Leichtmetalllegierung

Aluminiumlegierungen entstehen durch Legieren von Aluminium mit anderen Metallen, vorwiegend Mangan, Magnesium, Kupfer, Silicium, Nickel, Zink und Beryllium. Als Basismaterial dient in den meisten Fällen Al99,5 (EN AW-1050A). Auf diese Weise lassen sich die Festigkeitswerte in weiten Grenzen erhöhen und auch andere Eigenschaften beeinflussen.

Je nachdem, ob die gewünschte Festigkeitssteigerung nur durch Legierungselemente sowie Kaltverfestigung oder aber vornehmlich durch eine Aushärtebehandlung (Wärmebehandlung) erreicht wird, unterscheidet man zwischen den aushärtbaren und den nichtaushärtbaren (naturharten) Legierungen.

Eine weitere Unterscheidung ergibt sich aus der Art der Verarbeitung: Knet- oder Gußwerkstoffe. Zu den Knetwerkstoffen zählen außer Reinst- und Reinaluminium im wesentlichen die naturharten Legierungen vom Typ AlMn, AlMg und AlMgMn sowie die aushärtbaren Legierungen der Gattungen AlCuMg, AlCuSiMn, AlMgSi, AlZnMg und AlZnMgCu. Sie werden zu Halbzeugen in Form von Bändern, Blechen und Ronden, Rohren, Stangen und Drähten, Strangpreßprofilen sowie Schmiedestücken verarbeitet. Zu den Gußwerkstoffen gehören die Legierungen der Gattung AlSi, AlSiMg, AlSiCu, AlMg, AlMgSi, AlCuTi, AlCuTiMg.

Aluminiumknetlegierungen

Als Aluminiumknetlegierung werden alle Aluminiumlegierungen bezeichnet, welche vor allem durch Umformen (Walzen, Strangpressen) bearbeitet werden.

Bereits geringe Zusätze der Legierungselemente Magnesium, Silicium, Kupfer, Zink, Nickel und Mangan ändern sehr stark die Eigenschaften des reinen Aluminiums. Insbesondere werden Festigkeit und Härte gesteigert, die elektrische Leitfähigkeit gesenkt, während die Umformbarkeit nur gering nachlässt. Diese Legierungen zeigen eine hohe Duktilität, man nennt sie deshalb Aluminiumknetlegierungen. Aluminiumknetlegierungen werden aufgrund ihrer hohen Festigkeit und geringen Dichte als Werkstoffe für Transportbehälter sowie Konstruktionsteile im Fahrzeugbau, Flugzeugbau, und Schiffbau verwendet.

Aluminiumknetlegierungen werden in der Regel statt mit ihrer Werkstoffnummer mit einem von der Aluminum Association erstellten vierstelligen Zahlensystem bezeichnet. Dabei gibt die erste Ziffer das Hauptlegierungselement und damit die Legierungsgruppe an. Die restlichen Ziffern sind mehr oder weniger Zählnummern, die chronologisch oder in Anlehnung an bereits bestehende Legierungen vergeben werden.

Überblick über das Bezeichnungssystem von Aluminiumknetlegierungen nach DIN EN 573-3/DIN EN 573-4

