L'alumini és el metall més abundant del món i és el tercer element més comú, que constitueix 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 s'obté del mineral bauxita. La bauxita es converteix en òxid d'alumini (alúmina) mitjançant el procés Bayer. L'alúmina es converteix després en alumini metàl·lic mitjançant cel·les 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 econòmicament i ambientalment atractiu. Es necessiten 14.000 kWh per produir 1 tona d'alumini nou. En canvi, només es necessita un 5% d'aquesta quantitat per tornar a fondre i reciclar una tona d'alumini. No hi ha cap diferència de qualitat entre els aliatges d'alumini verge i els reciclats.

Aplicacions de l'alumini

Puraluminiés tou, dúctil, resistent a la corrosió i té una alta conductivitat elèctrica. S'utilitza àmpliament per a cables de làmina i conductors, però l'aliatge amb altres elements és necessari per proporcionar les resistències 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 diverses combinacions de les seves propietats avantatjoses, com ara la resistència, la lleugeresa, la resistència a la corrosió, la reciclabilitat i la formabilitat, l'alumini s'utilitza en un nombre cada cop més gran d'aplicacions. Aquesta gamma de productes abasta des de materials estructurals fins a làmines primes per a embalatges.

Designacions d'aliatge

L'alumini s'alia més habitualment amb coure, zinc, magnesi, silici, manganès i liti. També s'hi fan petites addicions de crom, titani, zirconi, plom, bismut i níquel, i el ferro sempre hi és present en petites quantitats.

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

Taula 1.Designacions per a aliatges d'alumini forjats.

Per als aliatges d'alumini forjat sense aliar designats com a 1XXX, els dos últims dígits representen la puresa del metall. Són equivalents 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 alumini sense aliar amb límits d'impureses naturals i de l'1 al 9 indiquen impureses individuals o elements d'aliatge.

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

Propietats físiques de l'alumini

Densitat de l'alumini

L'alumini té una densitat aproximadament un terç superior a la de l'acer o el coure, cosa que el converteix en un dels metalls més lleugers disponibles comercialment. L'alta relació resistència-pes resultant el converteix en un material estructural important que permet augmentar la càrrega útil o estalviar combustible per a les indústries del transport en particular.

Resistència de l'alumini

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

AluminiÉs molt adequat per a ambients freds. Té l'avantatge sobre l'acer que la seva resistència a la tracció augmenta amb la disminució de la temperatura, tot mantenint la seva tenacitat. L'acer, en canvi, es torna fràgil a baixes temperatures.

Resistència a la corrosió de l'alumini

Quan s'exposa a l'aire, es forma gairebé instantàniament una capa d'òxid d'alumini a la superfície de l'alumini. Aquesta capa té una excel·lent resistència a la corrosió. És força resistent a la majoria d'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. Combinat amb el fet que no és tòxic, aquesta propietat fa que l'alumini s'utilitzi 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 per al seu ús com a conductor elèctric. Tot i que la conductivitat de l'aliatge conductor més utilitzat (1350) és només al voltant del 62% de la del coure recuit, només pesa un terç i, per tant, pot conduir el doble d'electricitat en comparació amb el coure del mateix pes.

Reflectivitat de l'alumini

Des de l'UV fins a l'infraroig, l'alumini és un excel·lent reflector de l'energia radiant. La seva reflectivitat de la llum visible, al voltant del 80%, fa que s'utilitzi àmpliament en lluminàries. Les mateixes propietats de reflectivitat fan quealuminiideal com a material aïllant per protegir dels raigs solars a l'estiu, alhora que aïlla contra 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, estirament, mecanització i altres processos mecànics. També es pot fondre amb 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 fins a més de 690 MPa per a alguns aliatges tractables tèrmicament.

Estàndards d'alumini

L'antiga norma BS1470 ha estat substituïda per nou normes 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 els aspectes següents:

• Composició química: sense canvis.
• Sistema de numeració d'aliatges: sense canvis.
• Les designacions de tremp per a aliatges tractables tèrmicament ara cobreixen 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 completa pel que fa a com es creen. El tremp tou (O) ara és H111 i s'ha introduït un tremp intermedi H112. Per a l'aliatge 5251, els tremps ara es mostren com a H32/H34/H36/H38 (equivalent a H22/H24, etc.). H19/H22 i H24 ara es mostren per separat.
• Propietats mecàniques: es mantenen similars a les xifres anteriors. Ara s'ha d'indicar una tensió d'elasticitat 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 colada.
  • Recuit: s'utilitza després del treball en fred per estovar aliatges d'enduriment per deformació (1XXX, 3XXX i 5XXX).
  • Enduriment per precipitació o envelliment (aliatges 2XXX, 6XXX i 7XXX).
  • Tractament tèrmic en solució abans de l'envelliment d'aliatges d'enduriment per precipitació.
  • Estufat per al curat 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".
  • La T significa que ha estat "tractat tèrmicament".
  • W significa que el material ha estat tractat tèrmicament en solució.
  • H fa referència a aliatges no tractables tèrmicament que són "treballats en fred" o "endurits per deformació".
  • Els aliatges no tractables tèrmicament són els dels grups 3XXX, 4XXX i 5XXX.