Aluminiumlegierungen erklärt: Leitfaden zu Güten, Eigenschaften und Anwendungen

Aluminiumlegierungen zählen zu den vielseitigsten und effektivsten Materialien für Produktdesign across industries. Sie bieten exzellente Festigkeit, herausragende Korrosionsbeständigkeit, Wärmebehandelbarkeit, gute Schweißbarkeit und Formbarkeit. Daher setzen viele Hersteller verschiedene Aluminiumlegierungstypen in zahlreichen Anwendungen ein.

Aluminium ist in verschiedenen Güten erhältlich, jede mit unterschiedlichen Legierungselementen und Eigenschaften. Sie müssen die Unterschiede zwischen diesen Aluminiumlegierungsgüten kennen, um die richtige für Ihr Projekt zu wählen. Dieser Guide erkundet Aluminiumlegierungstypen, ihre Features, Vorteile und Anwendungen.

Was ist eine Aluminiumlegierung?

Eine Aluminiumlegierung ist eine einzigartige Kombination verschiedener Metallelemente mit erhöhter Festigkeit und Haltbarkeit. Aluminium ist traditionell leicht und hat exzellente Korrosionsbeständigkeit. Diese Legierungen entstehen durch Kombination von Aluminium in flüssig/geschmolzener Form mit anderen Elementen, die später abkühlen und erstarren, ein homogenes Festmaterial bildend. Die zugegebenen Elemente können bis zu 15 % der Gesamtmasse ausmachen.

Beispiele für Zusatzelemente: Zink, Eisen, Magnesium, Kupfer, Silicium. Wichtiger: Das Hinzufügen dieser Elemente verleiht der Legierung verbesserte elektrische Leitfähigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Verarbeitbarkeit und Festigkeit im Vergleich zu reinen Metallelementen.

Eigenschaften von Aluminium

Aluminium hat viele herausragende Eigenschaften, die es berühmt und in den meisten Anwendungen gängig machen. Hier sind einige:

Korrosionsbeständigkeit

Aluminium bildet eine natürliche, dünne Oxidschicht, die das Metall vor Reaktionen mit der Umwelt schützt. Daher eignet es sich für Anwendungen, wo es korrosiven Agenten ausgesetzt sein kann – z. B. Fahrzeuge. Beachten Sie: Aluminiumlegierungen haben höhere Korrosionsbeständigkeit als reines Aluminium.

Leichtgewicht

Das Standardgewicht von Aluminium beträgt genau 2,7 g/cm³ – etwa ein Drittel des Gewichts von Stahl. Die Leichtbauweise reduziert Fertigungskosten signifikant. Automobilindustrie nutzt Aluminium in Fahrzeugen zur Gewichtsreduktion und Erhöhung der Nutzlast. Zudem können Sie die Zusammensetzung der Aluminiumlegierungstypen anpassen, um das Gewicht anwendungsabhängig zu modifizieren.

Elektrische und thermische Leitfähigkeit

Aluminium ist ein großartiger Leiter von Elektrizität und Wärme aufgrund seines Gewichts. Sein Leitfähigkeitsniveau ist doppelt so hoch wie das von Kupfer. Daher wird es häufig für Stromleitungen verwendet. Auch als hervorragender Wärmeableiter/Spreader fungierend, ist es ideal für Geräte, die schnelle Wärmeableitung erfordern.

Anwendungen von Aluminiumlegierungen

Hier sind die häufigsten Anwendungen von Aluminiumlegierungen.

Luftfahrtindustrie

Die Flugzeugindustrie benötigt oft leichte, feste Aluminiumlegierungen. Diese müssen ein exzellentes Festigkeits-Gewichts-Verhältnis bieten und perfekt in den Budgetrahmen passen. Ebenso verhindert der Einsatz von Aluminiumgüten in Flugzeugen vorzeitige Schäden durch ungünstige Umgebungsbedingungen.

Gesundheitssektor

Aluminiumprodukte helfen der Gesundheitsbranche, hohe Sauberkeit und Biokompatibilität zu wahren. Mehrere medizinische Instrumente – chirurgische, orthopädische – werden mit verschiedenen Aluminiumtypen gefertigt. Ebenso werden allgemeine Geräte wie Tabletts und Behälter aus Aluminium hergestellt.

