Hliník je nejrozšířenějším kovem na světě a je třetím nejběžnějším prvkem, který tvoří 8 % zemské kůry. Všestrannost hliníku z něj dělá nejpoužívanější kov hned po oceli.

Výroba hliníku

Hliník se získává z minerálu bauxitu. Bauxit se přeměňuje na oxid hlinitý (alumina) prostřednictvím Bayerova procesu. Oxid hlinitý je poté přeměněn na kovový hliník pomocí elektrolytických článků a Hall-Heroultova procesu.

Roční poptávka po hliníku

Celosvětová poptávka po hliníku se pohybuje kolem 29 milionů tun ročně. Asi 22 milionů tun je nový hliník a 7 milionů tun je recyklovaný hliníkový šrot. Použití recyklovaného hliníku je ekonomicky a ekologicky přesvědčivé. Výroba 1 tuny nového hliníku vyžaduje 14 000 kWh. Naopak na přetavení a recyklaci jedné tuny hliníku z toho stačí pouze 5 %. Mezi původními a recyklovanými hliníkovými slitinami není žádný rozdíl v kvalitě.

Aplikace hliníku

Čistýhliníkje měkký, tažný, odolný proti korozi a má vysokou elektrickou vodivost. Je široce používán pro fóliové a vodičové kabely, ale legování s jinými prvky je nezbytné pro zajištění vyšší pevnosti potřebné pro jiné aplikace. Hliník je jedním z nejlehčích technických kovů, který má poměr pevnosti k hmotnosti lepší než ocel.

Využitím různých kombinací jeho výhodných vlastností, jako je pevnost, lehkost, odolnost proti korozi, recyklovatelnost a tvarovatelnost, se hliník používá ve stále větším počtu aplikací. Tato řada produktů sahá od konstrukčních materiálů až po tenké obalové fólie.

Označení slitin

Hliník je nejčastěji legován mědí, zinkem, hořčíkem, křemíkem, manganem a lithiem. Přidávají se také malé přísady chrómu, titanu, zirkonia, olova, vizmutu a niklu a v malých množstvích je vždy přítomno železo.

Existuje více než 300 tvářených slitin, z nichž 50 se běžně používá. Obvykle jsou identifikovány čtyřmístným systémem, který pochází z USA a je nyní všeobecně přijímán. Tabulka 1 popisuje systém pro tvářené slitiny. Lité slitiny mají podobná označení a používají pětimístný systém.

Tabulka 1.Označení pro tvářené slitiny hliníku.

U nelegovaných tvářených hliníkových slitin označených 1XXX představují poslední dvě číslice čistotu kovu. Jsou ekvivalentní posledním dvěma číslicím za desetinnou čárkou, když je čistota hliníku vyjádřena s přesností na 0,01 procenta. Druhá číslice označuje úpravy limitů nečistot. Pokud je druhá číslice nula, označuje nelegovaný hliník s přirozenými limity nečistot a 1 až 9 označují jednotlivé nečistoty nebo legující prvky.

U skupin 2XXX až 8XXX označují poslední dvě číslice různé hliníkové slitiny ve skupině. Druhá číslice označuje modifikace slitiny. Druhá číslice nuly označuje původní slitinu a celá čísla 1 až 9 označují po sobě jdoucí modifikace slitiny.

Fyzikální vlastnosti hliníku

Hustota hliníku

Hliník má hustotu asi třetinu hustoty oceli nebo mědi, což z něj činí jeden z nejlehčích komerčně dostupných kovů. Výsledný vysoký poměr pevnosti k hmotnosti z něj činí důležitý konstrukční materiál umožňující zvýšení užitečného zatížení nebo úspory paliva zejména v dopravním průmyslu.

Pevnost hliníku

Čistý hliník nemá vysokou pevnost v tahu. Nicméně přidání legujících prvků, jako je mangan, křemík, měď a hořčík, může zvýšit pevnostní vlastnosti hliníku a vytvořit slitinu s vlastnostmi přizpůsobenými konkrétním aplikacím.

Hliníkdobře se hodí do chladného prostředí. Oproti oceli má výhodu v tom, že její pevnost v tahu se zvyšuje s klesající teplotou, přičemž si zachovává svou houževnatost. Na druhé straně ocel při nízkých teplotách křehne.

