16 November 2016

Aluminium und seine Legierungen


Viele Gruppen für jeden Zweck

Prozentsatz der Aluminiumschale der Erde

In zahlreichen Mineralien vorhanden und in der Natur immer mit anderen Elementen verbunden, Aluminium ist der drittverbreiteste Element auf der Erdkruste (8,3%), nach Sauerstoff (45,5%) und Silicium (25,7%).

Es wird vor allem in der Transportindustrie benutzt (28%): ein einziges Boeing 747 Flugzeug wird nämlich mit mehr als 66 Tonnen Aluminium gebaut. 23% werden für die Herstellung von Aluminiumdosen, Röhrchen und andere Behälter angewendet; 14% zirka im Bausektor (Fenster zum Bau von Mobilhäusern); während die restlichen 35% werden in einer ganzen Reihe von Produkten wie elektrische Kabeln, Brücken, Spezialisierte Ausrüstungen, usw. benutzt.

Es wurde erstmals im Jahre 1808 in Alaune vom englischen Forscher Humphry Davy entdeckt. Für Jahrzehnte war es wertvoller als Gold. Napoleon III hatte ein Tischgeschirr aus Aluminium für seine wichtigsten Gäste. Den Anderen sollte das Goldbesteck reichen.

Aluminium-Küchenutensilien

Aluminium ist ein leichtes aber strenges Metall, und vor allem selbst passivierend. Seine grausilberne Farbe ist nämlich von einer dünnen Oxidationsschicht gegeben, die sich im Kontakt mit der Luft bildet. Diese Schicht verhindert die Korrosion. Deshalb wird es in leicht aggressive Umfelder, oder in der Küche, angewendet: Topfe, Pfannen und Kaffeemaschinen sind aus Aluminium gebaut, weil sie keinen Nachschmack den Lebensmitteln hinterlassen.

Das spezifische Gewicht, das zirka 2,70 kg/dm3 beträgt, ist zirka ein Drittel von dem des Stahls (7,9 kg/dm3) oder des Kupfers (8,93 kg/dm3). Es besitzt eine hohe Verformbarkeit und thermische und elektrische Leitfähigkeit. Es ist ein ungiftiges Element und ist gut schweiβbar. Die Fließgrenze ist fast immer niedriger als die vom Stahl. Dieser Nachteil ist aber mit der kleineren Dichte ausgeglichen, doch ist es möglich den Querschnitt bis zur erwünschten Stärke zu vergröβern und gleichzeitig ein kleineres Gesamtgeweicht behalten.

Motorkopf aus Aluminium
Legierung spezifisches Gewicht Fließgrenze Zugfestigkeit Elastizitätsmodul
2024-T3 2.780 kg/m3 345 MPa 483 MPa 73,1 GPa
7075-T6 2.810 kg/m3 503 MPa 572 MPa 71,7 GPa
7175-T66 2.800 kg/m3 520 MPa 590 MPa 72 GPa
2090-T3 2.590 kg/m3 210 MPa 320 MPa 76 GPa
6061-O 2.700 kg/m3 55,2 MPa 124 MPa 68,9 GPa

Zu Vergleichszwecken zeigen wir die Kennwerte einiger Stahllegierungen auf:

Legierung spezifisches Gewicht Fließgrenze Zugfestigkeit Elastizitätsmodul
Stahl S275 8.000 kg/m3   275 MPa 430 MPa 200 GPa
Stahl mit niedrigen Kohlenstoff-Gehalt 7.850 kg/m3 400 MPa 700 MPa 200 GPa
Stahl mit niedrigen Kohlenstoff-Gehalt, gehärtet und angelassen 7.800 kg/m3 1.500 MPa 1.700 MPa 205 GPa
Rostfreier Stahl 316L 7.900 kg/m3 > 200 MPa 500/700 MPa 200 GPa
fassade aluminium blech

Beim Verbiegen von Aluminium ist es wichtig die Richtung des Walzens zu berücksichtigen. Wenn man es entlang der Fasernsachse verbiegt, ist die Wahrscheinlichkeit, dass sich Risse bilden, viel gröβer als die von Stahl oder andere Metallen.

