraz pierwiastki będące głównymi dodatkami stopowymi. Powyższe cechy można zidentyfikować dzięki poszczególnym cyfrom systemu numeracji.
Aluminium obrabiane plastycznie
Ma ono wysoką wytrzymałość mechaniczną i można je formować w wiele kształtów. Jest ono wytwarzane w procesie wytapiania wlewków z odmierzoną ilością metalu stopowego, w wyniku czego uzyskuje się określony skład gatunku. Wytopiony stop jest odlewany w kęsy lub płyty, a następnie obrabiany poprzez walcowanie, kucie lub wytłaczanie. Obróbka cieplna poprawia jego naturalne właściwości.
Zalety obrabianego aluminium:
- wyjątkowe właściwości mechaniczne,
- gładkie, równe wykończenie powierzchni,
- doskonała spawalność i obrabialność,
- wysoka formowalność w dowolny możliwy kształt
Czterocyfrowy kod numeryczny XXXX identyfikuje każdy gatunek aluminium obrabianego:
- pierwsza cyfra określa główny pierwiastek stopowy dodany do czystego metalu, który wpływa na właściwości gatunku,
- druga cyfra odnosi się do modyfikacji stopu, które są rejestrowane w IADS, co wymaga specjalnej dokumentacji; jeśli oznaczona liczba wynosi zero to oznacza, że stop jest oryginalny lub niemodyfikowany,
- trzecia i czwarta cyfra to dowolne liczby przypisane do konkretnego stopu w serii, w przypadku serii 1XXX cyfry te wskazują czystość stopu.
Przykład oznaczeń: EN AW-3207
3XXX – seria stopów aluminium z manganem,
X2XX – druga modyfikacja oryginalnego stopu 3007
XX07 – stop o konkretnym składzie w serii 3XXX – AlMn0,6
Wyjątek:
Stopy zawierające min. 99,00% Al, czyli seria 1XXX. Tu ostatnie dwie cyfry oznaczają miejsca dziesiętne po przecinku procentowej zawartości Al w stopie np. 1070 oznacza, że zawartość procentowa Al to 99,70%.
Serie aluminium obrabianego i główny dodatek stopu:
Seria 1XXX to najczystsza forma o najniższej granicy plastyczności i wytrzymałości na rozciąganie, natomiast seria 7XXX, zawierająca stopy magnezu, cynku i miedzi, ma najwyższą granicę plastyczności i rozciągania.
I tak wyróżniamy:
Seria 1XXX – czyste Al do nawet 99,99%
Seria 2XXX – miedź
Seria 3XXX – mangan
Seria 4XXX – krzem
Seria 5XXX – magnez
Seria 6XXX – magnez i krzem
Seria 7XXX – cynk
Seria 8XXX – pozostałe stopy
Aluminium odlewane
Odlew aluminium wykonany jest z boksytu rozpuszczonego w sodzie kaustycznej, co powoduje krystalizację tlenku glinu i jego osadzanie na dnie pojemnika. Tlenek glinu zostaje rozdzielony za pomocą prądu elektrycznego, który oddziela aluminium od tlenu. Metal powstały w tym procesie jest przesyłany do odlewni w celu usunięcia zanieczyszczeń i uformowania w tzw. kęsy czystego metalu. Następnie po oczyszczeniu i uformowaniu aluminium jest stapiane do postaci płynnej i mieszane z pierwiastkami stopowymi. Na koniec, w różnych proporcjach, mieszaninę Al i stopów wlewa się do form w celu wytworzenia produktów lub kształtuje do dalszej obróbki.
Odlewane stopy mają niższą wytrzymałość na rozciąganie niż te obrabiane plastycznie ze względu na wady powstałe w procesie formowania oraz są podatne na pękanie i kurczenie się. Mimo tych słabości odlew aluminiowy jest ekonomicznym materiałem, z którego można formować różnorodne kształty. Metal w swej płynnej postaci przyjmuje kształt formy, wypełniając każdą jej szczelinę.
Czterocyfrowy kod numeryczny XXX.X identyfikuje każdy gatunek aluminium odlewanego:
- pierwsza cyfra wskazuje główny pierwiastek stopowy gatunku lub serii,
- druga i trzecia cyfra określają konkretny rodzaj stopu w serii, za wyjątkiem serii 1XX.X, gdyż w tym przypadku wskazują czystość czystego stopu,
- ostatnia cyfra wskazuje czy stop jest odlewem („0”), czy wlewkiem („1” lub „2”).
- duża litera z przodu wskazuje modyfikację stopu.
Przykład oznaczeń: A356.0
AXXX.X – modyfikacja stopu 356.0
A3XX.X – seria stopów z krzemem i/lub magnezem,
AX56.X – konkretny stop w serii AlSi7Mg0,3
AXXX.0 – odlew.
Wg polskiej normy PN-EN 1706 stopy odlewnicze są oznaczane w 5-cyfrowej formie numerycznej EN AC-XXXX0. Wtedy odpowiednikiem dla stopu A356.0 oznaczonego wg numeracji AAUS jest stop EN AC-42100:
4XXX0 – stopy odlewnicze z krzemem,
X2XX0 – druga modyfikacja konkretnego stopu,
XX100 – konkretny stop odlewniczy w serii 4XXX0-AlSi7Mg0,3
Serie odlewanego aluminium i główny dodatek stopu:
Seria 1XX.X – czyste Al do nawet 99,99%
Seria 2XX.X – miedź
Seria 3XX.X – krzem z miedzią i/lub magnezem
Seria 4XX.X – krzem
Seria 5XX.X – magnez
Seria 6XX.X – nieużywana seria
Seria 7XX.X – cynk
Seria 8XX.X – tytan
Seria 9XX.X – pozostałe stopy
Na końcu oznaczenia numerycznego znak stopu może być uzupełniony symbolem rodzaju obróbki cieplnej i sposobu odlewania:
S – w formach piaskowych,
K – odlew kokilowy,
D – pod ciśnieniem,
L – metodą wytapianych modeli.