อะลูมิเนียมเป็นโลหะที่มีมากที่สุดในโลกและเป็นธาตุที่พบมากเป็นอันดับสาม โดยคิดเป็น 8% ของเปลือกโลก ความหลากหลายในการใช้งานของอะลูมิเนียมทำให้มันเป็นโลหะที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดรองจากเหล็กกล้า

การผลิตอะลูมิเนียม

อะลูมิเนียมได้มาจากแร่บอกไซต์ โดยบอกไซต์จะถูกเปลี่ยนเป็นอะลูมิเนียมออกไซด์ (อะลูมินา) ผ่านกระบวนการไบเออร์ จากนั้นอะลูมินาจะถูกเปลี่ยนเป็นโลหะอะลูมิเนียมโดยใช้เซลล์ไฟฟ้าและกระบวนการฮอลล์-เฮโรลต์

ความต้องการอะลูมิเนียมประจำปี

ความต้องการอะลูมิเนียมทั่วโลกอยู่ที่ประมาณ 29 ล้านตันต่อปี โดยประมาณ 22 ล้านตันเป็นอะลูมิเนียมใหม่ และ 7 ล้านตันเป็นเศษอะลูมิเนียมรีไซเคิล การใช้อะลูมิเนียมรีไซเคิลนั้นคุ้มค่าทั้งในด้านเศรษฐกิจและสิ่งแวดล้อม การผลิตอะลูมิเนียมใหม่ 1 ตันต้องใช้พลังงาน 14,000 กิโลวัตต์ชั่วโมง ในขณะที่การหลอมและรีไซเคิลอะลูมิเนียม 1 ตันใช้พลังงานเพียง 5% เท่านั้น คุณภาพของโลหะผสมอะลูมิเนียมใหม่และอะลูมิเนียมรีไซเคิลไม่แตกต่างกัน

การใช้งานของอะลูมิเนียม

บริสุทธิ์อะลูมิเนียมอะลูมิเนียมเป็นโลหะที่อ่อนนุ่ม ยืดหยุ่น ทนต่อการกัดกร่อน และนำไฟฟ้าได้ดี จึงนิยมใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิตแผ่นฟอยล์และสายเคเบิล แต่จำเป็นต้องผสมกับธาตุอื่นๆ เพื่อให้ได้ความแข็งแรงสูงที่จำเป็นสำหรับการใช้งานอื่นๆ อะลูมิเนียมเป็นโลหะทางวิศวกรรมที่เบาที่สุดชนิดหนึ่ง โดยมีอัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักที่เหนือกว่าเหล็กกล้า

ด้วยการใช้ประโยชน์จากคุณสมบัติที่เป็นประโยชน์หลายประการ เช่น ความแข็งแรง น้ำหนักเบา ความต้านทานการกัดกร่อน การรีไซเคิลได้ และการขึ้นรูปได้ อะลูมิเนียมจึงถูกนำไปใช้ในงานต่างๆ มากขึ้นเรื่อยๆ ผลิตภัณฑ์เหล่านี้มีตั้งแต่โครงสร้างวัสดุไปจนถึงฟิล์มบรรจุภัณฑ์บางๆ

การกำหนดโลหะผสม

โดยทั่วไปแล้วอะลูมิเนียมมักถูกผสมกับทองแดง สังกะสี แมกนีเซียม ซิลิคอน แมงกานีส และลิเธียม นอกจากนี้ยังมีการเติมโครเมียม ไทเทเนียม เซอร์โคเนียม ตะกั่ว บิสมัท และนิกเกลในปริมาณเล็กน้อย และเหล็กก็มักจะมีอยู่ในโลหะผสมนี้ในปริมาณเล็กน้อยเสมอ

