อะลูมิเนียมเป็นโลหะที่มีมากที่สุดในโลกและเป็นองค์ประกอบที่พบมากเป็นอันดับสามซึ่งประกอบไปด้วย 8% ของเปลือกโลก ความหลากหลายของอลูมิเนียมทำให้เป็นโลหะที่ใช้กันอย่างแพร่หลายรองจากเหล็ก

การผลิตอลูมิเนียม

อลูมิเนียมได้มาจากแร่บอกไซต์ อะลูมิเนียมจะถูกแปลงเป็นอะลูมิเนียมออกไซด์ (อลูมินา) โดยผ่านกระบวนการของไบเออร์ จากนั้นอลูมินาจะถูกแปลงเป็นโลหะอะลูมิเนียมโดยใช้เซลล์อิเล็กโทรไลต์และกระบวนการ Hall-Heroult

ความต้องการอลูมิเนียมประจำปี

ความต้องการอะลูมิเนียมทั่วโลกอยู่ที่ประมาณ 29 ล้านตันต่อปี ประมาณ 22 ล้านตันเป็นอะลูมิเนียมใหม่ และ 7 ล้านตันเป็นเศษอะลูมิเนียมรีไซเคิล การใช้อะลูมิเนียมรีไซเคิลเป็นสิ่งที่น่าสนใจในเชิงเศรษฐกิจและสิ่งแวดล้อม ต้องใช้ 14,000 kWh เพื่อผลิตอะลูมิเนียมใหม่ 1 ตัน ในทางกลับกัน ใช้เวลาเพียง 5% เท่านั้นในการรีไซเคิลและรีไซเคิลอะลูมิเนียมหนึ่งตัน คุณภาพระหว่างโลหะผสมอลูมิเนียมบริสุทธิ์และโลหะผสมอลูมิเนียมรีไซเคิลไม่มีความแตกต่างกัน

การใช้งานอลูมิเนียม

บริสุทธิ์อลูมิเนียมมีความนุ่ม เหนียว ทนทานต่อการกัดกร่อน และมีค่าการนำไฟฟ้าสูง มีการใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับสายเคเบิลฟอยล์และตัวนำ แต่การผสมกับองค์ประกอบอื่น ๆ เป็นสิ่งจำเป็นเพื่อให้มีความแข็งแรงสูงกว่าที่จำเป็นสำหรับการใช้งานอื่น ๆ อลูมิเนียมเป็นหนึ่งในโลหะวิศวกรรมที่เบาที่สุด โดยมีอัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักเหนือกว่าเหล็กกล้า

ด้วยการใช้คุณสมบัติที่เป็นประโยชน์ต่างๆ ผสมผสานกัน เช่น ความแข็งแรง ความเบา ความต้านทานการกัดกร่อน ความสามารถในการรีไซเคิล และความสามารถในการขึ้นรูป ทำให้อะลูมิเนียมถูกนำไปใช้งานในจำนวนที่เพิ่มมากขึ้นเรื่อยๆ กลุ่มผลิตภัณฑ์นี้มีตั้งแต่วัสดุโครงสร้างไปจนถึงฟอยล์บรรจุภัณฑ์แบบบาง

การกำหนดโลหะผสม

อลูมิเนียมมักผสมกับทองแดง สังกะสี แมกนีเซียม ซิลิคอน แมงกานีส และลิเธียม มีการเติมโครเมียม ไทเทเนียม เซอร์โคเนียม ตะกั่ว บิสมัท และนิกเกิลเข้าไปเล็กน้อย และมีเหล็กในปริมาณเล็กน้อยอย่างสม่ำเสมอ

มีโลหะผสมดัดขึ้นรูปมากกว่า 300 ชิ้น โดยมีการใช้งานทั่วไป 50 ชิ้น โดยทั่วไปจะมีการระบุโดยระบบตัวเลขสี่หลักซึ่งมีต้นกำเนิดในสหรัฐอเมริกาและปัจจุบันได้รับการยอมรับในระดับสากล ตารางที่ 1 อธิบายระบบสำหรับโลหะผสมดัด โลหะผสมหล่อมีชื่อคล้ายกันและใช้ระบบตัวเลขห้าหลัก

ตารางที่ 1.การกำหนดโลหะผสมอลูมิเนียมดัด

สำหรับอะลูมิเนียมอัลลอยด์ดัดขึ้นรูปที่ไม่ได้เจือซึ่งกำหนดเป็น 1XXX ตัวเลขสองหลักสุดท้ายแสดงถึงความบริสุทธิ์ของโลหะ จะเทียบเท่ากับตัวเลขสองหลักสุดท้ายหลังจุดทศนิยมเมื่อความบริสุทธิ์ของอะลูมิเนียมแสดงเป็น 0.01 เปอร์เซ็นต์ที่ใกล้ที่สุด ตัวเลขตัวที่สองแสดงถึงการเปลี่ยนแปลงขีดจำกัดของสิ่งเจือปน หากหลักที่สองเป็นศูนย์ แสดงว่าอะลูมิเนียมที่ไม่มีการเจือมีขีดจำกัดสิ่งเจือปนตามธรรมชาติ และเลข 1 ถึง 9 บ่งบอกถึงสิ่งเจือปนหรือธาตุผสมแต่ละรายการ

