Aluminium und Aluminiumlegierungen

Einleitung

Aluminium wird in einer Vielzahl von Anwendungsbereichen eingesetzt – in Lebensmittelverpackungen, Haushaltsartikeln, Automobilteilen, Flugzeugstrukturen und präzisionsgefertigten Bauteilen. Reines Aluminium ist jedoch recht weich, weshalb es für Anwendungen, bei denen hohe Festigkeit und Langlebigkeit erforderlich sind, eher ungeeignet ist.

Diese Einschränkungen lassen sich durch den Einsatz von Aluminiumlegierungen überwinden, die mit Elementen wie Kupfer, Magnesium, Silizium, Zink und Mangan legiert sind. Durch diese Zusätze werden bestimmte Eigenschaften wie Festigkeit, Härte, gute Verarbeitbarkeit, Schweißbarkeit und Korrosionsbeständigkeit erzielt.

Dieser Leitfaden bietet einen Überblick über Aluminiumlegierungen, ihre Bestandteile, Eigenschaften, Vor- und Nachteile, typische Güteklassen, Herstellungsverfahren und Anwendungsbereiche.

Was sind Aluminiumlegierungen?

Aluminiumlegierungen sind Metalllegierungen, bei denen Al der Hauptbestandteil ist und ein oder mehrere weitere Elemente hinzugefügt werden, um die Eigenschaften des Metalls zu verbessern. Diese Elemente verändern die mechanischen, physikalischen und chemischen Eigenschaften des Metalls und ermöglichen dessen Einsatz in einem breiteren Spektrum von Industriezweigen.

Die Dichte von reinem Aluminium beträgt etwa 2,7 g/cm³ was deutlich geringer ist als bei Stahl. Es weist zudem sowohl thermisch als auch elektrisch eine hohe Leitfähigkeit auf und bildet von selbst einen dünnen Oxidfilm, der die Korrosion der Oberfläche verhindert.

Hersteller können Legierungen verwenden, die folgende Metalle enthalten:

• Kupfer wird zur Erhöhung der Festigkeit eingesetzt und kann zur Leistungssteigerung genutzt werden, kann jedoch die Korrosionsbeständigkeit verringern.
• Magnesium verbessert die Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit zahlreicher Legierungen.
• Silizium verbessert die Fließfähigkeit von Aluminiumschmelze und unterstützt die Gießprozesse.
• Zink ist ein Werkstoff mit sehr hoher Festigkeit, insbesondere in Kombination mit Magnesium und Kupfer.
• Mangan besitzt festigkeitssteigernde Eigenschaften und kann dazu beitragen, die Korrosionsbeständigkeit und die Umformbarkeit zu erhalten.

Was ist der Unterschied zwischen reinem Aluminium und Aluminiumlegierungen?

Was sind die wichtigsten Arten von Aluminiumlegierungen?

Aluminiumlegierungen werden üblicherweise in zwei Hauptkategorien unterteilt: Schmiedelegierungen und Gusslegierungen.

Was sind die wichtigsten Serien von geschmiedeten Aluminiumlegierungen?

Das internationale Bezeichnungssystem gruppiert Aluminium-Knetlegierungen nach ihren Hauptlegierungselementen.

Was sind die gängigsten Aluminiumlegierungssorten?

Verschiedene Aluminiumlegierungen finden in den Bereichen Maschinenbau, Bauwesen, Transportwesen und Präzisionsfertigung breite Anwendung.

Welche Eigenschaften machen Aluminiumlegierungen für den Druckguss geeignet?

Aluminiumlegierungen weisen eine Reihe von wünschenswerten Eigenschaften auf, die sich für leichte Präzisionsbauteile eignen.

Warum sind Aluminiumlegierungen leicht und fest?

Die Dichte von Aluminium beträgt etwa ein Drittel der von Stahl. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn Gewichtsreduzierung im Vordergrund steht.