มีโลหะผสมขึ้นรูปมากกว่า 300 ชนิด โดย 50 ชนิดเป็นที่นิยมใช้กันทั่วไป โดยปกติจะระบุด้วยระบบตัวเลขสี่หลัก ซึ่งมีต้นกำเนิดในสหรัฐอเมริกาและได้รับการยอมรับอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน ตารางที่ 1 อธิบายระบบสำหรับโลหะผสมขึ้นรูป ส่วนโลหะผสมหล่อก็มีการกำหนดชื่อคล้ายกันและใช้ระบบตัวเลขห้าหลัก

ตารางที่ 1.ชื่อเรียกสำหรับโลหะผสมอะลูมิเนียมขึ้นรูป

สำหรับโลหะผสมอะลูมิเนียมที่ไม่ผสมโลหะอื่นใดที่มีรหัส 1XXX ตัวเลขสองหลักสุดท้ายแสดงถึงความบริสุทธิ์ของโลหะ ซึ่งเทียบเท่ากับตัวเลขสองหลักสุดท้ายหลังจุดทศนิยมเมื่อแสดงความบริสุทธิ์ของอะลูมิเนียมโดยปัดเศษให้ใกล้เคียงที่สุดถึง 0.01 เปอร์เซ็นต์ ตัวเลขหลักที่สองแสดงถึงการปรับเปลี่ยนขีดจำกัดของสิ่งเจือปน หากตัวเลขหลักที่สองเป็นศูนย์ แสดงว่าเป็นอะลูมิเนียมที่ไม่ผสมโลหะอื่นใดที่มีขีดจำกัดของสิ่งเจือปนตามธรรมชาติ และตัวเลข 1 ถึง 9 แสดงถึงสิ่งเจือปนหรือธาตุผสมแต่ละชนิด

สำหรับกลุ่ม 2XXX ถึง 8XXX ตัวเลขสองหลักสุดท้ายระบุโลหะผสมอะลูมิเนียมที่แตกต่างกันในกลุ่มนั้น ตัวเลขหลักที่สองระบุการดัดแปลงโลหะผสม ตัวเลขหลักที่สองเป็นศูนย์แสดงถึงโลหะผสมดั้งเดิม และตัวเลข 1 ถึง 9 แสดงถึงการดัดแปลงโลหะผสมในลำดับถัดไป

คุณสมบัติทางกายภาพของอะลูมิเนียม

ความหนาแน่นของอะลูมิเนียม

อะลูมิเนียมมีความหนาแน่นประมาณหนึ่งในสามของเหล็กหรือทองแดง ทำให้เป็นโลหะที่เบาที่สุดชนิดหนึ่งที่มีจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ อัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักที่สูงนี้ทำให้อะลูมิเนียมเป็นวัสดุโครงสร้างที่สำคัญ ช่วยให้สามารถบรรทุกน้ำหนักได้มากขึ้นหรือประหยัดเชื้อเพลิงได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในอุตสาหกรรมการขนส่ง

ความแข็งแรงของอะลูมิเนียม

อะลูมิเนียมบริสุทธิ์ไม่มีความแข็งแรงดึงสูง อย่างไรก็ตาม การเติมธาตุผสม เช่น แมงกานีส ซิลิคอน ทองแดง และแมกนีเซียม สามารถเพิ่มคุณสมบัติความแข็งแรงของอะลูมิเนียมและสร้างโลหะผสมที่มีคุณสมบัติเหมาะสมกับการใช้งานเฉพาะด้านได้

อะลูมิเนียมเหมาะอย่างยิ่งสำหรับสภาพแวดล้อมที่เย็นจัด มีข้อดีเหนือเหล็กตรงที่ความแข็งแรงดึงของมันจะเพิ่มขึ้นเมื่ออุณหภูมิลดลง ในขณะที่ยังคงความเหนียวไว้ได้ ส่วนเหล็กนั้นจะเปราะที่อุณหภูมิต่ำ

