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aluminium
I. ASM International. Handbook Committee.TA459.M43 1990 620.1'6 90-115ISBN 0-87170-378-5 (v. 2)SAN 204-7586Printed in the United States of AmericaIntroduction to Aluminum and Aluminum AlloysElwin L. Rooy, Aluminum Company of America

Introduction

ALUMINUM,

the second most plentiful metallic element on earth, became an economic competitor in engineering applications as recently as the end of the 19th century. It was to become a metal for its time. The emergence of three important industrial developments would, by demanding material characteristics consistent with the unique qualities of aluminum and its alloys, greatly benefit growth in the production and use of the new metal.

When the electrolytic reduction of alumina (Al2O3) dissolved in molten cryolite was independently developed by Charles Hall in Ohio and Paul Heroult in France in 1886, the first internal-combustion-engine-powered vehicles were appearing, and aluminum would play a role as an automotive material of increasing engineering value. Electrification would require immense quantities of light-weight conductive metal for long-distance transmission and for construction of the towers needed to support the overhead network of cables which deliver electrical energy from sites of power generation. Within a few decades the Wright brothers gave birth to an entirely new industry which grew in partnership with the aluminium industry development of structurally reliable, strong, and fracture-resistant parts for airframes, engines, and ultimately, formissile bodies, fuel cells, and satellite components.

The aluminum industry's growth was not limited to these developments. The first commercial applications of aluminium were novelty items such as mirror frames, house numbers, and serving trays. Cooking utensils, were also a major early market. In time, aluminum grew in diversity of applications to the extent that virtually every aspect of modern life would be directly or indirectly affected by its use.

Properties.

Among the most striking characteristics of aluminum is its versatility. The range of physical and mechanical properties that can be developed--from refined high-purity aluminum (see the article "Properties of Pure Metals" in this Volume) to the most complex alloys--is remarkable. More than three hundred alloy compositions are commonly recognized, and many additional variations have been developed internationally and in supplier/consumer relationships. Compositions for both wrought and cast aluminum alloys are provided in the article "Alloy and Temper Designation Systems for Aluminum and Aluminum Alloys" that immediately follows.The properties of aluminum that make this metal and its alloys the most economical and attractive for a wide variety of uses are appearance, light weight, fabricability, physical properties, mechanical properties, and corrosion resistance.

Aluminum has a density of only 2.7 g/cm3, approximately one-third as much as steel (7.83 g/cm3), copper (8.93 g/cm3), or brass (8.53 g/cm3). It can display excellent corrosion resistance in most environments, including atmosphere, water (including salt water), petrochemicals, and many chemical systems. The corrosion characteristics of aluminum are examined in detail in Corrosion, Volume 13 of ASM Handbook, formerly 9th Edition Metals Handbook.

Aluminum surfaces can be highly reflective. Radiant energy, visible light, radiant heat, and electromagnetic waves are efficiently reflected, while anodized and dark anodized surfaces can be reflective or absorbent. The reflectance of polished aluminum, over a broad range of wave lengths, leads to its selection for a variety of decorative and functional uses.

Aluminum typically displays excellent electrical and thermal conductivity, but specific alloys have been developed with high degrees of electrical resistivity. These alloys are useful, for example, in high-torque electric motors. Aluminum is often selected for its electrical conductivity, which is nearly twice that of copper on an equivalent weight basis. The requirements of high conductivity and mechanical strength can be met by use of long-line, high-voltage, aluminum steelcoredreinforced transmission cable. The thermal conductivity of aluminum alloys, about 50 to 60% that of copper, is advantageous in heat exchangers, evaporators, electrically heated appliances and utensils, and automotive cylinder heads and radiators.

Aluminum is nonferromagnetic, a property of importance in the electrical and electronics industries. It is nonpyrophoric, which is important in applications involving inflammable or explosive-materials handling or exposure. Aluminum is also nontoxic and is routinely used in containers for foods and beverages. It has an attractive appearance in its natural finish, which can be soft and lustrous or bright and shiny. It can be virtually any color or texture.Some aluminum alloys exceed structural steel in strength. However, pure aluminum and certain aluminum alloys are noted for extremely low strength and hardness.

