- Czym są aluminiowe wyroby płaskie
Wyroby płaskie z aluminium i jego stopów należą do najważniejszych grup półwyrobów aluminiowych stosowanych we współczesnym przemyśle. Obejmują one blachy cienkie i grube, taśmy oraz folie aluminiowe różniące się grubością, stanem umocnienia i przeznaczeniem (por. Rys. 1). Dostarczane są najczęściej w postaci arkuszy lub kręgów (zwojów), przeznaczonych do procesów tłoczenia, gięcia, profilowania i cięcia.
Wyroby płaskie znajdują szerokie zastosowanie m.in. w motoryzacji, budownictwie, przemyśle opakowaniowym oraz systemach wymiany ciepła i klimatyzacji (HVAC). Wykorzystuje się je do produkcji elementów karoserii, elewacji i pokryć dachowych, puszek, folii oraz wymienników ciepła. Coraz większe znaczenie mają również zastosowania związane z elektromobilnością, w tym produkcja obudów baterii, płyt chłodzących akumulatory oraz cienkich folii stosowanych w ogniwach litowo-jonowych.
Podstawową technologią ich wytwarzania jest walcowanie na gorąco i na zimno. Walcowanie na gorąco umożliwia znaczną redukcję grubości materiału po odlewaniu, natomiast walcowanie na zimno pozwala uzyskać wysoką dokładność wymiarową, dobrą jakość powierzchni oraz zwiększenie wytrzymałości w wyniku umocnienia odkształceniowego.
- Proces wytwarzania wyrobów płaskich
Produkcja aluminiowych wyrobów płaskich opiera się na procesach walcowania, w których materiał odkształcany jest pomiędzy obracającymi się walcami roboczymi. W kolejnych przepustach następuje zmniejszanie grubości pasma, jego wydłużanie oraz zmiana właściwości mechanicznych materiału (por. Rys. 2).
W klasycznej technologii produkcja rozpoczyna się od odlewania półciągłego metodą Direct Chill (DC), w której otrzymywane są płaskie wlewki przeznaczone do dalszej przeróbki plastycznej. Po homogenizacji materiał trafia do walcowania na gorąco, a następnie do wieloetapowego walcowania na zimno. W zależności od wymagań materiał może być poddawany wyżarzaniu międzyoperacyjnemu lub końcowemu. Ostatnie etapy obejmują cięcie arkuszy lub zwijanie taśm w kręgi.
Blachy grube stosowane są głównie w konstrukcjach nośnych i transporcie, natomiast cienkie blachy i taśmy wykorzystywane są w tłocznictwie, wymiennikach ciepła i produkcji opakowań. Najcieńsze taśmy stanowią wsad do produkcji folii aluminiowej.
Coraz większe znaczenie mają technologie ciągłego odlewania taśm, szczególnie Twin Roll Casting (TRC), w których ciekłe aluminium krzepnie bezpośrednio pomiędzy chłodzonymi walcami. Rozwiązanie to pozwala ograniczyć energochłonność procesu i skrócić ciąg technologiczny produkcji. Zatem w praktyce przemysłowej taśmy zimnowalcowane produkowane są zarówno z wsadu po ciągłym odlewaniu, jak i po walcowaniu na gorąco.
Współczesna produkcja wyrobów płaskich coraz częściej uwzględnia również wykorzystanie aluminium pochodzącego z recyklingu oraz rozwiązania typu closed loop recycling, szczególnie w przemyśle motoryzacyjnym, opakowaniowym i elektromobilności.
- Znaczenie stanu umocnienia i obróbki cieplnej
Właściwości aluminiowych wyrobów płaskich zależą nie tylko od składu chemicznego stopu, ale również od stanu umocnienia materiału. Ten sam stop może wykazywać różne własności mechaniczne w zależności od stopnia odkształcenia i obróbki cieplnej.
W stopach serii 1xxx, 3xxx i 5xxx wzrost wytrzymałości uzyskuje się głównie poprzez umocnienie odkształceniowe podczas walcowania na zimno. Wraz ze wzrostem zgniotu rośnie wytrzymałość i twardość materiału, ale maleje jego plastyczność i podatność do tłoczenia.
Do opisu stopnia umocnienia stosuje się oznaczenia serii H, np.:
• H14 – materiał częściowo umocniony odkształceniowo,
• H24 – materiał częściowo wyżarzony,
Najwyższą plastyczność posiada materiał w stanie O, czyli po wyżarzaniu zmiękczającym.
W stopach utwardzalnych wydzieleniowo, głównie serii 6xxx, istotną rolę odgrywa dodatkowo obróbka cieplna. Stan T4 zapewnia dobrą podatność do tłoczenia, natomiast stan T6 umożliwia uzyskanie wysokiej wytrzymałości po starzeniu. Rozwiązanie to szeroko stosowane jest w produkcji elementów karoserii samochodowych.
