Aliaje de aluminiu comparativ cu tipurile de oțel

Aliajele de aluminiu au, de obicei, un modul elastic de aproximativ 70 GPa, care este de aproximativ unul-a treia parte din modulul elastic al aliajelor de oțel. Prin urmare, pentru o anumită sarcină, o componentă sau unitate realizată dintr-un aliaj de aluminiu va experimenta o deformare mai mare în regimul elastic decât o componentă din oțel de dimensiuni și formă identice.

Cu produse metalice complet noi, alegerile de design sunt adesea guvernate de alegerea tehnologiei de fabricație. Extrudările sunt deosebit de importante în acest sens, datorită ușurinței cu care aliajele de aluminiu, în special seria Al–Mg–Si, pot fi extrudate pentru a forma profile complexe.

În general, cu aliaj de aluminiu se pot realiza modele mai rigide și mai ușoare decât este fezabil cu oțelurile. De exemplu, luați în considerare îndoirea unui subțire-Tub cu perete: al doilea moment de suprafață este invers legat de stresul din peretele tubului, adică tensiunile sunt mai mici pentru valori mai mari. Al doilea moment de suprafață este proporțional cu cubul razei ori grosimea peretelui, astfel mărirea razei (și greutății) cu 26% va duce la o înjumătățire a stresului peretelui. Din acest motiv, cadrele pentru biciclete din aliaje de aluminiu utilizează diametre mai mari ale tuburilor decât oțelul sau titanul pentru a obține rigiditatea și rezistența dorită. În ingineria auto, automobilele fabricate din aliaje de aluminiu utilizează cadre spațiale realizate din profile extrudate pentru a asigura rigiditatea. Aceasta reprezintă o schimbare radicală față de abordarea comună pentru designul actual al mașinilor din oțel, care depind de carcasele caroseriei pentru rigiditate, cunoscută sub numele de design unibody.

Aliajele de aluminiu sunt utilizate pe scară largă în motoarele auto, în special în blocurile cilindrice și cartelele datorită economiilor de greutate posibile. Deoarece aliajele de aluminiu sunt susceptibile la deformare la temperaturi ridicate, sistemul de răcire al acestor motoare este critic. Tehnicile de fabricație și progresele metalurgice au fost, de asemenea, esențiale pentru aplicarea cu succes în motoarele auto. În anii 1960, capetele cilindrice din aluminiu ale Corvair au câștigat o reputație pentru defectarea și dezmembrarea filetelor, ceea ce nu este observat la capetele cilindrice din aluminiu actuale.

O limitare structurală importantă a aliajelor de aluminiu este rezistența lor la oboseală mai mică în comparație cu oțelul. În condiții controlate de laborator, oțelurile prezintă o limită de oboseală, care este amplitudinea stresului sub care nu apar defecțiuni – metalul nu continuă să slăbească odată cu ciclurile extinse de stres. Aliajele de aluminiu nu au această limită inferioară de oboseală și vor continua să slăbească odată cu ciclurile de stres continue. Prin urmare, aliajele de aluminiu sunt utilizate puțin în piese care necesită o rezistență ridicată la oboseală în regimul ciclului ridicat (mai mult de 107 cicluri de tensiune).