Aluminium ist das am häufigsten vorkommende Metall der Welt und das dritthäufigste Element, das 8% der Erdkruste ausmacht. Die Vielseitigkeit von Aluminium macht es zum meistverwendeten Metall nach Stahl.

Herstellung von Aluminium

Aluminium wird aus dem Mineral Bauxit gewonnen. Bauxit wird durch das Bayer-Verfahren in Aluminiumoxid (Tonerde) umgewandelt. Die Tonerde wird dann mit Hilfe von Elektrolysezellen und dem Hall-Heroult-Verfahren in Aluminiummetall umgewandelt.

Jährliche Nachfrage nach Aluminium

Die weltweite Nachfrage nach Aluminium beträgt etwa 29 Millionen Tonnen pro Jahr. Etwa 22 Millionen Tonnen sind neues Aluminium und 7 Millionen Tonnen sind recycelter Aluminiumschrott. Die Verwendung von recyceltem Aluminium ist wirtschaftlich und ökologisch überzeugend. Für die Herstellung von 1 Tonne neuem Aluminium werden 14.000 kWh benötigt. Umgekehrt werden nur 5 % davon benötigt, um eine Tonne Aluminium umzuschmelzen und zu recyceln. Es gibt keinen Qualitätsunterschied zwischen neuen und recycelten Aluminiumlegierungen.

Anwendungen von Aluminium

Reines Aluminium ist weich, dehnbar, korrosionsbeständig und hat eine hohe elektrische Leitfähigkeit. Es wird häufig für Folien und Leiterseile verwendet, aber die Legierung mit anderen Elementen ist notwendig, um die für andere Anwendungen erforderlichen höheren Festigkeiten zu erreichen. Aluminium ist eines der leichtesten technischen Metalle und hat ein besseres Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht als Stahl.

Durch die Nutzung verschiedener Kombinationen seiner vorteilhaften Eigenschaften wie Festigkeit, Leichtigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Wiederverwertbarkeit und Formbarkeit wird Aluminium in einer ständig wachsenden Zahl von Anwendungen eingesetzt. Diese Produktpalette reicht von Konstruktionsmaterialien bis hin zu dünnen Verpackungsfolien.

Legierungsbezeichnungen

Aluminium wird am häufigsten mit Kupfer, Zink, Magnesium, Silizium, Mangan und Lithium legiert. In geringem Umfang werden auch Chrom, Titan, Zirkonium, Blei, Wismut und Nickel zugesetzt, und Eisen ist stets in geringen Mengen vorhanden.

Es gibt über 300 Knetlegierungen, von denen 50 allgemein verwendet werden. Sie werden in der Regel nach einem vierstelligen System bezeichnet, das in den USA entstand und heute allgemein anerkannt ist. Tabelle 1 beschreibt das System für Knetlegierungen. Gusslegierungen haben ähnliche Bezeichnungen und verwenden ein fünfstelliges System.

Tabelle 1. Bezeichnungen für Aluminiumknetlegierungen.

Für unlegierte Aluminium-Knetlegierungen mit der Bezeichnung 1XXX, geben die letzten beiden Ziffern den Reinheitsgrad des Metalls an. Sie entsprechen den letzten beiden Ziffern nach dem Komma, wenn die Reinheit von Aluminium auf 0,01 Prozent genau angegeben wird. Die zweite Ziffer zeigt Änderungen der Verunreinigungsgrenzen an. Wenn die zweite Ziffer Null ist, bedeutet dies, dass es sich um unlegiertes Aluminium mit natürlichen Verunreinigungsgrenzen handelt, und die Ziffern 1 bis 9 bezeichnen einzelne Verunreinigungen oder Legierungselemente.

Für die Gruppen 2XXX bis 8XXX bezeichnen die letzten beiden Ziffern verschiedene Aluminiumlegierungen in der Gruppe. Die zweite Ziffer gibt Änderungen der Legierung an. Eine zweite Ziffer von Null kennzeichnet die ursprüngliche Legierung und die Zahlen 1 bis 9 kennzeichnen aufeinanderfolgende Legierungsänderungen.

Physikalische Eigenschaften von Aluminium

Aluminium hat eine Dichte von etwa einem Drittel der Dichte von Stahl oder Kupfer und ist damit eines der leichtesten kommerziell erhältlichen Metalle. Das daraus resultierende hohe Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht macht es zu einem wichtigen Konstruktionsmaterial, das insbesondere in der Transportindustrie höhere Nutzlasten oder Kraftstoffeinsparungen ermöglicht.

Festigkeit von Aluminium

Reines Aluminium hat keine hohe Zugfestigkeit. Der Zusatz von Legierungselementen wie Mangan, Silizium, Kupfer und Magnesium kann jedoch die Festigkeitseigenschaften von Aluminium erhöhen und eine Legierung mit Eigenschaften herstellen, die auf bestimmte Anwendungen zugeschnitten sind.

