Unterteilung in:

Knetlegierungen: plastische Verformbarkeit, geringere Anteile Legierungselement (meist 1-2%)

Verwendung: Strangguss (Barren und Bänder), Walz-, Press- und Ziehprodukte

Gusslegierungen: Gießbarkeit und Formfüllvermögen, höhere Anteile Legierungselement (10-12%)

Verwendung: Herstellung von Formgussstücken, Veredelung mit Na, Sr

weitere Unterteilung möglich:

—> aushärtbare Legierungen

—> nicht aushärtbare Legierungen

• Nicht aushärtbare Knetlegierungen:

  —> F: Herstellungszustand

  —> O: weichgeglüht —> um möglichst geringe Festigkeit zu erzielen

  —> H: kaltverfestigt —> um festgelegte mech. Eigenschaften zu erreichen

  —> W: Lösungsgeglüht

  
  

  
  

  
  

• Aushärtbare Knetlegierungen: T1-T9

  —> T1: Abgeschreckt von der Warmumformungstemperatur

  —> T3: Lösungsgeglüht, kaltverfestigt und kaltausgelagert

  —> T4: Lösungsgeglüht und kaltgelagert

  —> T6: Lösungsgeglüht, abgeschreckt, warmausgelagert

  —> T7: Lösungsgeglüht, abgeschreckt, warmausgelagert, überaltert

Die Aushärtung/Endfestigkeit wird durch Kaltauslagern (bei Raumtemperatur) oder

Warmauslagern (eine Ausscheidungsglühung) erreicht.

Eine erkennbare Aushärtungserscheinung ist schon nach mehreren Minuten bei Raumtemperatur vorhanden. Nach etwa 4 Tagen erreicht diese ihr Maximum.

—> Aushärtung von Aluminium über Auslagerung im warmen oder kalten Raum

a) wird bei Raumtemperatur ausgelagert und die Festigkeit nimmt konstant zu bis er ab einem Punkt aufhört

b) wird in einem Ofen bei 170°C ausgelagert und nimmt schnell an Festigkeit zu, lässt man es jedoch länger im Ofen erreicht der Werkstoff wieder den weichgeglühten Zustand 0

• T6 ist die maximale Festigkeit die erreicht werden kann.

• Reinaluminium-Knetwerkstoff (Al>99,00%)

• elektrisch gut leitend

• hohe Wärmeleitfähigkeit

• Hohes Reflexionsvermögen für Licht und Wärme

• Mit zunehender Reinheit nimmt die Festigkeit ab( Bruchdehnung, Korrosionsbeständigkeit steigt)

• Schweißen, Hartlöten, ab 99,5% Al dekorativ anodisierbar

• Üblich sind Halbzeuge mit 99,5% und 99% Al

• Anwendung

  —> Lebensmittelbereich, chemische Behälter, Verpackung

  —> Folien, Behälter, Rohre mit geringer mech. Belastung

  —> Hitzeschutzbleche PKW

• Elektrische Leiter z.B. Bordnetze:

  • Gewichtsreduktion ~ 50%

  • Erhöhung Querschnitt ca. 1,6x

  • Kontaktkorrosionsgefahr zwischen Al vs. Cu

  
  

—> Al Mn Legierung Mn=Mangan

—> Mn = 0,5-1,5%

—> Erhöhte Festigkeit und Warmfestigkeit ggü. 1xxx

—> Rekristallisationshemmende Wirkung Mn

—> Beständigkeit gegenüber leicht alkalischen Medien

—> Gute Korrosionsbeständigkeit

—> Gut lackierbar und anodisierbar

—> Gut Umformbar

—> Schweißbar, Hart/Weichlöten

Anwendung:

• Getränkedosen,

• Wärmetauscher

• Fassadenelemente, Regenrinnen, Riffelblech

—> Erhöhte Festigkeit durch Mischkristallhärtung in Abhängigkeit des Mn-Anteils

—> Zusätzlich Erhöhung der Festigkeit unabhängig vom Mn-Gehalt -> Kaltverfestigung

—> je mehr Fremdatome, desto höher wird die Festigkeit

—> Al Mg (Mn) Legierungen:

• Mg 0,5-5,5 (Mn,Cr)

• Mg: Mischkristallhärtung, Kaltverfestigung steigt

• Mn verzögert Rekristallisation, steigert Warmfestigkeit

• Gut schweißbar ab 2,5% Mg (sonst Heißrisse)

• Gute Spanbarkeit

• Seewasserbeständig + gegen alkalische Medien

• Interkristallinie Korrosionsgefahr bei >3% Mg

Anwendungsbereich:

Neigen zur Bildung von Fließfiguren bei Umformprozessen

—> daher wird die Legierungsfamilie nicht für sichtbare Außenhautteile verwendet, bei denen es auf höchste optiscche Anforderungen ankommt.

