L'alumini és el metall més abundant del món i és el tercer element més comú que comprèn el 8% de l'escorça terrestre. La versatilitat de l'alumini el converteix en el metall més utilitzat després de l'acer.

Producció d'Alumini

L'alumini es deriva del mineral bauxita. La bauxita es converteix en òxid d'alumini (alúmina) mitjançant el procés Bayer. A continuació, l'alúmina es converteix en alumini metàl·lic mitjançant cèl·lules electrolítiques i el procés Hall-Heroult.

Demanda anual d'alumini

La demanda mundial d'alumini és d'uns 29 milions de tones anuals. Uns 22 milions de tones són alumini nou i 7 milions de tones són ferralla d'alumini reciclat. L'ús d'alumini reciclat és econòmic i mediambientalment convincent. Es necessiten 14.000 kWh per produir 1 tona d'alumini nou. Per contra, només es necessita un 5% per tornar a fondre i reciclar una tona d'alumini. No hi ha diferència de qualitat entre aliatges d'alumini verges i reciclats.

Aplicacions de l'alumini

Puraluminiés suau, dúctil, resistent a la corrosió i té una alta conductivitat elèctrica. S'utilitza àmpliament per a cables de làmines i conductors, però l'aliatge amb altres elements és necessari per proporcionar les forces més altes necessàries per a altres aplicacions. L'alumini és un dels metalls d'enginyeria més lleugers, amb una relació resistència/pes superior a l'acer.

Mitjançant l'ús de diverses combinacions de les seves propietats avantatjoses, com ara resistència, lleugeresa, resistència a la corrosió, reciclabilitat i conformabilitat, l'alumini s'utilitza en un nombre cada cop més gran d'aplicacions. Aquesta gamma de productes va des de materials estructurals fins a làmines d'embalatge primes.

Denominacions d'aliatge

L'alumini és més comunament aliat amb coure, zinc, magnesi, silici, manganès i liti. També es fan petites addicions de crom, titani, zirconi, plom, bismut i níquel i el ferro és invariablement present en petites quantitats.

Hi ha més de 300 aliatges forjats amb 50 d'ús comú. Normalment s'identifiquen mitjançant un sistema de quatre xifres que es va originar als EUA i ara és universalment acceptat. La taula 1 descriu el sistema per als aliatges forjats. Els aliatges de fosa tenen designacions similars i utilitzen un sistema de cinc dígits.

Taula 1.Denominacions d'aliatges d'alumini forjat.

Per als aliatges d'alumini forjat no aliat designats 1XXX, els dos últims dígits representen la puresa del metall. Són l'equivalent als dos últims dígits després del punt decimal quan la puresa de l'alumini s'expressa al 0,01 per cent més proper. El segon dígit indica modificacions en els límits d'impureses. Si el segon dígit és zero, indica que l'alumini no aliat té límits d'impureses naturals i de l'1 al 9, indica impureses individuals o elements d'aliatge.

Per als grups del 2XXX al 8XXX, els dos últims dígits identifiquen diferents aliatges d'alumini del grup. El segon dígit indica modificacions d'aliatge. Un segon dígit de zero indica l'aliatge original i els enters de l'1 al 9 indiquen modificacions consecutives de l'aliatge.

Propietats físiques de l'alumini

Densitat de l'alumini

L'alumini té una densitat al voltant d'un terç de la de l'acer o el coure, per la qual cosa és un dels metalls més lleugers disponibles comercialment. L'alta relació resistència/pes resultant el converteix en un material estructural important que permet augmentar les càrregues útils o estalviar combustible per a les indústries del transport en particular.

Força de l'alumini

L'alumini pur no té una alta resistència a la tracció. Tanmateix, l'addició d'elements d'aliatge com manganès, silici, coure i magnesi pot augmentar les propietats de resistència de l'alumini i produir un aliatge amb propietats adaptades a aplicacions particulars.

Aluminis'adapta molt bé a ambients freds. Té l'avantatge respecte a l'acer, ja que la seva resistència a la tracció augmenta amb la disminució de la temperatura mentre manté la seva duresa. D'altra banda, l'acer es torna trencadís a baixes temperatures.

Resistència a la corrosió de l'alumini

Quan s'exposa a l'aire, una capa d'òxid d'alumini es forma gairebé instantàniament a la superfície de l'alumini. Aquesta capa té una excel·lent resistència a la corrosió. És bastant resistent a la majoria dels àcids però menys resistent als àlcalis.

