Hliník je nejrozšířenějším kovem na světě a třetím nejrozšířenějším prvkem, který tvoří 8 % zemské kůry. Díky své všestrannosti je hliník nejpoužívanějším kovem po oceli.

Výroba hliníku

Hliník se získává z minerálu bauxit. Bauxit se přeměňuje na oxid hlinitý (aluminu) Bayerovým procesem. Oxid hlinitý se poté přeměňuje 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. Přibližně 22 milionů tun tvoří nový hliník a 7 milionů tun recyklovaný hliníkový šrot. Využití recyklovaného hliníku je ekonomicky i environmentálně výhodné. K výrobě 1 tuny nového hliníku je zapotřebí 14 000 kWh. Naopak k přetavení a recyklaci jedné tuny hliníku je zapotřebí pouze 5 % této energie. Mezi panenským a recyklovaným hliníkovým odpadem není žádný rozdíl v kvalitě.

Aplikace hliníku

ČistýhliníkJe měkký, tvárný, odolný proti korozi a má vysokou elektrickou vodivost. Široce se používá pro fóliové a vodičové kabely, ale pro dosažení vyšší pevnosti potřebné pro jiné aplikace je nutné legování s dalšími prvky. Hliník je jedním z nejlehčích technických kovů s poměrem pevnosti k hmotnosti vyšším než ocel.

Díky využití různých kombinací výhodných vlastností, jako je pevnost, nízká hmotnost, odolnost proti korozi, recyklovatelnost a tvárnost, se hliník používá ve stále větším počtu aplikací. Tato škála produktů sahá od konstrukčních materiálů až po tenké balicí fólie.

Označení slitin

Hliník se nejčastěji leguje s mědí, zinkem, hořčíkem, křemíkem, manganem a lithiem. Přidávají se také malé přísady chromu, titanu, zirkonia, olova, bizmutu a niklu a železo je vždy přítomno v malém množství.

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

Tabulka 1.Označení pro tvářené hliníkové slitiny.

U nelegovaných tvářených hliníkových slitin označených 1XXX představují poslední dvě číslice čistotu kovu. Jsou ekvivalentem posledních dvou číslic za desetinnou čárkou, pokud je čistota hliníku vyjádřena s přesností na 0,01 procenta. Druhá číslice označuje změny v limitech nečistot. Pokud je druhá číslice nula, označuje nelegovaný hliník s přirozenými limity nečistot a čísla 1 až 9 označují jednotlivé nečistoty nebo legující prvky.

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

Fyzikální vlastnosti hliníku

Hustota hliníku

Hliník má hustotu přibližně třetinovou oproti oceli nebo mědi, což z něj činí jeden z nejlehčích komerčně dostupných kovů. Díky vysokému poměru pevnosti k hmotnosti je důležitým konstrukčním materiálem, který umožňuje zvýšení užitečného zatížení nebo úsporu paliva, zejména v dopravním průmyslu.

Pevnost hliníku

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

HliníkJe vhodný do chladného prostředí. Oproti oceli má výhodu v tom, že jeho pevnost v tahu se zvyšuje s klesající teplotou a zároveň si zachovává houževnatost. Ocel se naopak při nízkých teplotách stává křehkou.

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 odolná vůči většině kyselin, ale méně odolná vůči zásadám.

Tepelná vodivost hliníku

Tepelná vodivost hliníku je přibližně třikrát vyšší než u oceli. Díky tomu je hliník důležitým materiálem pro chladicí i topné aplikace, jako jsou například výměníky tepla. V kombinaci s netoxickým charakterem se hliník hojně používá ve kuchyňském náčiní a nádobí.

Elektrická vodivost hliníku

Spolu s mědí má hliník dostatečně vysokou elektrickou vodivost pro použití jako elektrický vodič. Ačkoli vodivost běžně používané vodivé slitiny (1350) je pouze asi 62 % vodivosti žíhané mědi, má pouze třetinovou hmotnost, a proto může vést dvakrát více elektřiny ve srovnání s mědí stejné hmotnosti.

Odrazivost hliníku

Od UV po infračervené záření je hliník vynikajícím odrazem zářivé energie. Díky odrazivosti viditelného světla okolo 80 % se hojně používá ve svítidlech. Stejné vlastnosti odrazivosti činíhliníkideální jako izolační materiál na ochranu před slunečním zářením v létě a zároveň na izolaci proti tepelným ztrátám v zimě.

Tabulka 2.Vlastnosti hliníku.

Mechanické vlastnosti hliníku

Hliník lze silně deformovat bez poškození. To umožňuje jeho tváření válcováním, protlačováním, tažením, obráběním a dalšími mechanickými procesy. Lze jej také odlévat s vysokou tolerancí.

K úpravě vlastností hliníku lze využít legování, tváření za studena a tepelné zpracování.

Pevnost v tahu čistého hliníku je kolem 90 MPa, ale u některých tepelně zpracovatelných slitin ji lze zvýšit až na více než 690 MPa.

Hliníkové normy

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

Tabulka 4.Normy EN pro hliník

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

• Chemické složení – beze změny.
• Systém číslování slitin – nezměněn.
• Označení stavu pro zušlechtitelné slitiny nyní pokrývají širší rozsah speciálních stavů. Pro nestandardní aplikace byly zavedeny až čtyři číslice za T (např. T6151).
• Označení stavu pro slitiny nezpracovatelné teplem – stávající stavy se nezměnily, ale stavy jsou nyní komplexněji definovány z hlediska způsobu jejich vytváření. Měkký stav (O) je nyní H111 a byl zaveden střední stav H112. Pro slitinu 5251 jsou stavy nyní zobrazovány jako H32/H34/H36/H38 (ekvivalent H22/H24 atd.). H19/H22 a H24 jsou nyní zobrazovány samostatně.
• Mechanické vlastnosti – zůstávají podobné jako v předchozích hodnotách. Na zkušebních protokolech musí být nyní uvedena mez kluzu 0,2 %.
• Tolerance byly v různé míře zpřísněny.
  

  Tepelné zpracování hliníku

  Na hliníkové slitiny lze aplikovat řadu tepelných zpracování:

  • Homogenizace – odstranění segregace zahřátím po odlití.
  • Žíhání – používá se po tváření za studena ke změkčení zpevňujících slitin (1XXX, 3XXX a 5XXX).
  • Precipitační nebo stárnutí (slitiny 2XXX, 6XXX a 7XXX).
  • Rozpouštěcí tepelné zpracování před stárnutím slitin vytvrzovaných precipitací.
  • Pálení pro vytvrzování nátěrů
  • Po tepelném zpracování se k číslům označení přidá přípona.
  • Přípona F znamená „jak je vyrobeno“.
  • O znamená „žíhané tvářené výrobky“.
  • T znamená, že bylo „tepelně ošetřeno“.
  • W znamená, že materiál byl tepelně zpracován v roztoku.
  • H označuje tepelně nezpracovatelné slitiny, které jsou „tvářeny za studena“ nebo „deformačně zpevněny“.
  • Tepelně nezpracovatelné slitiny patří do skupin 3XXX, 4XXX a 5XXX.