Reines Aluminium ist relativ weich, doch lässt sich seine Festigkeit durch Legieren und/oder Wärmebehandlung erheblich verbessern. Die Sorten 6061 und 7075 unterscheiden sich hinsichtlich Festigkeit, Bearbeitbarkeit und Korrosionsbeständigkeit.

Warum sind diese Aluminiumlegierungen korrosionsbeständig?

Aluminium bildet an der Luft von Natur aus eine dünne Schicht aus Aluminiumoxid. Diese Schicht trägt dazu bei, die weitere Oxidation des darunterliegenden Metalls zu verringern.

Zwar hängt die Korrosionsbeständigkeit von der jeweiligen Aluminiumlegierung ab, doch sind viele davon für den Einsatz im Außenbereich und in maritimen Anwendungen geeignet. Kupferhaltige Legierungen benötigen beispielsweise in rauen Umgebungen möglicherweise zusätzlichen Schutz.

Was macht Aluminiumlegierungen so leicht zu bearbeiten?

Aluminiumlegierungen sind relativ weich, lassen sich gut bearbeiten und können mit einer relativ hohen Schnittgeschwindigkeit bearbeitet werden. Zu den gängigen Fertigungsverfahren für die Herstellung von Aluminiumteilen zählen CNC-Fräsen, Drehen, Bohren und Gewindeschneiden.

Warum sind Wärmeleitfähigkeit und elektrische Leitfähigkeit wichtig?

Aluminium weist eine hohe thermische und elektrische Leitfähigkeit auf. Es verfügt sowohl über eine hohe elektrische Leitfähigkeit als auch über ein geringes spezifisches Gewicht und wird daher in Stromverteilungssystemen, Kühlkörpern, Kühlsystemen und Wärmetauschern eingesetzt.

Welche Rolle spielt die Wärmebehandlung bei Aluminiumlegierungen?

Einige Aluminiumlegierungen lassen sich durch Wärmebehandlung festigen und härten. Die Ausscheidungshärtung ist insbesondere für wärmebehandelbare Legierungsreihen (2xxx, 6xxx, 7xxx) von Bedeutung.

Was sind die Vor- und Nachteile von Aluminiumlegierungen?

Aluminiumlegierungen bieten erhebliche Vorteile bei der Fertigung, weisen jedoch auch Einschränkungen auf, die bei der Konstruktion und der Materialauswahl berücksichtigt werden sollten.

Was versteht man unter der CNC-Bearbeitung von Aluminiumlegierungen?

• CNC-Bearbeitung ist ein Verfahren, bei dem computergesteuerte Schneidwerkzeuge eingesetzt werden, um Material von Aluminiumrohlingen abzutragen und präzise Bauteile herzustellen.
• CNC-Fräsen: Fräsen von Nuten, Taschen, Bohrungen, Konturen und komplexen 3D-Formen.
• CNC-Drehen: Fertigt zylindrische Teile, Wellen, Buchsen und Teile mit Gewinde.
• Bohren und Gewindeschneiden: Bohrt Löcher und schneidet Innengewinde.
• Mehrachsige Bearbeitung: Ermöglicht die Bearbeitung komplexer Formen und mehrerer Oberflächen mit weniger Umrüstvorgängen.

Was ist Aluminiumdruckguss?

Druckguss ist ein Verfahren, bei dem geschmolzene Aluminiumlegierung in die Schimmel um eine Komponente zu erstellen.

Zu den gängigen Prozessen gehören:

• Mit Sandguss, die Teile werden in relativ geringen Stückzahlen gegossen und sind relativ groß und komplex.
• Gießen in Dauerformen: Wiederverwendbare Form zur wiederholten Herstellung derselben Bauteile.
• Druckguss: Dabei wird geschmolzenes Metall in eine Metallform gepresst; dieses Verfahren wird zur Großserienfertigung komplexer Bauteile eingesetzt.
• Vakuumunterstütztes Druckgussverfahren: Bei sachgemäßer Verwendung weniger eingeschlossenes Gas; kann die Gussqualität verbessern.

