Stopy aluminium a rodzaje stali

Stopy aluminium zazwyczaj mają moduł sprężystości około 70 GPa, który jest około jednego-trzecia modułu sprężystości stopów stali. Dlatego w przypadku danego obciążenia komponent lub zespół wykonany ze stopu aluminium doświadczy większych odkształceń w reżimie elastycznym niż część stalowa o identycznym rozmiarze i kształcie.

W przypadku zupełnie nowych wyrobów metalowych wybór projektowy często zależy od wyboru technologii produkcji. Szczególnie ważne są w tym względzie wytłaczania ze względu na łatwość wytłaczania stopów aluminium, w szczególności serii Al–Mg–Si, w celu tworzenia złożonych profili.

Ogólnie rzecz biorąc, sztywniejsze i lżejsze konstrukcje można osiągnąć ze stopu aluminium niż jest to możliwe w przypadku stali. Na przykład, rozważmy zginanie cienkiego-Rura ścienna: drugi moment powierzchni jest odwrotnie związany z naprężeniem w ścianie rury, tj. naprężenia są niższe dla większych wartości. Drugi moment powierzchni jest proporcjonalny do sześcianki promienia razy grubości ściany, więc zwiększenie promienia (i masy) o 26% doprowadzi do połowy naprężenia ściany. Z tego powodu ramy rowerowe wykonane ze stopów aluminium wykorzystują większe średnice rur niż stal lub tytan w celu uzyskania pożądanej sztywności i wytrzymałości. W inżynierii motoryzacyjnej samochody wykonane ze stopów aluminium wykorzystują ramy kosmiczne wykonane z profili wytłaczanych, aby zapewnić sztywność. Stanowi to radykalną zmianę w stosunku do wspólnego podejścia do obecnego projektowania samochodów stalowych, które zależą od powłoki nadwozia dla sztywności, znanego jako unibody design.

Stopy aluminium są szeroko stosowane w silnikach samochodowych, zwłaszcza w blokach cylindrów i skrzyniach korbowych ze względu na możliwe oszczędności masy. Ponieważ stopy aluminium są podatne na wypaczenie w podwyższonych temperaturach, system chłodzenia takich silników ma kluczowe znaczenie. Techniki produkcyjne i postępy metalurgiczne były również kluczowe dla udanego zastosowania w silnikach samochodowych. W latach sześćdziesiątych aluminiowe głowice cylindrów Corvair zyskały reputację awarii i usuwania gwintów, czego nie widać w obecnych aluminiowych głowicach cylindrów.

Ważnym ograniczeniem strukturalnym stopów aluminium jest ich niższa wytrzymałość zmęczeniowa w porównaniu do stali. W kontrolowanych warunkach laboratoryjnych stale wykazują granicę zmęczenia, czyli amplitudę naprężeń poniżej której nie występują awarie – metal nie nadal osłabia się wraz z dłuższymi cyklami naprężeń. Stopy aluminium nie mają tej niższej granicy zmęczenia i będą nadal osłabiać wraz z ciągłymi cyklami naprężeń. Stopy aluminium są zatem rzadko stosowane w częściach, które wymagają wysokiej wytrzymałości zmęczeniowej w reżimie wysokiego cyklu (więcej niż 107 cykli naprężeń).