Aluminium i jego stopy przetwarza się na szeroką gamę wyrobów o zróżnicowanych kształtach, własnościach i zastosowaniach. Forma wyrobu jest bezpośrednio związana z zastosowaną technologią produkcji – procesem odlewania lub przeróbką plastyczną – które determinują strukturę, dokładność wymiarową oraz możliwości dalszej obróbki.
Przeróbka plastyczna metali polega na trwałej zmianie kształtu materiału pod wpływem działających sił zewnętrznych w stanie stałym, bez naruszenia jego ciągłości. Do podstawowych procesów przeróbki plastycznej aluminium należą: wyciskanie, kucie, walcowanie, ciągnienie i tłoczenie – technologie te w największym stopniu determinują postać profili, prętów, blach, rur, folii oraz cienkościennych wyrobów przestrzennych, które omówiono poniżej.
Aluminiowe wyroby przerabiane plastycznie
Wyroby wyciskane – profile, pręty i rury – wytwarzane w procesie wyciskania wlewków, najczęściej o przekroju okrągłym, na wielotonowych prasach przez specjalnie zaprojektowany otwór matrycy, zapewniający pożądany przekrój wyrobu gotowego. Produkowane są w postaci prętów, rur i profili o przekroju okrągłym, kwadratowym lub specjalnym; wytwarzane również w procesie wyciskania ciągłego (Conform) (Rys. 1).
Najczęściej stosowane gatunki stopów w procesach wyciskania aluminium obejmują:
• EN AW-6060, EN AW-6063 (AlMgSi) – stopy o bardzo dobrej podatności na wyciskanie, stosowane do profili konstrukcyjnych, ram okiennych i elementów pojazdów;
• EN AW-6082 (AlMgSiMn) – o wyższej wytrzymałości, używany w konstrukcjach nośnych i częściach maszyn;
• EN AW-2011, EN AW-2030 (AlCuBiPb) – stopy automatowe, łatwo skrawalne, do prętów obrabianych mechanicznie;
• EN AW-7075 (AlZnMgCu) – stop wysokowytrzymały do zastosowań lotniczych i sportowych.
Aluminiowe wyroby wyciskane opisane są m.in. w serii norm PN-EN 755, PN-EN 12020, ISO 6362 i innych.
• Kucie matrycowe i rzadziej swobodne – odkuwki – wyroby wytwarzane głównie w procesach kucia matrycowego, w których metal odkształcany jest w formach (matrycach) nadających odkuwce precyzyjny i powtarzalny kształt. Proces prowadzony jest na gorąco przy użyciu pras, umożliwiając uzyskanie detali o podwyższonych własnościach wytrzymałościowych i zmęczeniowych (Rys. 2).
Najczęściej stosowane gatunki stopów w procesach kucia aluminium obejmują:
• EN AW-2024 (AlCuMg) – stop wysokowytrzymały stosowany w elementach lotniczych i motoryzacyjnych podlegających dużym obciążeniom;
• EN AW-2219 (AlCuMgAg) – stop o podwyższonej odporności cieplnej, używany w przemyśle lotniczym i kosmicznym;
• EN AW-5083 (AlMgMn) – stop o bardzo dobrej odporności korozyjnej i spawalności, stosowany w przemyśle morskim i chemicznym;
• EN AW-6082 (AlMgSiMn) – uniwersalny stop konstrukcyjny o dobrej podatności na kucie, używany w częściach maszyn i komponentach transportowych.
Aluminiowe wyroby kute opisane są m.in. w serii norm PN-EN 586, PN-EN 603 i innych.
• Walcowanie wyrobów płaskich – blachy, taśmy, folie – powstają w procesach walcowania na gorąco i/lub na zimno. Walcowanie na gorąco prowadzi się w celu redukcji grubości pasma i rozdrobnienia ziarna po odlewie, natomiast walcowanie na zimno – dla zwiększenia wytrzymałości, dokładności wymiarowej i gładkości powierzchni. Najcieńsze taśmy stanowią wsad do produkcji folii aluminiowej (< 0,2 mm), szeroko stosowanej w przemyśle opakowaniowym, spożywczym i farmaceutycznym (Rys. 3).
Najczęściej stosowane gatunki stopów w procesach walcowania wyrobów płaskich z aluminium obejmują:
• EN AW-1050A (Al ≥ 99,5%) – czyste aluminium o bardzo dobrej plastyczności i odporności korozyjnej, stosowane na folie, taśmy, elementy dekoracyjne i przewodzące;
• EN AW-3003 (AlMn1Cu) – stop o dobrej formowalności i odporności korozyjnej, używany w wymiennikach ciepła, karoseriach i pojemnikach;
• EN AW-5005, EN AW-5052 (AlMg) – stopy o podwyższonej wytrzymałości i dobrej spawalności, wykorzystywane w architekturze, zbiornikach i elementach konstrukcyjnych;
• EN AW-5182 (AlMgMn) – stosowany do wieczek puszek i cienkościennych elementów tłoczonych wymagających dobrej plastyczności.
