Jak właściwie dobrać stop aluminium

Właściwości aluminium wydają się być powszechnie znane. Sprawa zaczyna się jednak komplikować, kiedy mamy do czynienia z poszczególnymi stopami tego metalu. Cechują je bowiem różne własności wytrzymałościowe, twardość, odporność na korozję i plastyczność. Wybór odpowiedniego stopu jest więc istotny dla całego procesu produkcji, dlatego warto wiedzieć jak go podjąć.

Czyste aluminium to metal, który jest dość miękki i nie posiada wysokiej odporności na rozciąganie. Dlatego w czystej postaci nie jest wykorzystywany np. w budownictwie czy przemyśle. Jego niskie właściwości mechaniczne można jednak zwiększyć poprzez zastosowanie dodatków stopowych, takich jak krzem, magnez, mangan czy miedź. Za ich sprawą możliwa jest produkcja stopów o właściwościach dostosowanych do najróżniejszych zastosowań. By uzyskać materiał cechujący się ponadprzeciętną wytrzymałością, estetyką lub odpornością na oddziaływanie czynników zewnętrznych, wystarczy sięgnąć po odpowiedni stop aluminium.

W zależności od składu, niektóre stopy są uniwersalne, a inne nadają się do ściśle określonych zastosowań. Z tych, które charakteryzuje bardzo dobra odkształcalność wykonuje się cienkie elementy o skomplikowanych kształtach, inne wykazują wysoką odporność na słoną wodę morską, a jeszcze inne świetnie nadają się do obróbki plastycznej. Niektóre ze stopów osiągają swoje docelowe właściwości dopiero po odpowiedniej obróbce cieplnej.

Produkcja wielu rodzajów stopów daje rozmaite możliwości działania, ale też stwarza konieczność oznaczenia i określenia charakterystyki każdego możliwego stopu. Obecnie funkcjonuje kilka głównych systemów identyfikacji stopów, które są uniwersalne i przestrzegane na całym świecie. Aby mieć pewność, że sięgamy po stop o interesujących nas właściwościach, musimy posłużyć się oznaczeniem symbolami chemicznymi, numerycznym lub sygnaturą stosowaną przez międzynarodowe instytucje, takie jak amerykańskie Aluminium Association.

Fot. Sapa Aluminium

Podział:

Stopy aluminium można podzielić według kilku różnych kryteriów. Tak więc stopy dzielą się m.in. na: nieutwardzalne / utwardzalne, odlewnicze / do obróbki plastycznej. Fachowcy najczęściej posługują się podziałem ze względu na skład chemiczny. Kody stopu wyrażone za pomocą czterocyfrowej liczby są uniwersalne i kategoryzują wszystkie możliwe stopy.

PIERWIASTEK STOPOWY KOD STOPU

• Czyste aluminium Seria 1000
• Miedź Seria 2000
• Mangan Seria 3000
• Krzem Seria 4000
• Magnez Seria 5000
• Magnez + krzem Seria 6000
• Cynk Seria 7000
• Inne pierwiastki stopowe Seria 8000

