Die Gruppe der Aluminiumlegierungen umfasst die für die Praxis relevanten Aluminiumwerkstoffe. Sie entstehen durch Zulegieren von anderen Metallen, vorwiegend Mangan, Magnesium, Kupfer, Silizium, Nickel und Zink. 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 Legierungelemente 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

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

Bereits geringe Zusätze der Legierungselemente Magnesium, Silizium, 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 Schiffsbau verwendet.

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

Werkstoffbezeichnung

Hauptlegierungselement

1xxx

Minimum 99% Aluminium

2xxx

Kupfer

3xxx

Mangan

4xxx

Silizium

5xxx

Magnesium

6xxx

Magnesium und Silizium

7xxx

Zink

8xxx

Andere Elemente

• 1xxx - nicht aushärtbar - Festigkeiten von 70 bis 190 N/mm² auch Reinaluminium genannt. Schweißbar. Sehr korrosionsbeständig, Verwendung für chemische Tanks und Rohre. Hohe elektrische Leitfähigkeit.

• 2xxx - kann ausgehärtet werden - Festigkeiten von 190 bis 430 N/mm² - Kupferlegiert (0,7 bis 6,8%) - 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 - nicht aushärtbar - Festigkeiten von 110 bis 280 N/mm² - Aluminium Manganlegierungen mit mittlerer Festigkeit, guter 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 - Aushärtbare und nicht aushärtbare Legierungen - Festigkeiten von 170 bis 380 N/mm² - Aluminium-Silizium Legierungen (Si 0,6 bis 21,5%) - einzige Serie die aushärtbare und nicht aushärtbare Legierungen enthält - Silizium reduziert den Schmelzpunkt und macht die Schmelze dünnflüssiger - ideal für Schweiß- und Lötzusätze

• 5xxx - nicht aushärtbar - Festigkeiten von 120 bis 350 N/mm² - Aluminium- Magnesium (Mg 0,2 bis 6,2%) - Höchste Festigkeiten unter den nicht aushärtbaren Aluminiumlegierungen - schweißbar - Verwendung im Schiffsbau, 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 - aushärtbar - Festigkeiten von 120 bis 400 N/mm² - Aluminium / Magnesium - Silizium Legierungen (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 - aushärtbar - Festigkeiten von 220 bis 600 N/mm² - Aluminium - Zink (Zn 0,8 bis 12,0%) - Verwendung in Flugzeugbau, Raumfahrt, Sportgeräte. Manche Legierungen sind nicht mit Lichtbogen schweißbar. Die Legierungen 7005 und 7020 sind gut mit 5xxx Schweißzusätzen schweißbar.

Für die Aushärtung ist zusätzlich die Anwesenheit von Magnesium erforderlich.

Aufstellung typischer in der Industrie Verwendung findender Aluminiumlegierungen:

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

Aluminiumgusslegierungen

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Aluminium bildet mit Silizium ein Kristallgemenge, eine Aluminium-Silizium Legierung mit etwa 12 % Silizium

Sie schmilzt bei 576° Celsius, 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 z.B. für Motorengehäuse und Getriebegehäuse im Fahrzeug- und Flugzeugbau verwendet.

Legierung | Werkstoffkunde

Aluminijeva zlitina