Automobilindustrie

Fahrzeughersteller nutzen Aluminiumgüten für leichte, umweltfreundliche, langlebige Fahrzeuge. Verschiedene Druckgussteile aus Aluminium in Autos machen sie wendig und robust – dank hoher Haltbarkeit und Leichtbaueigenschaften der Aluminiumlegierungen.

Elektrotechnik & Elektronik

Consumer-Electronics-Hersteller nutzen kontinuierlich verschiedene Aluminiumlegierungstypen aufgrund hoher Wärmeleitfähigkeit. Die exzellente Wärmeleitfähigkeit von Aluminium wird für Komponenten wie Kühlkörper für Grafikprozessoren und Heatspreader eingesetzt.

Aluminiumlegierungsgüten identifizieren

Generell lässt sich eine Aluminiumlegierung über ein 4-stelliges Identifikationsmodell bestimmen. Jede Ziffer repräsentiert einen anderen Aspekt der legierten Metalle und wird üblicherweise vor dem reinen Metallelement geschrieben – z. B. 5052 Aluminium.

Die Ziffern repräsentieren separate Entitäten wie Stahllegierung, Titanlegierung oder andere Legierungen. Hier die Aufschlüsselung des Hauptlegierungselements, das jede erste Ziffer repräsentiert:

• „1“ = keine legierten Elemente, reines Aluminium
• „2“ = Kupfer
• „5“ = Magnesium
• „6“ = Magnesium und Silicium
• „7“ = Zink
• „8“ = reserviert für alle anderen Legierungsmittel

Diese Nummern identifizieren die gesamte Aluminiumlegierungsliste. Da „2“ für Kupfer steht, werden alle Aluminium-Kupfer-Legierungen als „2xxx-Serie“ bezeichnet.

Die zweite Ziffer kennzeichnet besondere Legierungsbedingungen und ob die Legierung vom Originalzustand abweicht. Bleibt sie „0“, wenn keine speziellen Modifikationen existieren. Die dritte und vierte Ziffer dienen typischerweise der Serialisierung und Unterscheidung einzelner Legierungen.

Eine 1xxx-Serie (reines Aluminium mit genau 99 % Aluminium), während die letzten beiden Ziffern den minimalen Aluminiumprozentsatz über 99 % anzeigen. Beispiel: 1060 Aluminium enthält mindestens 99,60 % reines Aluminium.

Sieben verschiedene Basismlegierungen stehen für den industriellen Einsatz im Bereich 1xxx bis 7xxx zur Verfügung. Jede mit einzigartiger Ziffernkombination und variierenden Anteilen und Paarungen. Hier die Standard-Aluminiumlegierungsliste für industrielle Nutzung:

1xxx-Serie

Als Reinaluminium-Serie bekannt, da sie 99 % oder mehr reines Aluminium umfasst. Diese Legierungen bieten 10 bis 27 ksi ultimative Zugfestigkeit. Generell schweißbar, aber nicht wärmebehandelbar, da sie hitzeempfindlich sind.

Diese Legierungen besitzen exzellente elektrische und thermische Leitfähigkeit. Zudem macht ihre exzellente Korrosionsbeständigkeit sie ideal für Chemietanks und Rohrleitungen.

2xxx-Serie

Kupfer ist das primäre Legierungselement in der 2xxx-Serie, mit signifikanten Anteilen an Magnesium, Mangan, Silicium und anderen Elementen. Kupfer als primäres Legierungselement der 2xxx-Serie hat eine ultimative Zugfestigkeit von 27 bis 62 ksi. Diese Güten haben hohe Zerspanbarkeit und behalten große Festigkeit über einen weiten Temperaturbereich – geeignet für die Luftfahrtindustrie.

Obwohl 2xxx-Serien-Legierungen fest und zäh sind, haben sie geringere Korrosionsbeständigkeit als andere Aluminiumlegierungstypen. Daher sollten Sie Beschichtung oder Lackierung in Betracht ziehen, um Langlebigkeit zu verbessern.

3xxx-Serie

Die 3xxx-Serie enthält Magnesium und Mangan als primäre Legierungselemente. Sie verleiht der Aluminiumgüte herausragende mechanische Festigkeit, die sie über einen weiten Temperaturbereich besser hält als reines Aluminium.

Diese Aluminiumgüten sind meist nicht wärmebehandelbar und haben ultimative Zugfestigkeit im Bereich 16 bis 41 ksi. Legierung 3004 ist ein exzellentes Beispiel für eine Verpackungslegierung für Konsumgüter aus dieser Klasse.