Conductivitat tèrmica de l'alumini

La conductivitat tèrmica de l'alumini és aproximadament tres vegades més gran que la de l'acer. Això fa que l'alumini sigui un material important tant per a aplicacions de refrigeració com de calefacció, com ara intercanviadors de calor. Combinada amb que no és tòxica, aquesta propietat significa que l'alumini s'utilitza àmpliament en estris de cuina i estris de cuina.

Conductivitat elèctrica de l'alumini

Juntament amb el coure, l'alumini té una conductivitat elèctrica prou alta com per utilitzar-lo com a conductor elèctric. Tot i que la conductivitat de l'aliatge conductor d'ús habitual (1350) és només al voltant del 62% del coure recuit, és només un terç del pes i, per tant, pot conduir el doble d'electricitat en comparació amb el coure del mateix pes.

Reflectivitat de l'alumini

Des dels UV fins als infrarojos, l'alumini és un excel·lent reflector d'energia radiant. La reflectivitat de la llum visible d'un 80% significa que s'utilitza àmpliament en lluminàries. Les mateixes propietats de reflectivitat faaluminiideal com a material aïllant per protegir dels raigs solars a l'estiu, alhora que aïllant de la pèrdua de calor a l'hivern.

Taula 2.Propietats de l'alumini.

Propietats mecàniques de l'alumini

L'alumini es pot deformar greument sense fallar. Això permet que l'alumini es formi mitjançant laminació, extrusió, estirat, mecanitzat i altres processos mecànics. També es pot llançar a una alta tolerància.

L'aliatge, el treball en fred i el tractament tèrmic es poden utilitzar per adaptar les propietats de l'alumini.

La resistència a la tracció de l'alumini pur és d'uns 90 MPa, però es pot augmentar a més de 690 MPa per a alguns aliatges tractables tèrmicament.

Normes d'alumini

L'antic estàndard BS1470 ha estat substituït per nou estàndards EN. Les normes EN es mostren a la taula 4.

Taula 4.Normes EN per a l'alumini

Les normes EN difereixen de l'antiga norma BS1470 en les àrees següents:

• Composicions químiques: sense canvis.
• Sistema de numeració d'aliatge: sense canvis.
• Les designacions de tremp per als aliatges tractables tèrmicament cobreixen ara una gamma més àmplia de tremps especials. S'han introduït fins a quatre dígits després de la T per a aplicacions no estàndard (per exemple, T6151).
• Designacions de tremp per a aliatges no tractables tèrmicament: els tremps existents no canvien, però els tremps ara es defineixen de manera més exhaustiva en termes de com es creen. El temperament suau (O) és ara H111 i s'ha introduït un tremp intermedi H112. Per a l'aliatge 5251, els tremps es mostren ara com a H32/H34/H36/H38 (equivalent a H22/H24, etc.). H19/H22 i H24 ara es mostren per separat.
• Propietats mecàniques: segueixen sent similars a les xifres anteriors. Ara s'ha de citar l'estrès de prova del 0,2% als certificats de prova.
• Les toleràncies s'han endurit en diversos graus.
  

  Tractament tèrmic de l'alumini

  Es poden aplicar diversos tractaments tèrmics als aliatges d'alumini:

  • Homogeneïtzació: eliminació de la segregació per escalfament després de la fosa.
  • Recuit: s'utilitza després del treball en fred per suavitzar aliatges d'enduriment (1XXX, 3XXX i 5XXX).
  • Precipitació o enduriment per envelliment (aliatges 2XXX, 6XXX i 7XXX).
  • Tractament tèrmic de solució abans de l'envelliment dels aliatges d'enduriment per precipitació.
  • Estufa per a la curació de recobriments
  • Després del tractament tèrmic, s'afegeix un sufix als números de designació.
  • El sufix F significa "tal com està fabricat".
  • O significa "productes forjats recuits".
  • T vol dir que ha estat "tractat tèrmicament".
  • W significa que el material ha estat tractat tèrmicament amb solució.
  • H es refereix a aliatges no tractables tèrmicament que són "treballats en fred" o "endurits".
  • Els aliatges no tractables tèrmicament són els dels grups 3XXX, 4XXX i 5XXX.