EN
Profily z hliníkové slitiny jsou dostupné v různých tvarech, které jsou vytlačovány nebo tvarovány procesy, při kterých se hliník míchá s jinými prvky za účelem zlepšení jeho fyzikálních vlastností. Složení slitiny má velký význam pro určení oblastí jejího použití. Používáme je všude – od konstrukčních komponent letadel až po okenní rámy v rodinných domech. Výzkum v oblasti materiálového inženýrství ukazuje, že při přidání 1 až 5 procent určitých kovů, jako je měď, hořčík nebo křemík, se děje něco pozoruhodného. Výsledkem je nárůst mezikluzu o 200 až 400 procent ve srovnání s běžným hliníkem. Tato možnost přizpůsobení umožňuje konstruktérům doladit vlastnosti profilů tak, aby lépe odolávaly namáhání, déle odolávaly korozi a zároveň zůstávaly snadno zpracovatelné během výroby.
Hlavní legující prvky plní různé funkce:
| Prvek | Hlavní funkce | Běžné řady slitin |
|---|---|---|
| Měď (Cu) | Zvyšuje pevnost pomocí vylučovacího vytvrzení | 2xxx (např. 2024) |
| Hořčík (Mg) | Zlepšuje svařitelnost a odolnost proti deformaci | 5xxx, 6xxx |
| Křemík (Si) | Zvyšuje tekutost pro procesy tvárného zpracování | 4xxx, 6xxx |
| Zink (Zn) | Zvyšuje mezi pevnosti | 7xxx (např. 7075) |
Mangan a chrom jsou často přidávány v menších množstvích (<1 %) ke zjemnění zrnité struktury nebo ke zlepšení odolnosti proti napěťové korozi.
Interakce mezi prvky vytváří synergické efekty. Například:
Každá řada představuje úmyslný kompromis mezi obráběností, odolností proti vnějším vlivům a nosnou kapacitou.
Hliníkové profily vykazují značně odlišnou mez pevnosti v tahu v závislosti na jejich třídě. Vezměme si například 7075-T6, která má působivý rozsah 540 až 570 MPa. To ji činí zhruba o polovinu silnější než slitiny 6061-T6 s hodnotami mezi 240 a 310 MPa a téměř dvojnásobně odolnější než třída 6063-T5 s hodnotami kolem 175 až 215 MPa. Tyto rozdíly v pevnosti hrají velkou roli při výběru materiálu pro konkrétní účely. Letecký průmysl výrazně spoléhá na slitinu 7075 pro kritické konstrukční díly křídel právě kvůli této vyšší pevnosti. Mezitím si lodníci často vybírají slitinu 6061 pro námořní konstrukce, kde hraje roli nejen pevnost, ale také odolnost proti korozi. Architekti dávají přednost slitině 6063 například pro okenní rámy a jiné konstrukční prvky, které nevyžadují extrémní únosnost. Velký vliv má také způsob tepelného zpracování slitin po výrobě. Pokud slitina 6061 projeví umělé stárnutí namísto samovolného přirozeného stárnutí, mez kluzu se zvýší zhruba o 30 %, což vysvětluje, proč si mnozí výrobci dělají starosti s tímto dodatečným krokem navzdory nákladům.
Odolnost hliníku proti korozi závisí opravdu na tom, jaké jiné kovy jsou do něj smíseny. Vezměme si řadu 6xxx, jako je 6061 a 6063 – tyto slitiny vytvářejí silicid hořčíku, což jim poskytuje vynikající ochranu proti atmosférické korozi. Proto se často používají v budovách v blízkosti pobřeží, kde by slaný vzduch jinak ničil jiné materiály. Na druhou stranu, slitina 7075 obsahuje hodně zinku, takže v prostředí se slanou vodou potřebuje dodatečnou ochranu prostřednictvím povlaků nebo nátěrů. Pokud jde o tepelnou vodivost, situace je téměř obrácená. Třída 6061 vede teplo poměrně dobře, a to zhruba 167 wattů na metr kelvin, což z ní činí dobrou volbu pro věci jako jsou chladiče pro počítače. Slitina 7075 však není tak účinná, pouze okolo 130 W/mK. Pokud někdo požaduje maximální vodivost, tak čistý hliník z řady 1xxx dosahuje 220 W/mK, ale upřímně řečeno, téměř nikdo tento materiál nepoužívá, protože nemá dostatečnou mechanickou odolnost vůči namáhání.