• Schiffsbau

• Verkehrsschilder

• Rohre, Behälter im Lebensmittelbereich

• Dosen-/Aufreißdeckel

• Mehr Mg (und Mn) wirken festigkeitserhöhend

• Bei mehr als 3% Mg-Gehalt Gefahr von interkristalliner Korrosion

• Ausscheidung von sehr unedler Al8Mg5 aus übersättigtem Mischkristall bei moderat erhöhten Temperaturen ab~80°C)

• Aus diesem Grund nimmt man am besten immer:

  —> AlMg3

  —> AlMg3Mn

—> Cu Legierungen = 3,5-6% Cu (+Mg, Si, Mn)

—> Ausscheidungssequenz: αsss -> GPI -> GPII -> Θʼ (teilkohärent) -> Θ (Al2Cu, stabil, inkohärent)

—> Zusatz Mg: Steigerung Festigkeit bis 1,5% (Al2CuMg)

—> Hochfeste Al-Legierungen

—> Kaltaushärtbar und warmaushärtbar (korrosionsanfälliger)

Anwendung:

Luftfahrt :

• Nietwerkstoff 2117 (AlCu2,5Mg)

• Flugzeugstrukturen, - außenhaut (Profile/Bleche): 2024 (AlCu4Mg1), 2124(AlCu4Mg1(A)),…

Die Ausscheidungshärtung ist eine Wärmebehandlung zum Erhöhen der Härte und Festigkeit von Legierungen.

Löslichkeit von Kupfer in einem Aluminiummischkristall.

—> Zunächst wird die Aluminiumlegierung von 548,2°C auf 400°C abgekühlt.

—> durch diese Abkühlung von 548,2 auf 400 °C entstehen Ausscheidungen

Funktionsprinzip:

1. Zu Beginn wird die Legierung durch das Lösungsglühen so weit erwärmt bis alle zur Aushärtung beitragenden Legierungselemente im Mischkristall gelöst sind.

2. Werkstoff -> Abgeschreckt sodass eine Diffusion verhindert wird. Und die Legierungsatome übersättigt im einphasigen Mischkristall gelöst bleiben.

3. Ausscheidungsglühen -> Werkstoff wird angelassen, um gesteuerte Diffusion zu erreichen.

   
   

   So entstehen an den während des abschreckens entstandenen Keimen viele kleine Ausscheidungen.

   
   

   Aus einem 1-Phasigen übersättigten Mischkristall ist somit eine 2-Phasige Legierung geworden.

Die Ausscheidungen dienen als Hindernisse gegen die Versetzungsbewegung.

Es gibt 2Möglichkeiten wie Ausscheidungen von Versetzungen überwunden werden können. Dabei ist ein erhöhter Energieaufwand notwendig. Sodass die Versetzungsbewegung eingeschränkt wird.

Es wird zwischen diesen beiden Ausscheidungen unterschieden.

—>Nach dem Lösungsglühen und Abschrecken: übersättigter α-Mischkristall

Cu lagert sich in α an, es entstehen dünne kohärente Ausscheidungen (Guinier Preston Zonen I)->Kaltauslagern bei RT

GP-Zonen II oder θ‘‘: Dicke dieser planaren GP-Zonen nimmt zu mit erhöhter T

θ‘: weiteres Wachstum und Ordnungsprozesse (teilkohärent)

θ -Al2Cu: weiteres Auslagern -> Ordnungsprozesse-> inkohärente Gleichgewichtsphase (überaltert)

• Kohärente und teilkohärente Ausscheidungen können geschnitten werden

• Inkohärente Ausscheidungen (und sehr große kohärente Ausscheidungen) müssen immer umgangen werden

-> Es gibt eine optimale T zum Erreichen höchster Festigkeit (hier bei AlSi9Cu3(Fe) bei 140°C)

-> Zu hohe T führen zu niedrigerer erreichbarer Festigkeit und schnellem Überaltern.

—> Al Mg Si Legierung

—> Mg=0,3-1,5%, Si= 0,2-1,6%, (+Mn,Cr)

—> Aushärtung über Ausscheidungssequenz β-Phase Mg2Si

—> Hervorragende Pressbarkeit, gute Tiefziehfähigkeit

—> Gute Witterungs- und Korrosionsbeständigkeit

—> Gut Schweißbar

—> Wegen Si nicht dekorativ anodisierbar

Anwendung:

—> Profile, Fensterrahmen (Fahrzeugbau, Schienenfahrzeugbau,…)

—> Bleche für Außenhaut (keine Fließfiguren)

—> 6061 (AlMg1SiCu): Flugzeugbau als Tiefziehteile

—> Al Zn (Mg) Legierung

—> Zn = 1-8% (+Mg, Cu, Cr, Sc) (Sc= Scandium) oder doch Si?