Gruppe	Hauptelement	Härtbarkeit	Festigkeit in N/mm²	Bemerkungen
1xxx	mind. 99 % Aluminium	naturhart	70 - 190	auch Reinaluminium genannt; schweißbar; sehr korrosionsbeständig; Verwendung für Aluminiumfolie, chemische Tanks und Rohre; hohe elektrische Leitfähigkeit.
2xxx	Kupfer	aushärtbar	190 - 570	0,7 bis 6,8 % Cu - Verwendung in Flugzeug und Raumfahrt - hohe Festigkeit - großer Temperaturbereich. Manche Legierungen gelten aufgrund der Rissneigung beim Schweißen als nicht schweißbar - Schweißzusatz meistens 2xxx, manchmal auch 4xxx.
3xxx	Mangan	naturhart	110 - 280	hohe Korrosionsbeständigkeit - gute Formbarkeit - geeignet auch für höhere Temperaturen - Einsatzgebiet von Kochtöpfen über Kühler in Fahrzeugen (hier oft mit 4xxx plattiert) bis zum Kraftwerksbau. Schweißzusatz 1xxx, 4xxx und 5xxx.
4xxx	Silicium	aushärtbare und naturharte Legierungen	170 - 380	0,6 bis 21,5 % Si - einzige Serie, die aushärtbare und nicht aushärtbare Legierungen enthält - Silicium reduziert den Schmelzpunkt und macht die Schmelze dünnflüssiger - ideal für Schweiß- und Lötzusätze.
5xxx	Magnesium	naturhart	120 - 350	0,2 bis 6,2 % Mg - höchste Festigkeiten unter den nicht aushärtbaren Aluminiumlegierungen - schweißbar - Verwendung im Schiffbau, Transport, Druckkessel, Brücken und Gebäuden. Schweißzusatz muss nach Magnesiumgehalt bestimmt werden. Aluminium aus dieser Serie mit mehr als 3,0 % Mg ist für Temperaturen über 65° nicht geeignet (Spannungsrisskorrosion) - Materialien mit weniger als ca. 2,5 % Mg können oft erfolgreich mit 5xxx oder 4xxx Schweißzusätzen geschweißt werden. 5032 wird meist als das Material mit dem höchsten Mg-Gehalt genannt, das gerade noch mit 4xxx schweißbar ist.
6xxx	Magnesium und Silicium	aushärtbar	120 - 400	Si und Mg um die 1 % - sehr beliebt bei Schweißkonstruktionen - Verwendung vorwiegend als Strangpressprofile - kann gut wärmebehandelt werden - sollte nicht ohne Schweißzusatz geschweißt werden (Warmrisse) - Schweißzusätze 4xxx und 5xxx.
7xxx	Zink	aushärtbar	220 - 700	0,8 bis 12,0 % Zn - Verwendung in Flugzeugbau, Raumfahrt, Sportgeräte; manche Legierungen sind nicht mit Lichtbogen schweißbar; Legierungen 7005 und 7020 sind gut mit 5xxx-Schweißzusätzen schweißbar, da diese beiden Legierungen kein Kupfer enthalten; für die Aushärtung ist zusätzlich die Anwesenheit von Magnesium erforderlich.
8xxx	andere Elemente	unterschiedlich	unterschiedlich	z.B. Aluminium-Lithium-Legierungen der ersten Generation.

Aufstellung typischer in der Industrie Verwendung findender Aluminiumlegierungen:

• Aludur (0,3 - 1 % Silicium, 0,3 - 0,8 % Mangan und 0,5 - 1,2 % Magnesium)
• Aluman (1,1 % Mangan)
• Duraluminium (2,5 - 5,5% Kupfer, 0,2 - 5 % Magnesium, 0,5 - 1,2 % Mangan und 0,2 - 1,0 % Silicium)
• Hydronalium (3 - 12 % Magnesium, 0,2 - 0,8 % Mangan und 0,2 - 1,0 % Silicium)
• Silumin® (bis 14 % Silicium)

Aluminiumgusslegierungen

Für Gusslegierungen gilt folgende Einordnung:

• 1xx: Reinaluminiumqualitäten
• 2xx: Kupfer
• 3xx: Silicium-Kupfer/Magnesium
• 4xx: Silicium
• 5xx: Magnesium
• 7xx: Magnesium-Zink
• 8xx: Zinn

Die wichtigste Aluminium-Gusssorte ist die eutektische Legierung von Aluminium und Silicium. Ihr Eutektikum liegt etwa 12 % Silicium und hat einen Schmelzpunkt von 576° Celsius. Diese Aluminium-Silicium-Legierung besitzt hervorragende Gießeigenschaften (Dünnflüssigkeit, geringe Schwindung) und hat hohe Festigkeit. Sie lässt sich im allgemeinen gut schweißen und ist korrosionsbeständig. Anteile an Magnesium und Kupfer erhöhen die Festigkeit, Kupfer verringert jedoch die Korrosionsbeständigkeit. Aluminiumgusslegierungen mit diesen Elementen werden als Werkstoffe beispielsweise für Motorengehäuse und Getriebegehäuse im Fahrzeug- und Flugzeugbau verwendet.

Weblinks

• Übersicht über Wärmebehandlungen der Knetlegierungen und ihre Benennung (T1...T9)