Aluminiumblechbearbeitung: Was ist das?

Bei der Blechbearbeitung werden Aluminiumbleche oder -platten mithilfe verschiedener Verfahren wie Schneiden, Biegen, Stanzen und Fügen zu Bauteilen verarbeitet.

Typische Anwendungsbereiche sind Schaltschränke, Halterungen, Platten, Gehäuse, Fahrzeugteile und Architekturprodukte. Die Anforderungen an Biegbarkeit, Dicke, Festigkeit und Fügeverfahren spielen bei der Auswahl der Legierung eine wichtige Rolle.

Aluminium-Strangpressteile vs. Aluminium-Schmiedeteile: Was ist der Unterschied?

Beim Strangpressen wird Aluminium durch eine geformte Matrize gepresst, um endlose Profile herzustellen. Dieses Verfahren wird häufig für Rahmen, Schienen, Konstruktionsprofile und Kühlkörper verwendet.

Umformung von Aluminium unter Druckbeanspruchung mithilfe eines Umformwerkzeugs oder einer Matrize. Bei richtiger Auslegung weisen Schmiedeteile wünschenswerte mechanische Eigenschaften auf und werden häufig in Anwendungen eingesetzt, die hochfeste Konstruktionen erfordern.

Wofür werden Aluminiumlegierungen üblicherweise verwendet?

Die Eigenschaften von Aluminiumlegierungen wie geringes Gewicht, Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Vielseitigkeit haben dazu geführt, dass sie weit verbreitet sind.

• Strukturell: Flugzeugrahmen, Strukturplatten, Halterungen und Leichtbauteile für Flugzeuge aus den 2xxx- und 7xxx-Serien.
• Karosserieteile und Räder, Fahrwerkskomponenten, Batteriegehäuse, Motorgehäuse und Kühlsysteme – alles im Bereich der Automobil- und Elektrofahrzeugindustrie.
• Marine: Korrosionsbeständige Legierungen (5052, 5083) für Bootsrümpfe, Schiffskonstruktionen, Tanks und Schiffsausrüstung.
• Kühlkörper, Elektronikgehäuse, Maschinenrahmen, Befestigungshalterungen und präzisionsgefertigte Teile – all diese Komponenten erfordern höchste Präzision.
• Bauwesen: Fensterrahmen, Türen, Vorhangfassaden, Konstruktionsprofile und architektonische Beschläge.
• Verpackung und Lebensmittelverarbeitung: Getränkedosen, Aluminiumfolie, Lebensmittelbehälter, Verarbeitungsanlagen.

Was ist der Unterschied zwischen Aluminiumlegierungen und alternativen Werkstoffen?

Wie wählen Sie die richtige Aluminiumlegierung für Ihr Projekt aus?

Der erste Schritt bei der Auswahl einer Aluminiumlegierung besteht darin, den Verwendungszweck und den Einsatzbereich des Bauteils zu bestimmen.

Bitte beachten Sie Folgendes:

• Anforderungen an die Festigkeit: Bestimmen Sie eine geeignete Güteklasse, die den Anforderungen an Festigkeit, Dauerfestigkeit und Sicherheit entspricht.
• Beständigkeit gegen Feuchtigkeit, Chemikalien, Salzwasser und Korrosion durch unterschiedliche Metalle.
• Herstellungsverfahren – Entscheiden Sie, welches der folgenden Fertigungsverfahren zur Herstellung des Bauteils zum Einsatz kommen soll: Zerspanung, Guss, Strangpressen, Schmieden oder Blechbearbeitung?
• Maßgenauigkeit: Berücksichtigen Sie Toleranzen, Auswirkungen der Wärmebehandlung, Restspannungen und Wärmeausdehnung.
• Schweißbarkeit und Umformbarkeit: Stellen Sie sicher, dass die gewählte Legierung für die erforderlichen Schweiß- oder Umformverfahren geeignet ist.
• Oberflächenbeschaffenheit: Geben Sie gegebenenfalls an, welche Eloxierung, Beschichtung, Politur oder sonstige Oberflächenbehandlung durchgeführt werden soll.
• Budget und Produktionsvolumen: Führen Sie einen Vergleich der Kosten für Rohmaterial, Werkzeuge, Bearbeitungszeit, Endbearbeitung, Prüfung und Montage durch.