Aluminum Production

All aluminum production is based on the Hall-Heroult process. Alumina refined from bauxite is dissolved in a cryolite bath with various fluoride salt additions made to control bath temperature, density, resistivity, and alumina solubility. An electrical current is then passed through the bath to electrolyze the dissolved alumina with oxygen forming at and reacting with the carbon anode, and aluminum collecting as a metal pad at the cathode. The separated metal is periodically removed by siphon or vacuum methods into crucibles, which are then transferred to casting facilities where remelt or fabricating ingots are produced.

The major impurities of smelted aluminum are iron and silicon, but zinc, gallium, titanium, and vanadium are typically present as minor contaminants. Internationally, minimum aluminum purity is the primary criterion for defining composition and value. In the United States, a convention for considering the relative concentrations of iron and silicon as the more important criteria has evolved. Reference to grades of unalloyed metal may therefore be by purity alone, for example, 99.70% aluminum, or by the method sanctioned by the Aluminum Association in which standardized Pxxx grades have been established. In the latter case, the digits following the letter P refer to the maximum decimal percentages of silicon and iron, respectively. For example, P1020 is unalloyed smelter-produced metal containing no more than 0.10% Si and no more than 0.20% Fe. P0506 is a grade which contains no more than 0.05% Si and no more than 0.06% Fe. Common P grades range from P0202 to P1535, each of which incorporates additional impurity limits for control purposes.

Refining steps are available to attain much higher levels of purity. Purities of 99.99% are achieved through fractional crystallization or Hoopes cell operation. The latter process is a three-layer electrolytic process which employs molten salt of greater density than pure molten aluminum. Combinations of these purification techniques result in 99.999% purity for highly specialized applications.

Production Statistics.

World production of primary aluminum totaled 17,304 thousand metric tonnes (17.304 × 106 Mg) in 1988 (Fig. 1). From 1978 to 1988, world production increased 22.5%, an annual growth rate of 1.6%. As shown in Fig. 2, the United States accounted for 22.8% of the world's production in 1988, while Europe accounted for 21.7%. The remaining 55.5% was produced by Asia (5.6%), Canada (8.9%), Latin/South America (8.8%), Oceania (7.8%), Africa (3.1%), and others (21.3%). The total U.S. supply in 1988 was 7,533,749 Mg in 1988, with primary productionrepresenting 54% of total supply, imports accounting for 20%, and secondary recovery representing 26% (Fig. 3). The source of secondary production is scrap in all forms, as well as the product of skim and dross processing. Primary and secondary production of aluminum are integrally related and complementary. Many wrought and cast compositions are constructed to reflect the impact of controlled element contamination that may accompany scrap consumption. A recent trend has been increased use of scrap in primary and integrated secondary fabricating facilities for various wroughtproducts, including can sheet.

MAPA CONCEPTUAL EN INGLES

traduccion

aluminio . ASM International. El manual Committee.TA459.M43 1990 620.1'6 90-115ISBN 0-87170-378-5 (v. 2)SAN 204-7586 impreso en los Estados Unidos de Introducción de América a Aluminio Liga Elwin L. Rooy, la Compañía Aluminia de América,
introducción

ALUMINIO, el segundo el elemento metálico más abundante en la tierra, se volvió un competidor económico diseñando las aplicaciones tan recientemente como el fin del siglo 19. Era volverse un metal durante su tiempo. La emergencia de tres desarrollos industriales importantes habría, exigido las características materiales consistentes con las únicas calidades de aluminio y sus aleaciones, grandemente el crecimiento de beneficio en la producción y uso del nuevo metal.