Odolnost hliníku proti korozi

Při vystavení vzduchu se na povrchu hliníku téměř okamžitě vytvoří vrstva oxidu hlinitého. Tato vrstva má vynikající odolnost proti korozi. Je poměrně odolný vůči většině kyselin, ale méně odolný vůči zásadám.

Tepelná vodivost hliníku

Tepelná vodivost hliníku je asi třikrát větší než u oceli. Díky tomu je hliník důležitým materiálem pro chlazení i vytápění, jako jsou výměníky tepla. V kombinaci s tím, že je netoxický, tato vlastnost znamená, že hliník je široce používán ve kuchyňském náčiní a kuchyňském nádobí.

Elektrická vodivost hliníku

Spolu s mědí má hliník dostatečně vysokou elektrickou vodivost pro použití jako elektrický vodič. Přestože vodivost běžně používané vodivé slitiny (1350) je pouze kolem 62 % žíhané mědi, je to jen třetinová hmotnost, a proto může vést dvakrát tolik elektřiny ve srovnání s mědí stejné hmotnosti.

Odrazivost hliníku

Od UV po infračervené, hliník je vynikajícím reflektorem zářivé energie. Viditelná odrazivost světla kolem 80% znamená, že je široce používán ve svítidlech. Stejné vlastnosti odrazivosti činíhliníkideální jako izolační materiál k ochraně před slunečními paprsky v létě, zatímco izoluje proti tepelným ztrátám v zimě.

Tabulka 2Vlastnosti pro hliník.

Mechanické vlastnosti hliníku

Hliník může být vážně deformován bez poruchy. To umožňuje tvarování hliníku válcováním, vytlačováním, tažením, obráběním a dalšími mechanickými procesy. Může být také odléván s vysokou tolerancí.

Legování, zpracování za studena a tepelné zpracování lze využít k přizpůsobení vlastností hliníku.

Pevnost v tahu čistého hliníku je kolem 90 MPa, ale u některých tepelně zpracovatelných slitin může být zvýšena na více než 690 MPa.

Hliníkové standardy

Stará norma BS1470 byla nahrazena devíti normami EN. Normy EN jsou uvedeny v tabulce 4.

Tabulka 4.EN normy pro hliník

Normy EN se liší od staré normy BS1470 v následujících oblastech:

• Chemické složení – nezměněno.
• Systém číslování slitin – nezměněn.
• Označení temperování pro tepelně zpracovatelné slitiny nyní pokrývá širší rozsah speciálních temperací. Až čtyři číslice po T byly zavedeny pro nestandardní aplikace (např. T6151).
• Označení temperování pro tepelně neupravitelné slitiny – stávající temperování se nezměnilo, ale temperování je nyní definováno komplexněji, pokud jde o způsob jejich vytvoření. Měkká (O) tvrdost je nyní H111 a byla zavedena střední tvrdost H112. U slitiny 5251 jsou temperování nyní zobrazeny jako H32/H34/H36/H38 (ekvivalentní H22/H24 atd.). H19/H22 a H24 jsou nyní zobrazeny samostatně.
• Mechanické vlastnosti – zůstávají stejné jako u předchozích obrázků. Na zkušebních certifikátech musí být nyní uvedeno 0,2% Proof Stress.
• Tolerance byly v různé míře zpřísněny.
  

  Tepelné zpracování hliníku

  Na slitiny hliníku lze použít řadu tepelných úprav:

  • Homogenizace – odstranění segregace ohřevem po odlití.
  • Žíhání – používá se po zpracování za studena ke změkčení slitin pro mechanické zpevnění (1XXX, 3XXX a 5XXX).
  • Vytvrzování srážením nebo stárnutím (slitiny 2XXX, 6XXX a 7XXX).
  • Roztokové tepelné zpracování před stárnutím precipitačně vytvrzovaných slitin.
  • Vypalovací pec pro vytvrzování nátěrů
  • Po tepelném zpracování se k číslům označení přidá přípona.
  • Přípona F znamená „jako vyrobeno“.
  • O znamená „žíhané tvářené výrobky“.
  • T znamená, že byl „tepelně zpracován“.
  • W znamená, že materiál byl tepelně zpracován roztokem.
  • H označuje slitiny tepelně neupravitelné, které jsou „zpracované za studena“ nebo „zpevněné deformací“.
  • Tepelně neupravitelné slitiny jsou slitiny ve skupinách 3XXX, 4XXX a 5XXX.