Soorten, kwaliteiten, eigenschappen
De belangrijkste reden voor toepassing van aluminium is vaak de gunstige combinatie van een relatief laag gewicht met een hoge sterkte. Maar bij de keuze van een aluminiumlegering voor een specifieke toepassing spelen ook de eerder genoemde vervormbaarheid, lasbaarheid en corrosieweerstand een rol. Tabel 1 geeft daarvan een indruk. Verder zijn eigenschappen als electrische geleidbaarheid, reflectiviteit, oppervlaktegesteldheid en anodiseerbaarheid van belang. Daarvan worden voorbeelden gegeven in de navolgende korte beschrijvingen van kenmerkende eigenschappen en toepassingen van de verschillende aluminium series.
Groep | Sterkte | Vervorm baarheid | Corrosie weerstand | Lasbaar heid | Toepassingen |
1xxx | laag | zeer goed | zeer goed | zeer goed | reflectoren, warmtewisselaars, hoogspanningskabel, lasdraad, keukengerei, verpakkingen, verlichting, chemie, levensmiddelen |
2xxx | hoog | redelijk | matig | slecht | vliegtuig- en vrachtwagenwielen, constructie, transport, machinebouw, automatendraaiwerk |
3xxx | laag | goed | goed | goed | drankenblikjes, kookgerei, warmtewisselaars, opslagtanks,meubels, dakbedekking, rolluiken, scheidingswanden |
5xxx | gemiddeld tot hoog | goed tot matig | goed | goed | scheepsbouw, carosseriedelen, constructie, gevelbekleding, kozijnen, |
6xxx | gemiddeld | goed | goed | goed | electrische geleiders, constructies, scheepsbouw, carosseriedelen, roldeuren, hekwerken, decoratief anodiseren |
7xxx | hoog | redelijk tot goed | matig tot redelijk | matig tot goed | luchtvaart, transport, dynamisch belaste constructies. |
Tabel 2. Globaal overzicht van eigenschappen en toepassingen van kneedlegeringen
Bronnen: Aluminium Centrum, MCB handboek.
1xxx serie
Deze serie omvat de ongelegeerde aluminium kwaliteiten met een zuiverheid van 99,00 % of hoger. Ongelegeerd aluminium wordt met name gebruikt voor electrische en chemische toepassingen. De kwaliteiten worden gekarakteriseerd door een hoog electrisch geleidingsvermogen, een uitstekende corrosieweerstand en een zeer goede vervormbaarheid. De sterkte is echter laag. Verhoging van de sterkte kan verkregen worden door koude deformatie en de daarbij optredende versteviging. Typische toepassingen van de duizend serie zijn reflektoren, warmtewisselaars, tankbekledingen voor de levensmiddelenindustrie, verpakkingsmateriaal, hoogspanningskabel en lasdraad.
2xxx serie
Koper is het hoofdbestanddeel in de 2xxx serie, vaak met magnesium als tweede legeringselement. Om optimale eigenschappen te bereiken moeten deze legeringen warmtebehandeld worden. In de oplosgegloeide en koud uitgeharde toestand zijn de mechanische eigenschappen gelijk aan en soms zelfs beter dan die van vervormingsstaal. Voor een verdere verhoging van met name de rekgrens kunnen deze legeringen ook warm uitgehard worden, hetgeen echter ten koste gaat van de taaiheid. Met uitzondering van de legering 2219 zijn ze beperkt lasbaar en hebben ze ten opzichte van de meeste andere aluminiumlegeringen een minder goede weerstand tegen corrosie. Onder bepaalde omstandigheden kunnen ze gevoelig zijn voor interkristallijne corrosie. Verbetering van de corrosieweerstand kan verkregen worden door deze kwaliteiten te cladden met bijvoorbeeld zuiver aluminium. Legeringen uit de 2xxx serie zijn bijzonder geschikt voor onderdelen en constructies waar een hoge sterkte / gewicht verhouding gevraagd wordt, zoals voor vrachtwagenwielen, vliegtuigwielen, onderdelen voor ophangingen van vrachtwagens en voor onderdelen die een goede sterkte moeten bezitten op temperaturen tot 150 ºC.