ความต้านทานการกัดกร่อนของอะลูมิเนียม

เมื่อสัมผัสกับอากาศ ชั้นของอะลูมิเนียมออกไซด์จะก่อตัวขึ้นบนพื้นผิวของอะลูมิเนียมแทบจะในทันที ชั้นนี้มีความทนทานต่อการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม ค่อนข้างทนต่อกรดส่วนใหญ่ แต่ทนต่อด่างได้น้อยกว่า

ค่าการนำความร้อนของอะลูมิเนียม

ค่าการนำความร้อนของอะลูมิเนียมสูงกว่าเหล็กประมาณสามเท่า ทำให้เป็นวัสดุสำคัญสำหรับการใช้งานทั้งด้านการทำความเย็นและการให้ความร้อน เช่น ในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน นอกจากนี้ คุณสมบัติที่ไม่เป็นพิษยังทำให้อะลูมิเนียมถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในเครื่องครัวและอุปกรณ์ทำอาหาร

การนำไฟฟ้าของอะลูมิเนียม

เช่นเดียวกับทองแดง อะลูมิเนียมมีค่าการนำไฟฟ้าสูงพอที่จะใช้เป็นตัวนำไฟฟ้าได้ แม้ว่าค่าการนำไฟฟ้าของโลหะผสมตัวนำไฟฟ้าที่ใช้กันทั่วไป (1350) จะอยู่ที่ประมาณ 62% ของทองแดงอบอ่อน แต่มีน้ำหนักเพียงหนึ่งในสาม และสามารถนำไฟฟ้าได้มากกว่าทองแดงที่มีน้ำหนักเท่ากันถึงสองเท่า

ค่าการสะท้อนแสงของอะลูมิเนียม

ตั้งแต่รังสีอัลตราไวโอเลตจนถึงอินฟราเรด อะลูมิเนียมเป็นตัวสะท้อนพลังงานรังสีที่ดีเยี่ยม การสะท้อนแสงที่มองเห็นได้ประมาณ 80% ทำให้มีการใช้งานอย่างแพร่หลายในโคมไฟ คุณสมบัติการสะท้อนแสงเดียวกันนี้ทำให้อะลูมิเนียมเหมาะอย่างยิ่งสำหรับใช้เป็นวัสดุฉนวนเพื่อป้องกันรังสีจากแสงแดดในฤดูร้อน และป้องกันการสูญเสียความร้อนในฤดูหนาว

ตารางที่ 2.คุณสมบัติของอะลูมิเนียม

คุณสมบัติทางกลของอะลูมิเนียม

อะลูมิเนียมสามารถขึ้นรูปได้อย่างรุนแรงโดยไม่เสียหาย คุณสมบัตินี้ทำให้สามารถขึ้นรูปอะลูมิเนียมได้ด้วยกระบวนการรีด การอัดรีด การดึง การกลึง และกระบวนการทางกลอื่นๆ นอกจากนี้ยังสามารถหล่อขึ้นรูปได้ด้วยความแม่นยำสูง

การผสมโลหะ การขึ้นรูปเย็น และการอบชุบด้วยความร้อน ล้วนสามารถนำมาใช้เพื่อปรับแต่งคุณสมบัติของอะลูมิเนียมได้

ความแข็งแรงดึงของอะลูมิเนียมบริสุทธิ์อยู่ที่ประมาณ 90 MPa แต่สามารถเพิ่มขึ้นได้มากกว่า 690 MPa สำหรับโลหะผสมบางชนิดที่สามารถอบชุบความร้อนได้

มาตรฐานอลูมิเนียม

มาตรฐาน BS1470 เดิมได้ถูกแทนที่ด้วยมาตรฐาน EN จำนวน 9 มาตรฐาน โดยมาตรฐาน EN เหล่านั้นแสดงอยู่ในตารางที่ 4

ตารางที่ 4.มาตรฐาน EN สำหรับอะลูมิเนียม

มาตรฐาน EN แตกต่างจากมาตรฐานเดิม BS1470 ในประเด็นต่อไปนี้:

• องค์ประกอบทางเคมี – ไม่เปลี่ยนแปลง
• ระบบการกำหนดหมายเลขโลหะผสม – ไม่เปลี่ยนแปลง
• ปัจจุบัน การกำหนดคุณสมบัติความแข็งของโลหะผสมที่สามารถอบชุบความร้อนได้นั้นครอบคลุมคุณสมบัติความแข็งพิเศษที่หลากหลายมากขึ้น โดยมีการใช้ตัวเลขสูงสุดสี่หลักต่อท้ายตัว T สำหรับการใช้งานที่ไม่เป็นไปตามมาตรฐาน (เช่น T6151)
• การกำหนดระดับความแข็งสำหรับโลหะผสมที่ไม่สามารถอบชุบด้วยความร้อนได้ – ระดับความแข็งที่มีอยู่เดิมยังคงไม่เปลี่ยนแปลง แต่ระดับความแข็งได้รับการกำหนดไว้อย่างครอบคลุมมากขึ้นในแง่ของวิธีการสร้าง ระดับความแข็งอ่อน (O) คือ H111 และมีการแนะนำระดับความแข็งระดับกลาง H112 สำหรับโลหะผสม 5251 ระดับความแข็งจะแสดงเป็น H32/H34/H36/H38 (เทียบเท่ากับ H22/H24 เป็นต้น) H19/H22 และ H24 จะแสดงแยกกัน
• คุณสมบัติทางกล – ยังคงคล้ายกับตัวเลขก่อนหน้า ค่าความเค้นพิสูจน์ 0.2% ต้องระบุไว้ในใบรับรองการทดสอบด้วย
• มีการปรับลดค่าความคลาดเคลื่อนลงในระดับต่างๆ
  

  การอบชุบความร้อนของอะลูมิเนียม

  สามารถใช้กรรมวิธีอบชุบความร้อนได้หลากหลายวิธีกับโลหะผสมอะลูมิเนียม:

  • การทำให้เป็นเนื้อเดียวกัน – การกำจัดส่วนที่แยกตัวออกโดยการให้ความร้อนหลังจากหล่อขึ้นรูปแล้ว
  • การอบอ่อน – ใช้หลังจากขึ้นรูปเย็นเพื่อลดความแข็งของโลหะผสมที่แข็งตัวง่าย (1XXX, 3XXX และ 5XXX)
  • การชุบแข็งด้วยการตกตะกอนหรือการอบชุบ (โลหะผสม 2XXX, 6XXX และ 7XXX)
  • การอบชุบความร้อนก่อนการบ่มโลหะผสมที่แข็งตัวด้วยการตกตะกอน
  • การอบเพื่อทำให้สารเคลือบแข็งตัว
  • หลังจากผ่านกระบวนการให้ความร้อนแล้ว จะมีการเพิ่มคำต่อท้ายเข้าไปในหมายเลขกำหนดคุณสมบัติ
  • คำต่อท้าย F หมายถึง “ตามที่ประดิษฐ์ขึ้น”
  • O หมายถึง “ผลิตภัณฑ์เหล็กดัดอบอ่อน”
  • T หมายความว่าวัสดุนั้นผ่านกระบวนการ "อบด้วยความร้อน" แล้ว
  • W หมายถึงวัสดุนั้นได้รับการอบชุบด้วยความร้อนแบบสารละลายแล้ว
  • H หมายถึงโลหะผสมที่ไม่สามารถอบชุบด้วยความร้อนได้ ซึ่งต้องผ่านกระบวนการ "ขึ้นรูปเย็น" หรือ "เพิ่มความแข็งแรงจากการดัดงอ"
  • โลหะผสมที่ไม่สามารถอบชุบด้วยความร้อนได้ ได้แก่ โลหะผสมในกลุ่ม 3XXX, 4XXX และ 5XXX