Poměr hmotnosti k pevnosti se stal klíčovým faktorem při moderním inženýrském návrhu a v tomto ohledu hliníkové slitiny výrazně převyšují ocel, které často dosahují výkonového zlepšení o 200 až 300 procent. Nedávný výzkum z roku 2023 ukazuje, jak konkrétní třídy, jako je hliník 7075, dosahují přibližně 175 MPa na gram na kubický centimetr, zatímco nerezová ocel zvládne pouze okolo 62 MPa ve stejném měřítku. Není divu, že letecké společnosti v poslední době nahrazují ocelové spojovací prvky těmito vysokovýkonnými hliníkovými díly. Tato výměna obvykle sníží celkovou hmotnost přibližně o 40 procent a přitom stále odolává smykovému napětí. Tento trend pokračuje i v automobilových aplikacích, kdy mnoho výrobců využívá kovaný hliník 6061 pro brzdové třmeny. Tato změna pomáhá snížit to, co inženýři označují jako neodpruženou hmotnost, o přibližně 35 procent ve srovnání s tradičními litinovými alternativami, což má skutečný dopad na řiditelnost vozidla a účinnost spotřeby paliva.
| Slitina | Tlaková pevnost (Mpa) | Modul pružnosti (Mpa) | Délkové prodloužení (%) | Tepelná vodivost (W/m·k) |
|---|---|---|---|---|
| 6061-T6 | 240—310 | 145—275 | 7—15 | 167 |
| 6063-T5 | 175—215 | 110—190 | 6—12 | 201 |
| 7075-T6 | 540—570 | 470—505 | 2—10 | 130 |
Tato tabulka zdůrazňuje hlavní kompromisy: vyšší pevnost souvisí s nižší houževnatostí a nižším tepelným výkonem. Inženýři vybírají slitiny podle důležitosti – 7075 pro maximální únosnost, 6063 pro řízení tepla a 6061 pro vyvážené vlastnosti.
Díky těmto pokročilým technikám extruze mohou hliníkové profily dnes vytvářet opravdu složité tvary. Většina výrobců stále využívá horké metody extruze, při kterých ohřívají hliníkové ingoty a poté je protlačují speciálně navrženými matricemi při teplotě kolem 450 stupňů Celsia. Tento proces je vynikající pro výrobu různorodých složitých konstrukcí včetně dutých profilů, návrhů s více komorami a velmi tenkých stěn potřebných například pro solární panely nebo skříně baterií elektromobilů. Podle nejnovějších údajů z Ročenky aplikací hliníku v automobilovém průmyslu za rok 2024 se také nejnovější vylepšení technologie matric stala opravdu působivými. Mluvíme o dosažení tolerance až ±0,1 milimetru u dílů, které musí v dnešních autech odolávat významným zatížením.
Materiáloví inženýři optimalizují hliníkové slitiny úpravou obsahu hořčíku (0,5—1,5 %), křemíku (0,2—0,8 %) a zinku (4—6 %) podle požadovaných výkonových parametrů. Profily pro architekturu využívají korozivzdornou slitinu 6063-T6, zatímco pro letecké aplikace je zapotřebí slitiny 7075-T651 s pevností v tahu 540 MPa. Strategická úprava slitin snižuje odpad z materiálu o 18—22 % ve srovnání s obecnými přístupy (International Aluminum Institute 2023).
Následné zpracování po exstruzi výrazně zvyšuje výkonnost profilů:
V kombinaci s CNC obráběním tyto procesy umožňují, aby hliníkové profily splňovaly normy ISO 9001:2015 a zároveň měly recyklovatelnost přesahující 95 % napříč průmyslovými odvětvími.
Hliníkové profily se v dnešní době výrazně uplatňují z hlediska konstrukční odolnosti budov díky své vysoké odolnosti proti korozi a skvělé pevnosti při nízké hmotnosti. Mnoho architektů začalo tyto profily používat ve svých projektech například pro fasádní systémy, solární clony nebo dokonce modulární konstrukční systémy. Velmi si cení jejich designovou pružnost a také to, že jsou v podstatě samoudržitelné. Tato kombinace výhod ve skutečnosti výrazně zvýšila poptávku. Podle světového architektonického sčítání se trh s hliníkem ve stavebnictví mezi lety 2022 a 2023 zvýšil přibližně o 22 %. Z hlediska udržitelnosti je obzvlášť atraktivní jejich přínos pro energetickou účinnost. Pokud se použijí v systémech tepelně izolovaných oken, mohou snížit zatížení vytápění a chlazení o 15 % až 30 % ve srovnání s tradičními stavebními materiály.
