Aluminiumlegeringar jämfört med ståltyper

Aluminiumlegeringar har vanligtvis en elastisk modul på ca 70 GPa, vilket är ungefär en-tredjedel av stållegeringens elastiska modul. För en given belastning kommer därför en komponent eller enhet tillverkad av en aluminiumlegering att uppleva en större deformation i det elastiska systemet än en ståldel av identisk storlek och form.

Med helt nya metallprodukter styrs designvalen ofta av valet av tillverkningsteknik. Extruderingar är särskilt viktiga i detta avseende eftersom aluminiumlegeringar, särskilt Al–Mg–Si-serien, lätt kan extruderas för att bilda komplexa profiler.

Generellt sett kan styvare och lättare konstruktioner uppnås med aluminiumlegering än vad som är möjligt med stål. Till exempel, överväga böjningen av en tunn-vägg rör: det andra momentet av området är omvänt relaterat till spänningen i rörväggen, dvs spänningarna är lägre för större värden. Det andra momentet av området är proportionellt mot kuben av radien gånger väggtjockleken, vilket innebär att en ökning av radien (och vikten) med 26% leder till en halvering av väggspänningen. Därför använder cykelramar av aluminiumlegeringar större rördiametrar än stål eller titan för att ge önskad styvhet och styrka. Inom fordonsindustrin använder bilar av aluminiumlegeringar utrymmesramar av extruderade profiler för att säkerställa styvhet. Detta innebär en radikal förändring från det gemensamma tillvägagångssättet för nuvarande stålbilsdesign, som är beroende av karossens skal för styvhet, så kallad unibody design.

Aluminiumlegeringar används ofta i fordonsmotorer, särskilt i cylinderblock och vevhus tack vare de viktbesparingar som är möjliga. Eftersom aluminiumlegeringar är känsliga för förvrängning vid höga temperaturer är kylsystemet för sådana motorer kritiskt. Tillverkningstekniker och metallurgiska framsteg har också varit avgörande för den framgångsrika tillämpningen i fordonsmotorer. På 1960-talet fick Corvair aluminiumcylinderhuvuden rykte om sig för fel och borttagning av gängor, vilket inte syns i nuvarande aluminiumcylinderhuvuden.

En viktig strukturell begränsning av aluminiumlegeringar är deras lägre utmattningsstyrka jämfört med stål. Under kontrollerade laboratorieförhållanden uppvisar stål en utmattningsgräns, vilket är den spänningsintensitude under vilken inga fel uppstår – metallen fortsätter inte att försvagas med förlängda spänningscykler. Aluminiumlegeringar har inte denna lägre utmattningsgräns och kommer att fortsätta att försvagas med fortsatta spänningscykler. Aluminiumlegeringar används därför sällan i delar som kräver hög utmattningshållfasthet under höga cykelförhållanden (mer än 107 spänningscykler).