3xxx serie
In deze serie is mangaan het hoofdlegeringsbestanddeel. In het algemeen zijn deze legeringen niet hardbaar, maar de sterkte is ongeveer 20% hoger dan van legeringen uit de 1xxx serie. Omdat om legeringstechnische redenen slechts ca. 1,5% mangaan aan aluminium toegevoegd kan worden, wordt mangaan aan slechts enkele legeringen als hoofdbestanddeel toegevoegd. Vier van deze legeringen(3003, 3004, 3005 en 3105) worden op grote schaal toegepast onder andere als drankblikjes, kookgerei, warmtewisselaars en opslagtanks. Daarnaast wordt 3103 toegepast als dakbedekking, golfplaten en sandwichpanelen.
4xxx serie
Het belangrijkste legeringselement in de 4xxx serie is silicium, dat in voldoende mate (tot circa 12 %) toegevoegd kan worden om een substantiële daling van het smeltpunt te bereiken zonder dat de legering bros wordt. Om deze reden worden 4xxx legeringen veelvuldig toegepast als lastoevoeg- en soldeermateriaal. De meeste legeringen in deze groep zijn niet hardbaar. Als toevoegmateriaal voor het lassen van hardbare legeringen kan door vermenging met het basismateriaal de las tot op zekere hoogte hardingsverschijnselen gaan vertonen. De legeringen met een redelijke hoeveelheid silicium worden donkergrijs tot antraciet bij het anodiseren en worden om deze reden wel toegepast in de architectuur.
De 4xxx gietlegeringen zijn van de gietlegeringen het best gietbaar en vinden veelzijdige toepassingen in complexe gietstukken zoals motorblokken, pomphuizen, schroefbladen, cylinderkoppen e.d. Ze bezitten gemiddelde sterkte en rek, doorgaans goede corrosieweerstand en ze zijn lasbaar
5xxx serie
Het belangrijkste element in de 5xxx serie is magnesium. Eventueel in combinatie met mangaan kan na versteviging een legering verkregen worden met gemiddelde tot hoge sterkte. Magnesium heeft een aanzienlijk groter effect op de versteviging dan mangaan (0,8% magnesium heeft hetzelfde effect als 1,5% mangaan) en kan in grotere hoeveelheden worden toegevoegd. Legeringen uit deze groep zijn goed lasbaar en hebben een goede weerstand tegen corrosie in maritieme milieus. Bij gebruik bij temperaturen groter dan 65 ºC kan bij legeringen met meer dan 4% magnesium spanningscorrosie optreden. Legeringen uit deze groep worden onder andere toegepast in de scheepsbouw, de carosseriebouw en de architectuur
6xxx serie
Legeringen van de 6xxx serie bevatten silicium en magnesium als legeringselementen. De verhouding is zodanig dat de uitscheiding Mg2Si gevormd kan worden, waardoor deze legeringen hardbaar zijn. Legeringen uit deze serie kunnen in de oplosgegloeide en goed vervormbare toestand T4 vervormd worden en vervolgens door uitharden in sterkte verhoogd worden. In het algemeen zijn de lasbaarheid, de weerstand tegen corrosie, de verspaanbaarheid, de anodiseerbaarheid en het electrisch geleidingsvermogen van deze legeringen goed. Toepassingen zijn onder andere electrische geleiders, fietsframes, bruggen, treinwagons, masten voor zeilschepen en extrusieprofielen.
7xxx serie
Zink is in hoeveelheden van 1 tot 8% het belangrijkste legeringselement in deze groep. Toevoeging van kleinere hoeveelheden magnesium maakt deze legeringen hardbaar. Daarnaast worden in het algemeen nog kleine hoeveelheden van andere elementen toegevoegd, zoals koper en chroom. Legeringen met een hoge sterkte zijn in zekere mate gevoelig voor spanningscorrosie en worden om deze reden meestal in een enigszins oververouderde toestand toegepast. De toepassingen zijn met name te vinden in de luchtvaart en in mobiele apparatuur.
8xxx serie
De AlLiCuMg legering EN AW 8090 is een opmerkelijke toevoeging aan de reeks en werd ontwikkeld als een nog lichtere legering voor lucht- en ruimtevaarttoepassingen. Echter, bij de productie bleek het materiaal bij toeval een 10% hogere E-modulus te hebben. Het kan worden geproduceerd met een groot bereik aan mechanische eigenschappen, afhankelijk van de warmtebehandeling. In fijnkorrelige toestand is het superplastisch.