Použití lehkých hliníkových slitin výrazně zvyšuje účinnost dopravy. Podle průzkumu SAE z minulého roku se při snížení hmotnosti vozidel o přibližně 10 % sníží spotřeba paliva o 6 až 8 procent. Výrobci automobilů často využívají slitiny řady 6000 pro výrobu komponentů, jako jsou systémy řízení nárazu a skříně baterií elektromobilů. Mezitím letecký průmysl dává přednost pevnějším materiálům, jako je hliník třídy 7075, pro kritické konstrukční prvky, jako jsou křídla letadel a konstrukce podvozků. Tato redukce hmotnosti také skutečně přináší výsledky – novější letadla Airbus A350 produkují přibližně o 25 % méně emisí na jednoho pasažéra a míli ve srovnání se staršími modely letadel. Vzhledem k tomu, že se ekologická nařízení v různých odvětvích stále zpřísňují, více společností přechází na extrudované hliníkové díly pro návrhy svých podvozků, protože tak mohou snížit svou uhlíkovou stopu a zároveň zajistit dostatečnou bezpečnost pro každodenní použití.
V současné době závisí většina zařízení využívajících obnovitelné zdroje energie na extrudovaných hliníkových profilech, protože vykazují vynikající odolnost proti náročným klimatickým podmínkám. Vezměme si například větrné elektrárny – jejich lopatky často obsahují nosné hliníkové překlady, které snižují hmotnost, aniž by byla obětována tuhost. Podle výzkumu NREL zveřejněného v minulém roce tato konstrukční úprava skutečně zvyšuje výrobu energie přibližně o 8 %. Pokud jde o solární elektrárny, inženýři dávají přednost montážním systémům vyrobeným z regálů z slitiny 6063-T5, protože tyto materiály odolávají jak poškození slanou vodou, tak škodlivému působení UV záření v průběhu času. V případě novějších vývojových trendů v oblasti energie oceánu vidíme podobné tendence u vývoje přílivových elektráren, které výrazně spoléhají na speciální hliník námořní třídy pro výrobu všeho od komor pro plovoucí zařízení až po nosné konstrukce. Průmyslové zprávy naznačují, že poptávka po hliníkových komponentech ve všech formách zelené infrastruktury by mohla růst výrazným tempem téměř 18 % ročně do roku 2030, protože firmy nadále investují do udržitelných řešení.
To, co činí hliník tak udržitelným, je jeho snadná recyklovatelnost znovu a znovu. Když přetavíme starý hliník, spotřebuje se pouze přibližně 5 procent energie potřebné na výrobu nového hliníku z rudy. Celkem působivé, že? Asi tři čtvrtiny veškerého vyrobeného hliníku v historii se stále někde používají, čímž vzniká téměř dokonalý materiálový koloběh. Studie analyzující celý životní cyklus hliníkových výrobků odhalují také šokující zjištění. Podle průmyslových zpráv z roku 2023 recyklovaný hliník vyprodukuje zhruba o 95 procent méně oxidu uhličitého ve srovnání s výrobou nového hliníku z bauxitové rudy. I když jsou budovy strženy nebo auta doslouží svůj život, hliníkové díly si uchovávají svou hodnotu. Mluvíme zde o přibližně 50 milionech tun hliníku, které každoročně uniknou skládkám. Právě díky takovému potenciálu recyklace hliník hraje významnou roli při pomáhání výrobcům dosahovat přísných cílů tzv. neutrální uhlíkové rovnováhy (net zero), které si nedávno stanovili.
Hliníkové slitiny běžně obsahují prvky jako měď, hořčík, křemík a zinek, z nichž každý přispívá k odlišným vlastnostem, jako je pevnost, svařitelnost a odolnost proti korozi.
Poměr hmotnosti k pevnosti je klíčový, protože umožňuje, aby hliníkové slitiny poskytovaly výrazná vylepšení výkonu oproti jiným materiálům, jako je ocel, a to tak, že snižují hmotnost konstrukcí a zároveň udržují požadovanou pevnost.
Recyklace hliníku je velmi udržitelná, protože vyžaduje pouze přibližně 5 % energie ve srovnání s výrobou nového hliníku z rudy, čímž výrazně snižuje emise oxidu uhličitého a šetří přírodní zdroje.
Aplikace jako letectví, automobilový průmysl, stavebnictví a systémy využívající obnovitelné zdroje energie těží z hliníkových slitin díky jejich pevnosti, odolnosti proti korozi a nízké hmotnosti.
Komplexní řešení integrující výzkum a vývoj, výrobu, prodej a řízení dodavatelského řetězce.