Aluminiowe wyroby płaskie walcowane opisane są m.in. w seriach norm PN-EN 485, PN-EN 546, ISO 6361, ASTM B209 i innych.
• Walcowanie profilowe – walcówka okrągła – półprodukt w postaci pręta o małej średnicy (najczęściej 9,5 mm), wytwarzany w procesie walcowania na gorąco i stanowiący wsad do dalszej przeróbki plastycznej, głównie ciągnienia. Walcówka aluminiowa charakteryzuje się dobrą czystością powierzchni, plastycznością i wysoką przewodnością elektryczną, dzięki czemu jest szeroko stosowana w elektrotechnice i energetyce (Rys. 4).
Najczęściej stosowane gatunki stopów w procesach walcowania aluminium obejmują:
• EN AW-1350 (Al ≥ 99,5%) – czyste aluminium o wysokiej przewodności, stosowane na druty i przewody elektroenergetyczne;
• EN AW-1370 (Al ≥ 99,7%) – o najwyższej przewodności, używane w uzwojeniach i szynach prądowych;
• EN AW-6101, EN AW-6201 (AlMgSi) – stopy przewodzące o podwyższonej wytrzymałości, stosowane na przewody napowietrzne.
Aluminiowa walcówka opisana jest m.in. w serii norm PN-EN 1715, ASTM B233 i innych.
• Proces ciągnienia – druty, rury – polega na przeciąganiu materiału przez ciągadło w celu zmniejszenia jego średnicy oraz poprawy dokładności wymiarowej, gładkości powierzchni i własności mechanicznych. Proces realizowany jest na zimno, najczęściej jako etap wykańczający po walcowaniu lub wyciskaniu, i umożliwia uzyskanie drutów o bardzo małych średnicach oraz rur cienkościennych o wysokiej precyzji wymiarowej (Rys. 5).
Najczęściej stosowane gatunki stopów w procesach ciągnienia aluminium obejmują:
• EN AW-1050A, EN AW-1350 (Al ≥ 99,5%) – czyste aluminium o wysokiej przewodności elektrycznej, stosowane do drutów i przewodów elektroenergetycznych;
• EN AW-3003, EN AW-3103 (AlMn) – stopy o dobrej plastyczności i odporności korozyjnej, używane do cienkościennych rur w wymiennikach ciepła i instalacjach chłodniczych;
• EN AW-6060, EN AW-6063 (AlMgSi) – stopy o dobrej podatności na ciągnienie, wykorzystywane do rur konstrukcyjnych i przewodów ciśnieniowych;
• EN AW-5083 (AlMgMn) – stop o podwyższonej odporności korozyjnej, stosowany w instalacjach morskich, chemicznych i kriogenicznych.
Aluminiowe wyroby ciągnione opisane są m.in. w serii norm PN-EN 754, PN-EN 1301, PN-EN 2070, PN-EN 50182, IEC 62641; ASTM B210, ASTM B483 i innych.
• Tłoczenie blach – wyroby przestrzenne – polega na nadawaniu płaskim arkuszom lub taśmom aluminiowym określonego kształtu przestrzennego poprzez odkształcenie plastyczne z użyciem stempli i matryc tłoczących. W zależności od głębokości i złożoności kształtu stosuje się procesy tłoczenia płytkiego, głębokiego lub kombinowanego z wycinaniem i gięciem. Metoda ta umożliwia wytwarzanie cienkościennych, lekkich i sztywnych elementów o wysokiej dokładności wymiarowej (Rys. 6).
Najczęściej stosowane gatunki stopów w procesach tłoczenia aluminium obejmują:
• EN AW-1050A, EN AW-1200 (Al ≥ 99,5%) – czyste aluminium o bardzo dobrej plastyczności, stosowane do tłoczenia pokryw, naczyń i elementów dekoracyjnych;
• EN AW-3003, EN AW-3103 (AlMn) – stopy o dobrej podatności na tłoczenie, wykorzystywane do puszek, pojemników i elementów karoserii;
• EN AW-5052, EN AW-5182 (AlMg) – stopy o większej wytrzymałości i odkształcalności, używane do wieczek i den puszek, obudów i pokryw technicznych;
• EN AW-6016, EN AW-6111 (AlMgSi) – stopy utwardzalne wydzieleniowo, stosowane do tłoczenia elementów karoserii samochodowych, pokryw i paneli zewnętrznych.
Aluminiowe wyroby tłoczone opisane są m.in. w serii norm DIN-EN 1669, ISO 11531 i innych.
Podsumowanie
Różnorodność gatunków aluminium i szeroka gama form wyrobów pozwalają na ich zastosowanie niemal w każdej dziedzinie nowoczesnego przemysłu – od lekkich konstrukcji lotniczych, przez opakowania, po elementy maszyn i urządzeń codziennego użytku. Kluczem do właściwego doboru pozostaje znajomość właściwości poszczególnych serii stopów oraz zasad ich przetwarzania w określonych technologiach.
