Aluminiumlegierungen

Aluminiumlegierungen bestehen aus Aluminium (Al 99,5%) und anderen zulegierten Elementen. Dabei handelt es sich im Wesentlichen um folgende Legierungselement:

Magnesium (Mg)
Silicium (Si)
Mangan (Mn)
Kupfer (Cu)
Zink (Zn)

Ziel des Legierens mit den erwähnten Elementen sind die Einstellung der gewünschten physikalischen und mechanischen Eigenschaften bei unterschiedlichen Lieferformen (z. B. Profile, Stangen, Draht, Bänder, etc.) und Gießverfahren (z. B. Sand-, Kokillen- Druckguss, etc.) von Aluminiumprodukten.   

Einteilung von Aluminiumlegierungen

Generell spielen die Festigkeitseigenschaften der Legierungen eine wichtige Rolle. Eine Festigkeitssteigerung wird durch die Zugabe von Legierungselementen und darauffolgende Kaltverfestigung erreicht, ebenso wie durch eine Wärmebehandlung oder Aushärtung. Daher wird auch zwischen aushärtbaren und nicht-aushärtbaren (naturharten) Legierungen unterschieden.

Außerdem werden Aluminiumlegierungen in Knetlegierungen und Gusslegierungen unterteilt Während sich Aluminiumknetlegierungen durch Kalt- oder Warmumformen – etwa durch Walzen oder durch das Strangpressverfahren – zum gewünschten Endprodukt, wie zum Beispiel zu Aluminiumprofilen weiterverarbeiten lassen, ist ein nachträgliches Umformen von Aluminiumgusslegierungen nur sehr schwer oder überhaupt nicht möglich.

Wichtige Aluminium-Knetwerkstoffen sind:

  • Rein- und Reinstaluminium
  • Naturharte Legierungen wie beispielsweise AlMgMn, AlMn, AlMg
  • Aushärtbare Aluminiumlegierungen wie beispielsweise AlZnMgCu, AlCuMg, AlZnMg, AlCuSiMn, AlMgSi

Wichtigste Aluminiumgusslegierungen sind in Tabelle 1 dargestellt (siehe auch Bilder 1-3, Rheinfelden Alloys):

Die Norm EN 1780, Teile 1 bis 3 regelt die Bezeichnung von Aluminiumguss-Legierungen und definiert darüber hinaus die jeweiligen Wärmebehandlungszustände.

Einfluss der Legierungselement

Magnesium

Magnesium verbessert die Festigkeitseigenschaften und die Härte. Es vermindert dessen Seewasser- und Alkaliempfindlichkeit und schafft dadurch eine Erhöhung der Korrosionsbeständigkeit der jeweiligenLegierung. Einsatzgebiete sind u. a der Transportbereich,  Gebäude- und Brückenbau, Schiffbau, etc..

Silicium

Silicium wirkt sich positiv auf die Korrosionsbeständigkeit von Aluminiumlegierungen aus, senkt den Schmelzpunkt und sorgt somit für ein gutes Formfüllungsvermögen bei dünnwandigen Gussteilen und verbessert die Schweißbarkeit. Wird zusätzlich Mg legiert kann die Legierung wärmebehandelt werden.

Mangan

Mangan erhöht die Dehnung und die Zugfestigkeit ebenso wie der Korrosionswiderstand, was sich positiv auf die Beständigkeit bei hohen Temperaturen auswirkt.Verwendet werden derartige Legierungen u. a. im Kraftwerksbau, für Haushaltswaren oder bei Kfz-Kühlern.

Kupfer

Kupfer senkt den Korrosionswiderstand der Legierung, erhöht in starkem Maße die Härte und Festigkeit und begünstigt die Zähigkeit. Außerdem wird durch Zugabe von Kupfer eine wärmebehandelbare Aluminiumlegierungen mit großem Temperaturbereich erreicht. Anwendungsgebiete sind die Raum- und Luftfahrt.

Zink

Zink bewirkt als Legierungselement ein erhöhtes Risiko für Spannungskorrosion, wirkt jedoch positiv auf Festigkeit und Härte. In Anwesenheit von Magnesium erhält man durch die Zugabe von Zink eine wärmebehandelbare Aluminiumlegierung. Anwendungsgebiete für Aluminiumlegierungen mit 0,8 bis 12 % Zink sind  der Formen- und Vorrichtungsbau, die Raumfahrt sowie der Flugzeugbau. Auch für Sportgeräte werden sie häufig verwendet.

Weiterführende Stichworte:

AlMg7Si3Mn
AlSi0,5Mg
AlSi5Mg
Al Mg5Si2Mn-Druckgusslegierung
Al Mg9-Druckgusslegierung
Al Si9MnMg-Druckgusslegierung
Aluminiumguss

  • Bild 1: Motorradfelge AlMg5Si2Mn, Gusszustand, zweiteilig, geschweißt; Quelle: Rheinfelden Alloys
  • Bild 2: Längsträger für Radaufhängung, AlSi7Mg0,3, warmausgehärtet; Quelle: Rheinfelden Alloys
  • Bild 3: Sicherheitsgehäuse für Hochvolt-Steckerleiste, AlSi9MnMoZr, Gusszustand; Quelle: Rheinfelden Alloys
  • Tabelle 1: Aluminiumgusslegierungen, Quelle: maschinenbau-wissen.de