4xxx-Serie

Die 4xxx-Serie ist die einzige Kategorie, die sowohl wärmebehandelbare als auch nicht wärmebehandelbare Aluminiumlegierungen umfasst. Silicium als primäres Legierungselement senkt bei Zugabe zu Aluminium die Schmelzpunkte und verbessert die Fließfähigkeit der 4xxx-Legierungen in geschmolzener/flüssiger Form. Zwar ist Silicium natürlich nicht wärmebehandelbar, doch einige Siliciumlegierungen enthalten Kupfer oder Magnesium, was sie positiv auf Wärmebehandlung reagieren lässt.

5xxx-Serie

5xxx-Serien haben Magnesium als Hauptlegierungselement. Diese Aluminiumlegierungsgüten sind meist sehr fest, hoch korrosions- und alkalibeständig – perfekt für Marineanwendungen – und gut schweißbar. Aufgrund hoher Formbarkeit lassen sie sich leicht blechumformen, biegen, walzprofilieren, tiefziehen und spinnen.

Aluminium 5083 ist ein exzellentes Beispiel für eine 5xxx-Serie, häufig in industriellen Anwendungen durch Beständigkeit gegen Seewasser und diverse Industriechemikalien eingesetzt.

6xxx-Serie

Die 6xxx-Legierungen umfassen Magnesium und Silicium, die Magnesiumsilicid bilden. Diese Aluminiumgüten sind hoch formbar, schweißbar und wärmebehandlungsverträglich. Die 6061-Legierung ist die häufigste Aluminiumlegierung der 6xxx-Serie – mit exzellenter Korrosionsbeständigkeit und guter Festigkeit. Daher wird sie häufig für Boots- und LKW-Rahmen verwendet.

Gusslegierungen vs. Knetlegierungen: Was sind die Unterschiede?

Gusslegierungen und Knetlegierungen (Wrought Alloys) sind die beiden Hauptkategorien von Aluminiumlegierungen. Es gibt signifikante Unterschiede.

Legierungselemente

Knetlegierungen besitzen weniger Fremdmetalle als Gusslegierungen. Generell enthalten Knetlegierungen ≤ 4 % Legierungselemente vs. > 22 % bei Gusslegierungen. Obwohl dieser Unterschied immateriell scheint, hat er signifikanten Einfluss auf die Materialeigenschaften.

Die Duktilität einer Aluminiumlegierung sinkt, wenn Legierungselemente hinzugefügt werden. Resultat: Die meisten Gusslegierungen sind bruchempfindlich. Andererseits können Sie Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Leitfähigkeit von Knetaluminiumlegierungen durch Zusatz verschiedener Legierungselemente steigern – während Flexibilität und andere positive Qualitäten erhalten bleiben.

Fertigungstechniken

Der bedeutendste Unterschied liegt in der Fertigungstechnik, die diese Legierungen vor dem Endprodukt durchlaufen. Gusslegierungen verlassen ihre Form oft bereits in der präzisen gewünschten Festform.

Knetlegierungen hingegen erfordern diverse Umformungen im festen Zustand. Dieser Fertigungsunterschied beeinflusst die möglichen Endproduktformen und physikalischen Eigenschaften signifikant.

Eigenschaften

Guss-Aluminiumlegierungen haben niedrigere Schmelzpunkte und Zugfestigkeit als Knet-Aluminium. Aluminium-Silicium ist die am weitesten verbreitete Gusslegierung aufgrund hoher Siliciumkonzentration, die einfaches Gießen ermöglicht. Knet-Aluminium hat breitere Anwendung, Hersteller fertigen Produkte durch Aluminiumextrusion oder Walzen.

Gängige Aluminiumlegierungstypen in der Zerspanung

Dieser Abschnitt diskutiert die verschiedenen Aluminiumlegierungstypen für die Zerspanung Ihrer Produkte.

Aluminium 6061

6061 Aluminium hat Silicium und Magnesium als primäre Elemente. Es ist mit diversen Anwendungen kompatibel durch Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Schweißbarkeit, Wärmebehandelbarkeit. Gut geeignet für Extrusion, und T6-Härtung macht es fester und haltbarer. Ebenso performt es gut beim Eloxieren für verbessertes ästhetisches Finish.