Eine weitere wichtige Eigenschaft ist seine Fähigkeit sich mit andere Elementen anzubinden. Obwohl reines Aluminium weich und duktil ist, ändern seine Eigenschaften völlig, wenn man es mit andere Metallen verbindet. Die Aluminiumlegierungen werden in Gruppen, auf Grund ihrer Zusammensetzung, eingeteilt.

Gruppe 1000

Aus reinem Aluminium (99%) zusammengesetzt. Die Haupteigenschaften dieser Gruppe sind: die ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit, die hohe thermische und elektrische Leitfähigkeit und die gute Verformbarkeit. Sie werden normalerweise für Chemiewerke, Wärmetauscher, elektrische Leiter und architektonischen und dekorativen Zwecke benutzt. Eine leichte Schicht reines Aluminium wird manchmal auf weniger widerstandsfähigen Gruppen hinterlegt, um sie vor Korrosion zu schützen.

 

Gruppe 2000

Auch Avional (oder Duraluminium) bezeichnet. Seit den dreiβiger Jahren werden diese Legierungen in der aeronautischen Industrie beim Bau von Strukturelementen der Flugzeuge verwendet. Dank ihrer Leichtigkeit und Härte, werden sie auβerdem für Präzisionsinstrumente benutzt. Das Hauptelement der Legierung ist Kupfer, jedoch werden in manche Legierungen auch Magnesium und Mangan hinzugefügt, ins besonders wo man gute mechanische Eigenschaften und Leichtigkeit braucht. Wegen ihrer schlechten Korrosionsbeständigkeit, werden bei einigen Anwendungen plattierte Bleche benutzt. Diese Legierungen werden für Arbeiten mit strenge Bedingungen im Verhältnis zwischen Widerstandfähigkeit und Gewicht, bis 150°C benutzt.

 

Gruppe 3000

Das Hauptelement der Legierung ist Mangan, dass die mechanische Widerstandfähigkeit der Gruppe erhöht, aber die Duktilität erniedrigt. Sie werden für Küchengeräte, Behälter und Hochdruck-Rohre eingesetzt.

 

Gruppe 4000

Silicium ist das Hauptelement dieser Gruppe, das ein gutes Widerstand zu Wucherei verleiht. Kommerziell werden andere Elemente zugefügt, wie Kupfer und Magnesium.

 

Gruppe 5000

Auch Peraluman genannt. Das Hauptelement der Legierung ist Magnesium, dass die Duktilität erhöht. Es handelt sich um Legierungen mit Kaltumformung, wessen mechanischen Eigenschaften man durch kalte Verarbeitungen verbessert. Wegen ihren guten Widerstand zur Korrosion und Schmelze, werden sie ins besonders bei Verarbeitungen unter Wasser und in der Automobilindustrie für die Herstellung von Karosserien mit wenigen mechanischen Beanspruchungen, wo die Schweißbarkeit ein wesentliches Merkmal ist, verwendet. Ihre Eigenschaften sind im Allgemein schlechter als die vom Duralluminio, sie werden deshalb in der Luftfahrtindustrie nicht benutzt.

 

Gruppe 6000

Auch Anticorodal genannt, in dieser Legierung sind die Hauptelemente Silicium und Magnesium. Sie entwickeln nach der Wärmebehandlung mittlere mechanische Eigenschaften, im Allgemein minderwertiger als die der Gruppe 2000. Sie zeigen gute Formbarkeit, Verarbeitkeit, Spanbarkeit, und Schweißbarkeit. Sie haben auch einen guten mechanischen Widerstand und eine gute Korrosionsbeständigkeit. Sie werden für Architektonische Anwendungen, Räder- und Motorrädergestelle, insgesamt geschweiβte Strukturen.

 

Gruppe 7000

Kommerziell Ergal genannt. Das Hauptelement der Legierung ist Zink, mit möglicher Zusatz von Magnesium, dass die Korrosionsbeständigkeit verbessert. Sie zeigen eine gute Verarbeitkeit an den Werkzeugmaschinen, aber schlechte Schweißbarkeit durch Schmelze. Diese Aluminiumlegierung wird allgemein verwendet, wenn besondere Eigenschaften wie mechanische Festigkeit und Leichte, gefordert sind. Sie werden besonders für Strukturen in der Luftfahrtindustrie und von Transportmitteln, vor allem im Motorräderbereich und für Rädergestelle, benutzt.

Übersichtstabelle der Aluminiumkennwerte

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