- Typowe gatunki stopów dla blach i taśm
Dobór stopu aluminium zależy od wymaganej wytrzymałości, podatności do tłoczenia, odporności korozyjnej oraz jakości powierzchni.
Do produkcji folii i cienkich taśm stosuje się przede wszystkim technicznie czyste aluminium, np. EN AW-1050A, charakteryzujące się wysoką plastycznością.
W wymiennikach ciepła i systemach HVAC szeroko wykorzystywane są stopy serii 3xxx, głównie EN AW-3003 i EN AW-3103.
W architekturze popularny jest EN AW-5005 stosowany na elewacje i elementy dekoracyjne. Duże znaczenie konstrukcyjne mają stopy serii 5xxx, takie jak EN AW-5052 i EN AW-5754, wykorzystywane w transporcie i budowie zbiorników. Stopy tej grupy umacniane są głównie odkształceniowo.
W produkcji puszek szeroko stosowany jest stop EN AW-5182, natomiast nowoczesne blachy karoseryjne wykonywane są często ze stopów serii 6xxx, takich jak EN AW-6016 i EN AW-6111, utwardzanych wydzieleniowo po procesie tłoczenia.
Współczesny rozwój wyrobów płaskich obejmuje również specjalistyczne stopy projektowane pod konkretne zastosowania, np. wysokoformowalne stopy Al-Mg dla motoryzacji, materiały o podwyższonej odporności korozyjnej dla systemów chłodzenia baterii oraz stopy przeznaczone do głębokiego tłoczenia opakowań i zamknięć aluminiowych.
- Tolerancje wymiarowe i jakość powierzchni
Jakość aluminiowych wyrobów płaskich oceniana jest na podstawie grubości, płaskości, falistości oraz stanu powierzchni. Szczególnie wysokie wymagania dotyczą blach przeznaczonych do tłoczenia elementów karoserii, produkcji opakowań oraz elementów architektonicznych, w których kontrolowane są parametry takie jak tłoczność, anizotropia oraz chropowatość powierzchni.
Standardową powierzchnią wyrobów walcowanych jest tzw. powierzchnia mill finish. W nowoczesnych walcowniach stosuje się również walce teksturowane poprawiające topografię powierzchni oraz zachowanie materiału podczas tłoczenia i lakierowania. Oprócz standardowej powierzchni walcowanej stosuje się także powierzchnie odtłuszczone oraz fakturowane typu stucco, przypominające strukturę „skórki pomarańczy”.
W przypadku blach przeznaczonych do anodowania lub lakierowania szczególne znaczenie ma czystość powierzchni i odpowiednie przygotowanie materiału przed dalszą obróbką. Coraz większe znaczenie ma także powtarzalność właściwości mechanicznych i chemicznych materiału oraz stabilność parametrów procesu, szczególnie w zastosowaniach motoryzacyjnych, opakowaniowych i związanych z elektromobilnością.
- Zastosowania wyrobów płaskich
Aluminiowe wyroby płaskie znajdują zastosowanie w motoryzacji, budownictwie, przemyśle opakowaniowym, HVAC i elektrotechnice (por. Rys. 3).
W motoryzacji stosowane są do produkcji elementów karoserii i lekkich komponentów konstrukcyjnych. W budownictwie wykorzystywane są na elewacje, pokrycia dachowe i elementy dekoracyjne.
Przemysł opakowaniowy wykorzystuje cienkie blachy i folie do produkcji puszek, tacek i opakowań spożywczych. W systemach HVAC aluminium stosowane jest do produkcji wymienników ciepła i klimatyzatorów, natomiast w elektrotechnice – do przewodów, uzwojeń i kondensatorów.
Coraz większe znaczenie mają również zastosowania związane z elektromobilnością. Aluminiowe blachy i taśmy wykorzystywane są do produkcji obudów baterii, płyt chłodzących akumulatory, elementów systemów zarządzania temperaturą oraz cienkich folii stosowanych w ogniwach litowo-jonowych. W aplikacjach tych szczególnie istotne są wysoka jakość powierzchni, bardzo dobra podatność do tłoczenia oraz stabilność właściwości mechanicznych materiału.
- Normy dotyczące blach i taśm
Produkcja i odbiór aluminiowych wyrobów płaskich podlegają wymaganiom norm europejskich i międzynarodowych określających skład chemiczny stopów, stany umocnienia, tolerancje wymiarowe oraz wymagania jakościowe.
Do najważniejszych norm należą:
• EN 573 – skład chemiczny i oznaczenia stopów aluminium,
• EN 515 – oznaczenia stanów umocnienia,
• seria EN 485 – blachy, taśmy i płyty z aluminium i stopów aluminium,
• seria EN 546 – folie aluminiowe,
• ASTM B209 – norma dotycząca blach i płyt aluminiowych.