—> Zn: hohe Löslichkeit in αsss, Ausscheidungen kaum festigkeitssteigernd

—> Ausscheidungssequenz über η-Phase (MgZn2) oder T-Phase (Al,Zn)49Mg32

—> AlZnMg: mittlere Festigkeit und Schweißeignung.

—> AlZnMgCu: hohe Festigkeit/Zähigkeit, nicht schmelzschweißbar, Spannungsrisskorrosion

—> Konstruktionslegierungen höchster Festigkeit mit geringerer Beständigkeit (→ Gefahr Spannungsrisskorrosion).

—> Cu -> fördert die Zugfestigkeit

—> Spannungsrisskorrosionsanfälligkeit:

• Ab Zn+Mg >6%

• Cr und Zr verringern die Anfälligkeit gegen Spannungsrisskorrosion

Anwendung:

—> Ähnlich wie Reihe AlCu: Gesenk und Frästeile für den Flugzeugbau, hartanodisierte

—> Formen zum Tiefziehen von Al-Blech

7020 -> wird viel eingesetzt Fahrradrahmen

7000 -> Luftfahrt

Automobil -> Stoßfänger

Militärische Gebiet -> Wo man viel Festigkeit benötigt

—> Li ~ 2-4% sowie zusätzlich 1-3% Cu (intermetallische Phase AlLiCu)

—> Li senkt die Dichte der Al-Legierung auf ~2,5kg/dm³

—> Sehr hohe Festigkeit von 500-600MPa erreichbar

—> Erhöhte Steifigkeit -> E-Modul steigt auf ~ 80GPa

—> Sehr schlechtes Korrosionsverhalten aufgrund Zulegieren von sehr unedlem Li

Bei Al-Legierungen mit sehr edlen bzw. unedlen Ausscheidungen auf den Korngrenzen besteht die Gefahr von interkristalliner Korrosion.

—> Netzwerkartige (perlenkettenartige) Korngrenzbelegungen sind sehr ungünstig

—> Bei Überaltern (T7) -> kugliges Einformen der Ausscheidungen -> netzwerkartige Korrosionspfade entfallen damit.

Cu-Legierung -> Härter

Aber eig. nicht gut, weil das edlere das unedlere zerfrisst.

Kupfer -> macht Alu kaputt

Alu:88%

Cu:3%

Si:9%

• Höhere Legierungsanteil, dadurch viele Sekundärphasen (grob, spröde, eckig)

• Geringe Festigkeit und Dehnung (Gussdefekte)

• Komplexe hinterschnittige Bauteile gießbar

EN-AC-46200 —>AlSi9Cu3—> sehr weit verbreitet

• Gießen in eine Sandform unter Schwerkraft langsame Abkühlung

• am weitesten Verbreitet —> komplexe Teile

• Alle Formen -> hinterschnittige Teile -> möglich durch Kerne

  
  

• Gießen in eine Metallform unter Schwerkraft oder einem niedrigerem Druck

• höhere Festigkeit

• erheblich schnellere Abkühlung

• Flüssiges Metall wird unter hohem Druck in die Form geschossen

• sehr schnelle Abkühlung

• konturgenaue dünnwandige Teile

• Gaseinschlüsse->Lunker

Vermeidet Gaseinschlüsse beim Druckguss durch Evakuieren der Form

• Dendriten sind Tannenbaumstrukturen in Kristallgitterstrukturen.

• Kommt häufig bei Gussteilen vor

• DAS (=Dendtritenarmabstand)

  —> Berechnung: Gesamtlänge/Anzahl der Dentritenarme

• Je feiner die Dentriten desto besser sind die mech. Eigenschaften

• Si=5-25% (+Mn, Cu, Fe, Veredelung mit Na/Sr)

• Nicht aushärtbar

• Sand-, Kokillen- und Druckguss

• Sehr gut schweißbar und spanbar

• Sehr gute Korrosionsbeständigkeit

• Sehr gute gießtechnologische Eigenschaften

  
  

Bei Sandguss -> langsame Abkühlung -> grobes Gefüge-> spröde und geringe Festigkeit

Veredelung durch Zusatz von Na:

—> Unterkühlung der Schmelze unter die eutektische Temperatur

—> verzögerter Erstarrungsbeginn -> viele Kristallisationskeime in der Schmelze entstehen -> feinkörnige Erstarrung