Schlussfolgerung

Aluminium und Aluminiumlegierungen Sie zeichnen sich durch eine Kombination verschiedener Eigenschaften aus: geringe Dichte, vorteilhafte mechanische Eigenschaften, Korrosionsbeständigkeit und Vielseitigkeit in der Verarbeitung, was sie zu unverzichtbaren Werkstoffen in der modernen Fertigung macht.

Die Auswahl der geeigneten Legierungen unter Berücksichtigung funktionaler und wirtschaftlicher Anforderungen setzt Kenntnisse über die verschiedenen Legierungsserien, die einzelnen Güteklassen, die Herstellungsverfahren und die Oberflächenbehandlungen voraus.

Von der CNC-Bearbeitung und Druckguss Bei Blechbearbeitung und Konstruktionsteilen kann die richtige Aluminiumlegierung dazu beitragen, die optimale Kombination aus Gewichtsreduzierung, dauerhafter Leistungsfähigkeit, Präzision und Kosten zu gewährleisten.

Häufig gestellte Fragen (FAQs)

Sind Aluminium und Aluminiumlegierung dasselbe?

Nein. Aluminium ist ein chemisches Element; eine Aluminiumlegierung ist ein Werkstoff oder ein Produkt, das hauptsächlich aus Aluminium und anderen Elementen besteht. Reines Aluminium weist eine gute Leitfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit auf und ist in der Regel weicher als die meisten Aluminiumkonstruktionslegierungen.

Welche Aluminiumlegierungen gibt es?

Zu den gängigen Aluminiumlegierungen für die Schmiedeverarbeitung zählen 1050, 2024, 3003, 5052, 5083, 6061, 6082 und 7075. Für den Guss werden die Legierungen A356.0 und A380.0 verwendet.

Ist eine Legierung dasselbe wie Aluminium?

Nein. Eine Legierung ist ein Werkstoff, der aus zwei oder mehr Elementen besteht, von denen eines ein Metall ist. Das chemische Symbol für Aluminium lautet Al. In einer Legierung ist Aluminium das Hauptelement, und andere Elemente werden der Legierung beigemischt, um ihr bestimmte Eigenschaften zu verleihen.

Welche beiden Aluminiumlegierungen gibt es?

Wenn man von den beiden gängigsten Aluminiumlegierungen spricht, dann sind 6061 und 7075 beliebte Optionen.

Warum werden Aluminiumlegierungen anstelle von reinem Aluminium verwendet?

Das Legieren erhöht in der Regel die Festigkeit, Härte und Eignung für bestimmte strukturelle Anwendungen und wird häufig zur Verbesserung der Eigenschaften eingesetzt. Je nach ihrer Zusammensetzung können Legierungen zudem zu einer verbesserten Gießbarkeit, Bearbeitbarkeit oder Verschleißfestigkeit führen.

Welche Aluminiumlegierung eignet sich am besten für die CNC-Bearbeitung?

Aluminium 6061 ist ein häufig verwendeter Werkstoff in der CNC-Bearbeitung und zeichnet sich durch eine hervorragende Kombination von Eigenschaften wie Zerspanbarkeit, Festigkeit und Korrosionsbeständigkeit aus.

Sind Aluminiumlegierungen korrosionsbeständig?

Aluminiumlegierungen sind im Allgemeinen korrosionsbeständig, da sich auf der Oberfläche des Metalls eine schützende Oxidschicht bildet.