สำหรับกลุ่ม 2XXX ถึง 8XXX ตัวเลขสองหลักสุดท้ายจะระบุอะลูมิเนียมอัลลอยด์ต่างๆ ในกลุ่ม ตัวเลขตัวที่สองบ่งบอกถึงการดัดแปลงโลหะผสม เลขหลักที่สองของศูนย์หมายถึงโลหะผสมดั้งเดิม และจำนวนเต็ม 1 ถึง 9 บ่งชี้ถึงการแก้ไขโลหะผสมที่ต่อเนื่องกัน

คุณสมบัติทางกายภาพของอะลูมิเนียม

ความหนาแน่นของอลูมิเนียม

อลูมิเนียมมีความหนาแน่นประมาณหนึ่งในสามของเหล็กหรือทองแดง ทำให้เป็นหนึ่งในโลหะที่เบาที่สุดที่มีจำหน่ายในท้องตลาด อัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนักที่สูงทำให้เป็นวัสดุโครงสร้างที่สำคัญซึ่งช่วยเพิ่มน้ำหนักบรรทุกหรือประหยัดเชื้อเพลิงสำหรับอุตสาหกรรมการขนส่งโดยเฉพาะ

ความแข็งแรงของอลูมิเนียม

อลูมิเนียมบริสุทธิ์ไม่มีความต้านทานแรงดึงสูง อย่างไรก็ตาม การเติมธาตุผสม เช่น แมงกานีส ซิลิคอน ทองแดง และแมกนีเซียม สามารถเพิ่มคุณสมบัติด้านความแข็งแรงของอลูมิเนียม และผลิตโลหะผสมที่มีคุณสมบัติที่เหมาะกับการใช้งานเฉพาะได้

อลูมิเนียมเหมาะอย่างยิ่งกับสภาพแวดล้อมที่หนาวเย็น มีข้อได้เปรียบเหนือเหล็กกล้าตรงที่ความต้านทานแรงดึงจะเพิ่มขึ้นตามอุณหภูมิที่ลดลงแต่ยังคงความเหนียวเอาไว้ ในทางกลับกัน เหล็กจะเปราะที่อุณหภูมิต่ำ

ความต้านทานการกัดกร่อนของอลูมิเนียม

เมื่อสัมผัสกับอากาศ ชั้นของอะลูมิเนียมออกไซด์จะก่อตัวเกือบจะทันทีบนพื้นผิวของอะลูมิเนียม ชั้นนี้มีความทนทานต่อการกัดกร่อนได้ดีเยี่ยม ค่อนข้างทนทานต่อกรดส่วนใหญ่แต่ทนทานต่อด่างได้น้อยกว่า

การนำความร้อนของอะลูมิเนียม

ค่าการนำความร้อนของอลูมิเนียมมีค่ามากกว่าเหล็กประมาณสามเท่า ทำให้อลูมิเนียมเป็นวัสดุที่สำคัญสำหรับการใช้งานทั้งในการทำความเย็นและการทำความร้อน เช่น เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน เมื่อรวมกับคุณสมบัติที่ไม่เป็นพิษแล้ว อะลูมิเนียมจึงถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางในอุปกรณ์ทำอาหารและเครื่องครัว

การนำไฟฟ้าของอะลูมิเนียม

นอกจากทองแดงแล้ว อลูมิเนียมยังมีค่าการนำไฟฟ้าสูงพอที่จะใช้เป็นตัวนำไฟฟ้าได้ แม้ว่าค่าการนำไฟฟ้าของโลหะผสมนำไฟฟ้าที่ใช้กันทั่วไป (1350) จะอยู่ที่ประมาณ 62% ของทองแดงที่ผ่านการอบอ่อนเท่านั้น แต่ก็มีน้ำหนักเพียง 1 ใน 3 เท่านั้น และจึงสามารถนำไฟฟ้าได้มากเป็น 2 เท่าเมื่อเทียบกับทองแดงที่มีน้ำหนักเท่ากัน

การสะท้อนแสงของอลูมิเนียม

ตั้งแต่รังสียูวีไปจนถึงอินฟราเรด อลูมิเนียมเป็นตัวสะท้อนพลังงานรังสีที่ดีเยี่ยม การสะท้อนแสงที่มองเห็นได้ประมาณ 80% หมายความว่ามีการใช้กันอย่างแพร่หลายในอุปกรณ์ติดตั้งไฟ คุณสมบัติการสะท้อนแสงเหมือนกันทำให้อลูมิเนียมเหมาะเป็นวัสดุฉนวนเพื่อป้องกันแสงแดดในฤดูร้อน และเป็นฉนวนป้องกันการสูญเสียความร้อนในฤดูหนาว