Cuando la reducción electrolítica de alúmina (Al2O3) disolvió en el cryolite fundido se desarrolló independientemente por Charles Hall en Ohio y Paul Heroult en Francia en 1886, los primeros vehículos interior-combustión-artefacto-impulsados estaban apareciendo, y el aluminio jugaría un papel como un material automotor de valor de la ingeniería creciente. La electrificación requeriría el metal conductivo a las inmensas cantidades de luz-peso por la transmisión larga distancia y para la construcción de las torres apoyar la red arriba de cables que entregan la energía eléctrica de los sitios de generación de poder necesitaron. Dentro de unas décadas el Wright los hermanos dieron el nacimiento a una completamente nueva industria que creció en la sociedad con el desarrollo de industria aluminio de estructuralmente partes fiables, fuertes, y fractura-resistentes por las estructuras, los artefactos, y finalmente, para los cuerpos del proyectil, células de combustible, y componentes del satélite.

El crecimiento de la industria del aluminio no se limitó a estos desarrollos. Las primeras aplicaciones comerciales de aluminio eran los artículos de novedad como los marcos del espejo, los números de la casa, y sirviendo las bandejas. Los utensilios cocción también eran un mercado temprano mayor. A tiempo, aluminio creció en la diversidad de aplicaciones a la magnitud que virtualmente cada aspecto de vida moderna sería directamente o indirectamente afectado por su uso.

Las propiedades.

Entre las características más llamativas de aluminio su versatilidad está. El rango de propiedades físicas y mecánicas que pueden desarrollarse--del aluminio de alto-pureza refinada (vea el artículo" las Propiedades de Puros Metales" en este Volumen) a las aleaciones más complejas--es notable. Más del composiciones de las de trescientas del la aleación están se han desarrollado las variaciones adicionales normalmente reconocidas, y muchas internacionalmente el y en las relaciones del vendedor/consumidor. Las composiciones para ambos forjado y lanzamiento que se mantienen las aleaciones de aluminio en el artículo" la Aleación y Sistemas de Designación de Temple Aluminio y las Aleaciones". Las propiedades de aluminio que hace el más barato y atractivo a este metal y a sus aleaciones para una variedad ancha de usos son apariencia, peso ligero, habilidad de tejido, propiedades físicas, propiedades mecánicas, y resistencia de corrosión.

Aluminio tiene una densidad de sólo 2.7 g/cm3, aproximadamente un tercio tanto como acero (7.83 g/cm3), cobre (8.93 g/cm3), o latón (8.53 g/cm3). Puede desplegar la resistencia de corrosión excelente en la mayoría de los ambientes, incluso la atmósfera, el agua (incluso el agua de sal), petroquímico, y muchos sistemas químicos. Se examinan las características de corrosión de aluminio en detalle en la Corrosión, Volumen 13 de Manual de ASM, anteriormente 9 Manual de Metales de Edición.

Las superficies del aluminio pueden ser muy reflexivas. Se reflejan energía radiante, calor ligero, radiante visible, y las olas electromagnéticas eficazmente, mientras los ánodos y las superficies de los ánodos oscuras pueden ser reflexivas o absorbentes. El reflejo de aluminio pulido, encima de un rango ancho de longitudes de la ola, lleva a su selección para una variedad de usos decorativos y funcionales.

Aluminio típicamente los despliegues la conductibilidad eléctrica y termal excelente, pero se han desarrollado las aleaciones específicas con los grados altos de resistividad eléctrica. Por ejemplo, estas aleaciones son útiles en la alto-torsión los motores eléctricos. Aluminio es a menudo seleccionado para su conductibilidad eléctrica que es casi dos veces eso de cobre en una base de peso equivalente. Los requisitos de conductibilidad alta y la fuerza mecánica pueden ser reunidosse por el uso de largo-línea, el alto-voltaje, el cable de transmisión de steelcore dreinforced aluminio. La conductibilidad termal de aleaciones aluminias, aproximadamente 50 a 60% el de cobre, es ventajoso en los cambiadores de calor, evaporadores, los aparatos eléctricamente acalorados y utensilios, y cabezas del cilindro automotores y radiadores.