Znajomość takiego systemu podziału i oznaczeń pozwala na szybkie odczytanie charakterystyki stopu zapisaną w prosty sposób:
Seria 1000 – dotyczy aluminium o czystości powyżej 99%. Ma niskie właściwości wytrzymałościowe i bardzo dużą plastyczność. Zastosowanie: architektura, automotive, transport, przemysł spożywczy.
Seria 2000 – określa stopy aluminium z kilkuprocentową zawartością miedzi oraz dodatków magnezu i manganu. Mają dużą wytrzymałość i średnią odporność na korozje. Potocznie zwie się je duraluminium. Zastosowanie: części maszyn.
Seria 3000 – to stopy aluminium z manganem. W odróżnieniu od poprzedniej serii mają niską wytrzymałość, ale bardzo dużą odporność na korozję. Zastosowanie: automotive (elementy wykończeniowe i dekoracyjne), przemysł chemiczny i spożywczy (puszki).
Seria 4000 – obejmuje stopy aluminium z krzemem, tzw. siluminy. Cechują się wysoką wytrzymałością i dobrą odpornością na korozję. Zastosowanie: narzędzia, felgi.
Seria 5000 – definiuje stopy aluminium z magnezem. Te z kolei wykazują średnią wytrzymałość przy bardzo wysokiej odporności na korozję. Nadają się do spawania i anodowania. Zastosowanie: automotive, sprzęt AGD, przemysł budowlany, chemiczny, spożywczy.
Seria 6000 – stopy aluminium zawierające magnez i krzem. Cechą charakterystyczną stopów z tej serii jest bardzo wysoka odporność na korozję i dobra plastyczność. Bardzo szerokie zastosowanie: budownictwo, wyposażenie wnętrz, automotive, meblarstwo, elektronika, oświetlenie, elementy nośne ciężarówek, autobusów, statków, dźwigów, wagonów, mostów i barier, przemysł górniczy, chemiczny, spożywczy i stoczniowy.
Seria 7000 – to stopy aluminium z cynkiem i magnezem. Kiedy podda się je odpowiedniej obróbce cieplnej zyskują najwyższą wytrzymałość spośród wszystkich stopów aluminium. Mają średnią odporność na korozję i nadają się do spawania oraz obróbki skrawaniem. Zastosowanie: w silnie obciążonych elementach konstrukcji i częściach samolotów, elementy maszyn, sprzęt sportowy.
Seria 8000 – określa pozostałe stopy aluminium, czyli wszystkie, które nie zostały ujęte w poprzednich seriach. Ich własności oraz podatność na obróbkę mechaniczną zależą od składu chemicznego.

Fot. Sapa Aluminium

Czym się kierować wybierając stopy aluminium

Wybór właściwego stopu aluminium nie może być przypadkowy. Wszystko zależy od tego, jakiego rodzaju produkt/półprodukt ma zostać wykonany, jaką funkcję ma pełnić i jak długo ma służyć. To jednak nie wszystko. Dla dokonania trafnego wyboru trzeba uwzględnić więcej czynników, takich jak: wytrzymałość, odporność na korozję, podatność na obróbkę mechaniczną, podatność na spawanie lub zgrzewanie, możliwość wykończenia w procesie dekoracyjnego anodowania, ekonomika produkcji czy wykończenie powierzchni.

Ilość zmiennych jakie należy wziąć pod uwagę, a także mnogość stopów aluminium świadczy o tym, że wybór tego właściwego nie należy do najprostszych zadań. – W razie jakichkolwiek wątpliwości warto zwrócić się do fachowca. Nie tylko pomoże prawidłowo odczytać oznaczenia i symbole z tabeli, ale też wesprze swoim doświadczeniem, zada dodatkowe pytania i podpowie co zrobić w sytuacjach niestandardowych. – mówi Michał Karbowy, kierownik produkcji z firmy Sapa, produkującej komponenty na bazie aluminium. – Zdarzają się sytuacje, w których warto wybrać stop o nieco niższej wytrzymałości, ale o lepszej plastyczności, by obniżyć w ten sposób koszty produkcji. – dodaje.

Do wyciskania profili Sapa najczęściej używa stopów utwardzalnych z serii 6000, zawierających krzem i magnez. Wyroby z tego stopu nadają się do większości zastosowań. W niektórych stopach wykorzystywany jest mangan lub chrom w celu zwiększenia ciągliwości i odporności na obciążenia dynamiczne. Dzięki opracowaniu odpowiedniego składu chemicznego i procesu produkcji, już na etapie projektowania komponentu można podwyższać jego właściwości technologiczne i użytkowe oraz zredukować ryzyko występowania wad.

Należy jednak mieć się na baczności i w razie jakichkolwiek wątpliwości pytać o zdanie specjalistów. Zdarzają się bowiem też i niezbyt udane połączenia, np. w niektórych dostępnych na rynku stopach aluminium występuje żelazo – jednak jeśli występuje ono w zbyt dużym stężeniu, może mieć to negatywny wpływ na jakość powierzchni i wydajność produkcji. Opracowanie i wybór odpowiedniego stopu wymaga bowiem fachowej wiedzy, jaką poszczycić się mogą tylko producenci dysponujący rozwiniętymi jednostkami badawczymi.