Hliník je najrozšírenejším kovom na svete a je tretím najbežnejším prvkom, ktorý tvorí 8 % zemskej kôry. Všestrannosť hliníka z neho robí najpoužívanejší kov po oceli.

Výroba hliníka

Hliník sa získava z minerálu bauxit. Bauxit sa premieňa na oxid hlinitý (alumina) prostredníctvom Bayerovho procesu. Oxid hlinitý sa potom premení na kovový hliník pomocou elektrolytických článkov a Hall-Heroultovho procesu.

Ročný dopyt po hliníku

Celosvetový dopyt po hliníku sa pohybuje okolo 29 miliónov ton ročne. Asi 22 miliónov ton je nový hliník a 7 miliónov ton je recyklovaný hliníkový šrot. Použitie recyklovaného hliníka je ekonomicky a environmentálne presvedčivé. Na výrobu 1 tony nového hliníka je potrebných 14 000 kWh. Naopak, na pretavenie a recykláciu jednej tony hliníka z toho stačí len 5 %. Medzi čistými a recyklovanými hliníkovými zliatinami nie je žiadny rozdiel v kvalite.

Aplikácie hliníka

Čistáhliníkje mäkký, tvárny, odolný voči korózii a má vysokú elektrickú vodivosť. Široko sa používa pre fóliové a vodičové káble, ale legovanie s inými prvkami je nevyhnutné na zabezpečenie vyššej pevnosti potrebnej pre iné aplikácie. Hliník je jedným z najľahších technických kovov, ktorý má pomer pevnosti k hmotnosti lepší ako oceľ.

Využitím rôznych kombinácií jeho výhodných vlastností, ako je pevnosť, ľahkosť, odolnosť proti korózii, recyklovateľnosť a tvarovateľnosť, sa hliník používa v čoraz väčšom množstve aplikácií. Táto škála produktov siaha od konštrukčných materiálov až po tenké obalové fólie.

Označenia zliatin

Hliník je najčastejšie legovaný meďou, zinkom, horčíkom, kremíkom, mangánom a lítiom. Pridávajú sa tiež malé prísady chrómu, titánu, zirkónu, olova, bizmutu a niklu a železo je vždy prítomné v malých množstvách.

Existuje viac ako 300 tvárnených zliatin, pričom 50 sa bežne používa. Zvyčajne sa identifikujú podľa štvorčíslicového systému, ktorý pochádza z USA a dnes je všeobecne akceptovaný. Tabuľka 1 popisuje systém pre tvárnené zliatiny. Liate zliatiny majú podobné označenia a používajú päťmiestny systém.

Tabuľka 1.Označenia pre tvárnené hliníkové zliatiny.

Pre nelegované zliatiny tvárneného hliníka označené 1XXX posledné dve číslice predstavujú čistotu kovu. Sú ekvivalentom posledných dvoch číslic za desatinnou čiarkou, keď je čistota hliníka vyjadrená s presnosťou na 0,01 percenta. Druhá číslica označuje úpravy limitov nečistôt. Ak je druhá číslica nula, znamená to nelegovaný hliník s prirodzenými limitmi nečistôt a 1 až 9 označujú jednotlivé nečistoty alebo legujúce prvky.

Pre skupiny 2XXX až 8XXX posledné dve číslice označujú rôzne hliníkové zliatiny v skupine. Druhá číslica označuje modifikácie zliatiny. Druhá číslica nula označuje pôvodnú zliatinu a celé čísla 1 až 9 označujú po sebe nasledujúce modifikácie zliatiny.

Fyzikálne vlastnosti hliníka

Hustota hliníka

Hliník má hustotu približne tretinu hustoty ocele alebo medi, čo z neho robí jeden z najľahších komerčne dostupných kovov. Výsledný vysoký pomer pevnosti k hmotnosti z neho robí dôležitý konštrukčný materiál umožňujúci zvýšené užitočné zaťaženie alebo úsporu paliva najmä v dopravnom priemysle.

Pevnosť hliníka

Čistý hliník nemá vysokú pevnosť v ťahu. Avšak pridanie legujúcich prvkov, ako je mangán, kremík, meď a horčík, môže zvýšiť pevnostné vlastnosti hliníka a vytvoriť zliatinu s vlastnosťami prispôsobenými konkrétnym aplikáciám.

hliníkdobre sa hodí do chladného prostredia. Oproti oceli má výhodu v tom, že jej pevnosť v ťahu sa zvyšuje s klesajúcou teplotou, pričom si zachováva svoju húževnatosť. Na druhej strane oceľ pri nízkych teplotách krehne.