—> bzw. durch Behinderung der Diffusion der Si-Atome in der Schmelze entstehen nun sehr feine, abgerundete Kristalle

1- veredelt

2-unveredelt

Anwendung:

dünnwandige, komplexe, druckdichte Bauteile

• Si = 5, 7, 10%, Mg = 0,3-0,5%, Fe begrenzt, Veredelung mit Na/Sr

• Aushärtbar über Mg2SiAusscheidungssequenz analog zu 6000er Knetwerkstoffe

• Sand-, Kokillen-, Druckguss

• Gute Festigkeit, Duktilität und Dauerfestigkeit

• Sehr gut schweißbar und spanbar

• Sehr gute Korrosionsbeständigkeit

• Sehr gute gießtechnologische Eigenschaften

  
  

  -> Anwendungsbereiche:

  • Automobilbau, Flugzeugbau,

  • Maschinenbau

  • Felgen, Fahrwerkgsteile

• Si = 4 - 10 (17)%, Cu = 1-4% (+Mg, Mn, Zn)

• Kalt- und warmaushärtbar (Al2Cu, Al2CuMg)

• Sand-, Kokillen-, Druckguss

• Gute Festigkeit, Duktilität und Dauerfestigkeit

• Sehr gut spanbar

• schlechtere Korrosionsbeständigkeit wegen Cu

• Abh. vom Cu-Gehalt schlechtere gießtechn. Eig.

• Aluminium kann sich gut vor atmosphärischer Korrosion durch sein Oxid schützen.

• Sehr alkaliempfindlich, noch beständig im schwach Sauren

• Aluminium ist in chloridischen / martimen (Streusalz) Umgebungen lochfraßempfindlich

• Flächenkorrosion

• Lochkorrosion

• Interkristalline Korrosion

• Schichtkorrosion

• Spannungsrisskorrosion

• Schwingungsrisskorrosion

• Filiformkorrosion

• Bondline-Corrosion

• Kontaktkorrosion

kommt außer bei hoch Cu-haltigen Legierungen in neutraler Umgebung nicht vor (tritt generell im Passivzustand nicht auf) bei saurem oder basischem Angriff

bei Salzbelastung, aggressiven Atmosphären bei empfindlichen Legierungen tiefe Löcher mit Perforation bei unempfindlichen Legierungen nur kleine Pittings (ca 0,1mm tief), die sich repassivieren

Sonderkorrosionsform; haupts. Bei AlMg-System Mg>3% bei therm. Belastung oder Cu-haltigen Legierungen

Haupts. bei hochfesten Strangprofilen (Blätterteigkorrosion) Ausgehend von Korngrenzseigerungen, d.h. Sonderform der IK

nennt man auch Blätterteigkorrosion

Sonderkorrosionsform der AlZnMg Legierungen ab 6% Mg+Zn; Abhilfe: zusätze Cr, Zr Bei Cu-haltigen Varianten Überaltern

-statische Kräfte

Generell gibt es bei Al keine Dauerfestigkeit unter Korrosion Die Herabsetzung der Schwingfestigkeit durch Korrosion ist fallweise zu ermitteln

• oszylierende Kräfte

Wurmartige Lackunterwanderung auf Al-Substraten Abhilfe: geeignete Lackiervorbehandlung wie Anodisieren, Phosphatieren; Schlecht: Schleifen Legierungseinfluss durch Cu auch spürba

Zerstörung von Klebeverbindungen durch korrosive Unterwanderung Abhilfe wie bei Filiformkorrosion; nicht über Klebstoffwahl beherrschbar

Paarung elektrochem. nicht kompatibler Werkstoffe z.B. Al als sehr unedles Material mit Stahl, CFK,

->Tiefer Lochfraß am Al Abhilfe: trockenlegen, edleren Partner beschichten,

-> Bei der Anodisierung wird das Metall in eine geeignete wässrige Lösung (beispielsweise von Schwefel-, Oxal- oder Chromsäure) getaucht

-> es wird eine Elektrolyse durchgeführt, wobei das Metall als Pluspol dient.

-> Durch den elektrischen Strom bildet sich auf der Anodenoberfläche eine Oxidschicht, während an der Kathode Wasser zersetzt wird, es wird zu Wasserstoff reduziert.

Varianten:

• Dekorative Anodisierung bis 25mü

• Hartanodisierung >25 mü

• Optimaler Verschleißschutz.

• Hoher Korrosionsschutz.

• Massive Bruchfestigkeit.

• In Zwischenräumen können Farbstoffe angebracht werden

• teuer

• Pflege erforderlich