ตารางที่ 2.คุณสมบัติของอะลูมิเนียม

สมบัติทางกลของอะลูมิเนียม

อลูมิเนียมสามารถเปลี่ยนรูปได้อย่างรุนแรงโดยไม่เกิดความเสียหาย ช่วยให้สามารถขึ้นรูปอลูมิเนียมได้โดยการรีด การอัดรีด การดึง การตัดเฉือน และกระบวนการทางกลอื่นๆ นอกจากนี้ยังสามารถหล่อให้มีความทนทานสูงได้

โลหะผสม การทำงานเย็น และการบำบัดความร้อน สามารถนำมาใช้เพื่อปรับแต่งคุณสมบัติของอะลูมิเนียมได้

ความต้านทานแรงดึงของอลูมิเนียมบริสุทธิ์อยู่ที่ประมาณ 90 MPa แต่สามารถเพิ่มได้มากกว่า 690 MPa สำหรับโลหะผสมบางชนิดที่ผ่านกระบวนการอบร้อนได้

มาตรฐานอลูมิเนียม

มาตรฐาน BS1470 เก่าถูกแทนที่ด้วยมาตรฐาน EN เก้ามาตรฐาน มาตรฐาน EN แสดงไว้ในตารางที่ 4

ตารางที่ 4.มาตรฐาน EN สำหรับอลูมิเนียม

มาตรฐาน EN แตกต่างจากมาตรฐานเก่า BS1470 ในด้านต่อไปนี้:

• องค์ประกอบทางเคมี – ไม่เปลี่ยนแปลง
• ระบบเลขโลหะผสม – ไม่เปลี่ยนแปลง
• การกำหนดอุณหภูมิสำหรับโลหะผสมที่สามารถอบชุบด้วยความร้อนได้ครอบคลุมอุณหภูมิพิเศษที่หลากหลายมากขึ้น ไม่เกินสี่หลักหลังจากแนะนำ T สำหรับการใช้งานที่ไม่ได้มาตรฐาน (เช่น T6151)
• การกำหนดอุณหภูมิสำหรับโลหะผสมที่ไม่ผ่านการบำบัดด้วยความร้อน - อุณหภูมิที่มีอยู่จะไม่เปลี่ยนแปลง แต่ขณะนี้อุณหภูมิได้รับการกำหนดอย่างครอบคลุมมากขึ้นในแง่ของวิธีการสร้างพวกมัน ตอนนี้ปรับอุณหภูมิอ่อน (O) เป็น H111 และปรับอุณหภูมิปานกลาง H112 แล้ว สำหรับอัลลอยด์ 5251 เทมเปอร์จะแสดงเป็น H32/H34/H36/H38 (เทียบเท่ากับ H22/H24 เป็นต้น) ตอนนี้ H19/H22 & H24 จะแสดงแยกกัน
• คุณสมบัติทางกล – ยังคงคล้ายกับตัวเลขก่อนหน้า ตอนนี้ต้องระบุค่า Proof Stress 0.2% ในใบรับรองการทดสอบ
• ความคลาดเคลื่อนถูกทำให้รัดกุมขึ้นหลายองศา
  

  การรักษาความร้อนของอลูมิเนียม

  การอบชุบด้วยความร้อนสามารถนำไปใช้กับอลูมิเนียมอัลลอยด์ได้หลายประเภท:

  • การทำให้เป็นเนื้อเดียวกัน – การกำจัดการแยกตัวออกโดยการให้ความร้อนหลังการหล่อ
  • การหลอม – ใช้หลังการทำงานเย็นเพื่อทำให้โลหะผสมที่แข็งตัวจากงานอ่อนตัวลง (1XXX, 3XXX และ 5XXX)
  • การตกตะกอนหรือการแข็งตัวของอายุ (โลหะผสม 2XXX, 6XXX และ 7XXX)
  • การบำบัดความร้อนด้วยสารละลายก่อนการบ่มของโลหะผสมที่แข็งตัวด้วยการตกตะกอน
  • การเผาเพื่อการบ่มการเคลือบ
  • หลังจากการอบชุบแล้ว จะมีการเพิ่มส่วนต่อท้ายให้กับหมายเลขการกำหนด
  • ส่วนต่อท้าย F หมายถึง "ตามที่ประดิษฐ์ขึ้น"
  • O หมายถึง "ผลิตภัณฑ์ดัดที่ผ่านการอบอ่อน"
  • T หมายความว่า "ได้รับการบำบัดด้วยความร้อน"
  • W หมายถึง วัสดุได้รับการบำบัดด้วยความร้อนด้วยสารละลาย
  • H หมายถึงโลหะผสมที่ไม่ผ่านการบำบัดด้วยความร้อนซึ่งเป็น "งานเย็น" หรือ "ชุบแข็งด้วยความเครียด"
  • โลหะผสมที่ไม่ผ่านการบำบัดด้วยความร้อนคือโลหะผสมที่อยู่ในกลุ่ม 3XXX, 4XXX และ 5XXX