Odolnosť hliníka proti korózii

Pri vystavení vzduchu sa na povrchu hliníka takmer okamžite vytvorí vrstva oxidu hlinitého. Táto vrstva má vynikajúcu odolnosť proti korózii. Je pomerne odolný voči väčšine kyselín, ale menej odolný voči zásadám.

Tepelná vodivosť hliníka

Tepelná vodivosť hliníka je asi trikrát väčšia ako tepelná vodivosť ocele. Vďaka tomu je hliník dôležitým materiálom pre chladiace aj vykurovacie aplikácie, ako sú výmenníky tepla. V kombinácii s tým, že je netoxický, táto vlastnosť znamená, že hliník sa vo veľkej miere používa vo varnom riade a kuchynskom riade.

Elektrická vodivosť hliníka

Spolu s meďou má hliník dostatočne vysokú elektrickú vodivosť na použitie ako elektrický vodič. Hoci vodivosť bežne používanej vodivej zliatiny (1350) je len okolo 62 % žíhanej medi, je to len jedna tretina hmotnosti, a preto môže viesť dvakrát toľko elektriny v porovnaní s meďou rovnakej hmotnosti.

Odrazivosť hliníka

Od UV po infračervené, hliník je vynikajúcim reflektorom žiarivej energie. Viditeľná odrazivosť svetla okolo 80% znamená, že je široko používaný v svietidlách. Rovnaké vlastnosti odrazivosti robíhliníkideálny ako izolačný materiál na ochranu pred slnečnými lúčmi v lete, zatiaľ čo v zime izoluje proti tepelným stratám.

Tabuľka 2Vlastnosti pre hliník.

Mechanické vlastnosti hliníka

Hliník môže byť vážne deformovaný bez poruchy. To umožňuje tvarovanie hliníka valcovaním, pretláčaním, ťahaním, obrábaním a inými mechanickými procesmi. Môže sa tiež odlievať s vysokou toleranciou.

Legovanie, spracovanie za studena a tepelné spracovanie sa dajú využiť na prispôsobenie vlastností hliníka.

Pevnosť v ťahu čistého hliníka je okolo 90 MPa, ale v prípade niektorých tepelne spracovateľných zliatin sa môže zvýšiť na viac ako 690 MPa.

Hliníkové štandardy

Starú normu BS1470 nahradilo deväť noriem EN. Normy EN sú uvedené v tabuľke 4.

Tabuľka 4.EN normy pre hliník

Normy EN sa líšia od starej normy BS1470 v nasledujúcich oblastiach:

• Chemické zloženie – nezmenené.
• Systém číslovania zliatin – nezmenený.
• Označenia temperovania pre tepelne spracovateľné zliatiny teraz pokrývajú širší rozsah špeciálnych temperovaní. Až štyri číslice po T boli zavedené pre neštandardné aplikácie (napr. T6151).
• Označenia temperovania pre tepelne neupraviteľné zliatiny – existujúce temperovanie sa nezmenilo, ale temperovanie je teraz komplexnejšie definované z hľadiska spôsobu ich vytvárania. Mäkká (O) tvrdosť je teraz H111 a bola zavedená stredná tvrdosť H112. Pre zliatinu 5251 sú temperovanie teraz zobrazené ako H32/H34/H36/H38 (ekvivalentné H22/H24 atď.). H19/H22 a H24 sú teraz zobrazené samostatne.
• Mechanické vlastnosti – zostávajú podobné predchádzajúcim obrázkom. 0,2% dôkazný stres musí byť teraz uvedený na skúšobných certifikátoch.
• Tolerancie sa sprísnili v rôznej miere.
  

  Tepelné spracovanie hliníka

  Na zliatiny hliníka je možné použiť celý rad tepelných úprav:

  • Homogenizácia – odstránenie segregácie zahrievaním po odliatí.
  • Žíhanie – používa sa po spracovaní za studena na zmäkčenie tvárnených zliatin (1XXX, 3XXX a 5XXX).
  • Vytvrdzovanie zrážaním alebo starnutím (zliatiny 2XXX, 6XXX a 7XXX).
  • Roztokové tepelné spracovanie pred starnutím precipitačných vytvrdzovacích zliatin.
  • Vykurovacie pece na vytvrdzovanie náterov
  • Po tepelnom spracovaní sa k číslam označenia pridá prípona.
  • Prípona F znamená „ako vyrobené“.
  • O znamená „žíhané kované výrobky“.
  • T znamená, že bol „tepelne spracovaný“.
  • W znamená, že materiál bol tepelne spracovaný roztokom.
  • H sa vzťahuje na tepelne nespracovateľné zliatiny, ktoré sú „spracované za studena“ alebo „spevnené deformáciou“.
  • Tepelne nespracovateľné zliatiny sú zliatiny v skupinách 3XXX, 4XXX a 5XXX.