Aluminium legeringen
Aluminium heeft veel verschillende legeringen waarvan eigenschappen zoals sterkte, vervormbaarheid, lasbaarheid en corrosieweerstand sterk uiteen kunnen lopen. De verschillende legeringen zijn ontwikkeld om optimale eigenschappen te verkrijgen voor specifieke toepassingen en toepassingsgebieden. De verschillen ontstaan door het gebruik van verschillende legeringselementen en productiemethoden.
De aluminiumlegeringen worden volgens de norm NEN-EN 573 onderverdeeld in groepen op basis van de belangrijkste legeringselementen per groep. Naast de indeling op basis van de legeringselementen worden de legeringen onderverdeeld in gietlegeringen en kneedlegeringen en in hardbare en niet-hardbare legeringen. In tabel 1 zijn de hoofdlijnen van de indeling weergegeven. In bijlage 1 wordt de indeling in meer detail behandeld.
Groep volgens EN573 | Belangrijkste legeringselement | Gietlegeringen / Kneedlegeringen | Precipitatiehardbaar |
1xxx | Al | kneed | nee |
2xxx | Al-Cu | kneed +giet | ja |
3xxx | Al-Mn | kneed | nee |
4xxx | Al-Si | giet + kneed | nee |
5xxx | Al-Mg | kneed+ giet | nee |
6xxx | Al-Mg-Si | kneed+ giet | ja |
7xxx | Al-Zn-Mg | kneed | ja |
8xxx | Al-overige | ||
9xxx | niet in gebruik |
Tabel 1. Hoofdlijnen van de indeling van aluminium legeringen.
De kneedlegeringen krijgen hun vorm door extruderen of door walsen. Deze brochure is gericht op de ontwikkelingen in dun plaatmateriaal. Dat betekent dat de gewalste kneedlegeringen de meeste aandacht krijgen. Daarnaast wordt gewezen op extrusies omdat de toepassingen van dunne plaat en extrusies vaak in elkaar overlopen of aanvullend op elkaar zijn. Gietlegeringen vallen buiten het bestek van deze brochure.
Eigenschappen
Op een aantal eigenschappen van aluminium gaan we wat verder in:
- Aluminium is een zeer licht metaal. Het heeft een massa van 2700 kilogram per 1 m3. Dit is
ongeveer een derde van het gewicht van staal. - Afhankelijk van de soort legering varieert de sterkte van aluminium. Hierdoor is aluminium
geschikt voor veel verschillende toepassingen. - Verder is aluminium een zeer goede stroomgeleider. De verhouding geleidbaarheid/ dichtheid
is tweemaal gunstiger als die van koper.
Op aluminium vormt zich van nature een beschermde oxidelaag. Deze oxidelaag beschermt
het aluminium tegen de buitenlucht. Maar de weerstand tegen corrosie kan aanzienlijk verbeterd
worden door aluminium te anodiseren. Anodiseren is een methode om een oxidelaag kunstmatig
aan te brengen. Hierdoor ontstaat een oxidelaag met nog betere eigenschappen dan de natuurlijke
laag.
het aluminium tegen de buitenlucht. Maar de weerstand tegen corrosie kan aanzienlijk verbeterd
worden door aluminium te anodiseren. Anodiseren is een methode om een oxidelaag kunstmatig
aan te brengen. Hierdoor ontstaat een oxidelaag met nog betere eigenschappen dan de natuurlijke
laag.
Mechanische eigenschappen in een tabel
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Aluminium dat gewonnen wordt uit ruwe grondstoffen, bauxiet noemen we primair aluminium. Voor het produceren van primair aluminium is veel energie nodig. Aluminium kan echter ook hergebruikt, ofwel gerecycled worden. Dit kost zeer weinig energie. Het omsmelten kost slechts 5 procent van de energie die oorspronkelijk nodig is om primair aluminium te produceren. Het meeste aluminium dat men produceert, is dan ook afkomstig uit recycling (ca 72%). De eigenschappen van het gerecyclede aluminium zijn gelijk als bij primair aluminium. |  |