Aluminio no es ningún ferro magnéticas, una propiedad de importancia en el eléctrico e industrias de la electrónica. Es nonpyrophoric que es importante en aplicaciones que involucran inflamable o explosivo-materiales que manejan o exposición. Aluminio también es no toxico y se usa rutinariamente en los recipientes para las comidas y bebidas. Tiene una apariencia atractiva en su acabado natural que puede ser suave y lustroso o luminoso y brillante. Puede ser virtualmente cualquier color o textura. Algunas aleaciones aluminias exceden el acero estructural en la fuerza. Sin embargo, el puro aluminio y ciertas aleaciones aluminias son nombradas para la fuerza sumamente baja y dureza.

Producción de aluminio
Toda la producción de aluminio es basada adelante el Vestíbulo-Heroult el proceso. Alúmina refinada de la bauxita se disuelve en un baño del cryolite con varios fluoruro que las sumas de sal hicieron se baña temperatura, densidad, resistividad, y solubilidad de alúmina a controlar. Una corriente eléctrica se pasa entonces a través del baño al electrolyze la alúmina disuelta con oxígeno formando a y reaccionando con el ánodo del carbono, y aluminio que colecciona como una almohadilla de metal al cátodo. El metal separado está periódicamente alejado por sifón o métodos del vacío en crisoles que se transfieren entonces a medios modelos dónde remiten o fabricando los lingotes se producen.

Las impurezas mayores de aluminio fundido son férricas y silicio, pero cinc, galio, titanio, y vanadio están típicamente presentes como el contaminants menor. Internacionalmente, pureza aluminia mínima es el criterio primario por definir composición y valor. En los Estados Unidos, una convención para considerado las concentraciones relativas de hierro y silicio como el criterio más importante ha evolucionado. La referencia a las calidades de metal puro puede ser por consiguiente por pureza solo, por ejemplo, 99.70% aluminio, o por el método sancionado por la Asociación Aluminia en que estandarizó las calidades de Pxxx se ha establecido. En el último caso, los dedos que siguen el P de la carta se refieren a los porcentajes decimales máximos de silicio y planchan, respectivamente. Por ejemplo, P1020 es metal fundición-producido puro que contiene ningún más de 0.10% Si y ningún más de 0.20% Fe. P0506 es una calidad que contiene ningún más de 0.05% Si y ningún más de 0.06% Fe. El P común gradúa el rango de P0202 a P1535 cada uno de los cuales corporaciones que la impureza adicional limita para los propósitos del mando.

Los pasos refinando están disponibles lograr muchos niveles superiores de pureza. Se logran Purities de 99.99% a través de cristalización fraccionaria u Hoopes el funcionamiento celular. El último proceso es un tres-capa proceso electrolítico que emplea sal fundido de densidad mayor que el puro aluminio fundido. Las combinaciones de éstos las técnicas de la purificación producen 99.999% pureza para las aplicaciones favorablemente especializadas.

Las Estadísticas de la producción.

La producción Mundial de aluminio primario ascendió a 17,304 mil toneladas métricas (17.304 × 106 Mg) en 1988 (el Fig. 1). De 1978 a 1988, la producción mundial aumentó 22.5%, una tasa de progresión anual de 1.6%. Como mostrado en el Fig. 2, los Estados Unidos respondieron de 22.8% de la producción del mundo en 1988, mientras Europa respondió de 21.7%. El siguiendo siendo 55.5% se produjo por Asia (5.6%), Canadá (8.9%), Latin/South América (8.8%), Oceanía (7.8%), Africa (3.1%), y otros (21.3%). El suministro americano total en 1988 era 7,533,749 Mg en 1988, con producción primaria que representa 54% de suministro total, importaciones que responden de 20%, y recuperación secundaria que representa 26% (el Fig. 3). La fuente de producción secundaria es el trozo en todos los formularios, así como el producto de desnate y proceso de la escoria. El primero y las producciones secundarias de aluminio están integralmente relacionados y complementarios. Muchos forjado y se construyen las composiciones del lanzamiento para reflejar el impacto de contaminación del elemento controlada que puede acompañar el consumo del trozo. Una reciente tendencia se ha aumentado uso de trozo en el primero e integró los medios fabricando secundarios para los varios productos forjados, mientras incluyendo pueden cubrir.