Aluminium 7075

Die 7075-Aluminiumlegierung ist eine feste Legierung mit exzellenter Festigkeit, vergleichbar mit Stahl. Primäre Legierungselemente: Kupfer und Zink. Einsatz in Anwendungen mit exzellenter Festigkeitsanforderung – Raumfahrt, Luftfahrt etc. Zwar nicht schweißbar, aber fest, mäßig schweißbar und spannungsfest.

Aluminium 5052

5052 Aluminium ist eine zuverlässige Legierung mit exzellenter Korrosionsbeständigkeit und mäßiger Festigkeit. Hoch geeignet für Salzwasseranwendungen durch Abwesenheit von Kupfer in der Legierung. Marineausrüstung ist das häufigste Teil aus 5052 Aluminium. Allerdings gehört 5052 zur 5xxx-Serie – daher nicht wärmebehandelbar.

Aluminium 6063

6063 Aluminiumlegierung umfasst Magnesium und Silicium und wird oft als Architektur-Aluminium bezeichnet wegen mäßiger Festigkeit und hoher Duktilität. Hoch kompatibel mit Druckformen. Auch Aluminium 6063 ist hoch korrosionsbeständig durch Magnesiumsilicid-Zusammensetzung.

Typische Teile aus 6063 Aluminium: Architekturprodukte, Möbel, Rohre etc. Lasergravur auf Aluminium ist auch mit dieser Güte kompatibel.

Überlegungen zur Wahl der richtigen Aluminiumlegierung

Die passende Aluminiumgüte für Ihr Projekt ist essenziell für beste Ergebnisse. Hier die Schlüsselfaktoren vor der Auswahl:

1. Zerspanbarkeitsbewertung

Die Zerspanbarkeitsbewertung einer Aluminiumlegierung zeigt die Kompatibilität mit CNC-Aluminiumzerspanungsprozessen. Beachten Sie: 6061-T6, 2011 Aluminium und 7075 Aluminium sind geeignete Legierungen mit hoher bis mäßiger Zerspanbarkeit. Damit lassen sich komplexe Teile mit filigranen Anforderungen fertigen.

2. Materialkosten und Verfügbarkeit

Bei der Materialwahl für Ihr Projekt sind die Kosten der Aluminiumlegierungsgüte essenziell. Halten Sie Gleichgewicht zwischen Budget und Materialkosten mit idealen Eigenschaften für Ihr Projekt. Das schafft eine effiziente Basis für Ihren Produktionsprozess.

Zudem entscheiden die Preise der gewählten Güte über die Verfügbarkeit. Eine seltene Güte verlangsamt den Fertigungsprozess. Beispiel: 7075 Aluminium bietet exzellente Zerspanbarkeit, aber extrem höhere Kosten. 6061 Aluminium ist deutlich günstiger und hat reduzierte Härte und Zugfestigkeit – leichter zerspanbar.

3. Wärmebehandlung

Wärmebehandlung nutzt extreme Temperaturen zur Behandlung von Aluminiumlegierungen zur Festigkeits- und Haltbarkeitssteigerung. Daher sollten Sie herausfinden, welche Aluminiumserie wärmebehandelbar ist und welche nicht.

Beachten Sie: Die 2xxx-, 6xxx- und 7xxx-Aluminiumlegierungsserien sind wärmebehandlungsverträglich. Teile aus diesen Legierungen können wärmebehandelt werden, um die Festigkeit der Endprodukte zu steigern.

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Fazit

Aluminium ist ein gängiges metallisches Material mit vielseitigen Eigenschaften je nach Elementzusammensetzung. Mehrere Aluminiumlegierungstypen haben variierende Eigenschaften, die sie für unterschiedliche Anwendungen prädestinieren. Daher ist es essenziell, die Unterschiede dieser Aluminiumlegierungen vollständig zu verstehen, um das ideale Material für Ihre Projekte zu wählen.

FAQs

Rostet Aluminiumlegierungen?

Alle metallischen Materialien neigen dazu, ohne Pflege über Zeit an Qualität zu verlieren. Obwohl Aluminium nicht rostet, besteht hohe Korrosionswahrscheinlichkeit – die Aluminiumoxidschicht auf der Oberfläche schützt jedoch vor Korrosion.

Welche Aluminiumlegierung hat bessere Zerspanbarkeit: 6061 oder 7075?

6061 Aluminiumlegierung hat mehrere Vorteile gegenüber 7075 bei der Fertigung. Da 6061 reduzierte Härte und Zugfestigkeit aufweist, ist es besser zerspanbar als 7075.