22 Aluminiumwerkstoffe

Wichtigster Konstruktionswerkstoff nach Stahl

Vorteile

• geringe dichte (2,7g/cm3, unleg. Stahl: 7,85 g(cm3)

• einfach Formgebungsmlglichkeit bei allen warm & vielen Kaltumformverfahren

• sehr gute gießbarkeit

• gute zerspanbarkeit

• korrosionsbeständig

Nachteile:

• geringere Festigkeit als Stahl

• etwa dreifacher Preis im verh. zu stahl

Hauptanwendung:

• Fahrzeugbau und Bausektor

Jeh nach Reinheitsgrad wird unterschieden

Reinaluminium:

• nicht legiertes Aluminium mit reinheitsgraden von 99 bis 99,9m/o

• Al wird eine Zahl angehängt die den Al gehalt in m/o angibt (AL99,5)

Reinstaluminium:

• Mindestens 99,99 m/o für masseln und 99,98 m/o für Halbzeit

• Bezeichnung mit dem Zusatz R (Al99,99R)

• Hohe Korrosionsbeständigkeit (AlOx Oberfläche

• Al2O3 ist sehr dicht, unterbindet diffusion von Al nach außen sowieso Diffusion von Oxidatoren zu metallischen Al -> Einsatzgebiet in der Lebensmittelindustrie (verpackungen)

• hervorragende plastische verformbarkeit (für ak mit reinheiten von 99,9-99,99 m/o, einsatzgebiet in spanlosem Formgebungsverfahren

• Gute elektrische und thermische Leiteigenschaften. einsatz als stromleiter, verbesserung von Wärmeübergängen an kontaktflächen

• ungeeignet für mechanische beanspruchungen

Spezielle Behandlung von Aluminium bei der das gussgefüge durch Strangpressen, Walzen oder Schmieden bei Lösungstemperatur aufgebrochen und durchgeknetet wird

verunreinigungen oder legierungspartner die sich durch entmischungsprozesse an den Korngrenzen abgeschieden haben, verteilen sich wieder in etwa gleichmäßig im Grundmetall

daraus folgt eine rekristallisation -> kornfeinung, höhere festigkeit als gröbere gussstruktur

knetlegierungen erlauben weitere kaltverfprmungen wie walzen, ziehen, schmieden

• keine bzw wenige ausscheidungen

• gute korrosionseigenschaften, weil ausscheidungen die bildung einer geschlossenen oxidschicht behindern

beispiele:

AlMg gilt als nicht aushärtbar weil nur mäßige festigungssteigerung möglich ist

AlMn ist nicht härtbar weil Mn nur langsam aus dem Mischkristall diffundiert

früh ausgeschiedene kohärende und teilkohärente ausscheidungen wirken festigkeitssteigernd

• lösungsglühen

• abschrecken

  -> mit sinkender temp. nimmt löslichkeit ab

• Mischkristall ist übersättigt

  -> Ausscheidungen aus dem zwangsgelösten Zustand, wenn die Temperatur diffusion erlaubt

• Ausscheidungen behindern bewegung von versetzungen

  ->Festigkeitszunahme

Es gibt vier Hauptgruppen von Knetlegierungen:

Kohärente ausscheidungen sind oft innerhalb eines Korns und besonders bei legierungselementen mit ähnlichen Gitterparametern zu finden

-> wegen der Vielzahl maßgeblich für Festigkeitssteigerung verantwortlich

Legierungselementen mit abweichenden Gitterparamern scheiden sich meist inkohärent auf den Korngrenzen

-> vergleichsweise groß, aber in geringer zahl

Ausscheidungen die nur mit einer grenzfläche des gitters kohärent sind nennt man teilkohärend

Al2CuMg, Al5Mg2Cu2; bei höherem Si-Gehalt weitere

• bei Wärmeauslagerung Festigkeiten zwischen 450 und 600 N/mm2

• bei zu geringer Abschreckgeschwindigkeit korrosionsanfällig

  ->verwerfungen wegen hoher Abschreckgeschwindigkeit

• Als gegenmaßnahme Kaltumformung

  -> erzeugung von Versetzungen -> zusätzliche diff.-pfade

  ->beschleunigt ausärtung

• Gute korrosionsbeständigkeit auch durch kaltauslagern und vermeidung jeder Wiederaufwwärmung über 90°C

• Wärmeausgehärteter Zustand bessere Dehngrenzen als kaltausgehärteter

Mg2Si

AlMnSi nicht festigkeitssteigernd, aber verbraucht Si

• bei Mn gehalten ab etwa 0,3 % Festigkeitsverlust, weil weniger Mg2Si entsteht

AlMgSi-Legierungen, mehr als 50% der Jahresaluminiumproduktion

• wesentlich bessere korrosionseigenschaften als CU haltige legierungen

• bei Kaltauslagerungen weitaus geringere Festigkeitszunahme als bei Warmauslagerung

• bedeutender Festigkeitsgewinn durch Si-Überschuss

• weiter Verbreitung als stranggepresste Profile, weil Stranpresstemperatur als Lösungsglühtemperatur genutzt werden kann

metastabil: MgZn2, MgZn5

stabil: Al2Mg3Zn3

• nach Warmauslagerung Zugfestigkeit bis zu 500N/mm2

• weite zulässige Spanne für Lösungfglühtemperatur von 350°C bis 500°C

• Im gegensatz zu AlCuMg und AlMgSi Legierungen ausch ohne Wasserabschreckungen hohe Festigkeiten

  -> Gute Schweißbarekeit, weil umgebung der Schweißnähte automatsich auf festigkeit des Kaltausgelagerten Grundwerkstoffs ausgehärtet

• empfundlich gegen spannungsrisskorrosion, im warm ausgehärteten Zustand weniger als Kaltauslagerung

ZnMg

• nach Warmaushärten Zugfestigkeit über 700 N/mm2

• ebenfalls empfindlich gegen Spannungsrisskorrosion#

  -> Plattierung gegen Bleche mit Reinaluminium oder Cr-Legierung

Gewöhnlich 5 bis 20 m/o Si für gute Gießeigenschaften

• dreidimensionale Gefügefehler in form von Gasblasen oder Lunkern

• Gussstruktur gröber als bei Knetlegierungen

  -> allgemein etwas niedrigere Festigkeit

Veredlung:

• Behandlung der schmelze mit einigen hundertstel m/o Natrium oder Stontium

  -> eutektische Restschmelze erstarrt nicht lamellar, sondern bildet feine, runde, körnige Siliziumkristalle

  -> höhere Bruchdehnung und Zugfestigkeit