Aluminium ist gut für kalte Umgebungen geeignet. Es hat gegenüber Stahl den Vorteil, dass seine Zugfestigkeit mit abnehmender Temperatur zunimmt, während es seine Zähigkeit beibehält. Stahl hingegen wird bei niedrigen Temperaturen spröde.

Korrosionsbeständigkeit von Aluminium

Wenn es der Luft ausgesetzt wird, bildet sich fast sofort eine Aluminiumoxidschicht auf der Oberfläche von Aluminium. Diese Schicht weist eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit auf. Es ist ziemlich resistent gegen die meisten Säuren, aber weniger resistent gegen Laugen.

Wärmeleitfähigkeit von Aluminium

Die Wärmeleitfähigkeit von Aluminium ist etwa dreimal so hoch wie die von Stahl. Das macht Aluminium zu einem wichtigen Werkstoff sowohl für Kühl- als auch für Heizanwendungen wie Wärmetauscher. In Verbindung mit seiner Ungiftigkeit führt diese Eigenschaft dazu, dass Aluminium in großem Umfang für Koch- und Küchengeräte verwendet wird.

Elektrische Leitfähigkeit von Aluminium

Gemeinsam mit Kupfer hat Aluminium eine ausreichend hohe elektrische Leitfähigkeit, um als elektrischer Leiter verwendet zu werden. Obwohl die Leitfähigkeit der üblicherweise verwendeten leitfähigen Legierung (1350) nur etwa 62 % des geglühten Kupfers beträgt, ist sie nur ein Drittel so schwer und kann daher doppelt so viel Strom leiten wie Kupfer gleichen Gewichts.

Reflexionsvermögen von Aluminium

Von UV bis Infrarot ist Aluminium ein hervorragender Reflektor von Strahlungsenergie. Mit einem Reflexionsvermögen von etwa 80 % des sichtbaren Lichts wird es häufig in Beleuchtungskörpern verwendet. Die gleichen Reflexionseigenschaften machen Aluminium zu einem idealen Isoliermaterial, das im Sommer vor Sonneneinstrahlung und im Winter vor Wärmeverlusten schützt.

Tabelle 2. Eigenschaften für Aluminium.

Mechanische Eigenschaften von Aluminium

Aluminium kann stark verformt werden, ohne zu versagen. Dadurch kann Aluminium durch Walzen, Strangpressen, Ziehen, Bearbeiten und andere mechanische Verfahren geformt werden. Es kann auch mit einer hohen Toleranz gegossen werden.

Legierungen, Kaltverformung und Wärmebehandlung können genutzt werden, um die Eigenschaften von Aluminium anzupassen.

Die Zugfestigkeit von reinem Aluminium liegt bei etwa 90 MPa, kann aber bei einigen wärmebehandelbaren Legierungen auf über 690 MPa erhöht werden.

Tabelle 3. Mechanische Eigenschaften ausgewählter Aluminiumlegierungen.

Aluminiumnormen

Die alte Norm BS1470 wurde durch neun EN-Normen ersetzt. Die EN-Normen sind in Tabelle 4 aufgeführt.

Tabelle 4. EN-Normen für Aluminium

Die EN-Normen unterscheiden sich von der alten Norm, BS1470 in den folgenden Bereichen:

• Chemische Zusammensetzungen – unverändert.
• Legierungsnummernsystem – unverändert.
• Temperaturbezeichnungen für wärmebehandelbare Legierungen decken jetzt eine breitere Palette von Sondertemperaturen ab. Bis zu vier Ziffern nach dem T wurden für Nicht-Standardanwendungen eingeführt (z.B. T6151).
• Temperaturbezeichnungen für nicht wärmebehandelbare Legierungen – die bestehenden Temperaturen bleiben unverändert, aber die Temperaturen sind jetzt umfassender definiert, was ihre Erzeugung betrifft. Der weiche Zustand (O) ist jetzt H111, und es wurde ein Zwischenzustand H112 eingeführt. Für die Legierung 5251 werden die Zustände jetzt als H32/H34/H36/H38 angegeben (entspricht H22/H24 usw.). H19/H22 & H24 sind jetzt separat aufgeführt.
• Mechanische Eigenschaften – bleiben ähnlich wie die vorherigen Zahlen. 0,2 % Prüfspannung müssen jetzt auf Prüfzeugnissen angegeben werden.
• Toleranzen wurden in unterschiedlichem Maße verschärft.

Wärmebehandlung von Aluminium

Eine Reihe von Wärmebehandlungen kann auf Aluminiumlegierungen angewandt werden:

• Homogenisierung – die Beseitigung von Seigerungen durch Erhitzen nach dem Gießen.
• Glühen – wird nach der Kaltumformung verwendet, um kaltverfestigende Legierungen (1XXX, 3XXX und 5XXX) zu erweichen.
• Ausscheidungs- oder Alterungshärtung (Legierungen 2XXX, 6XXX und 7XXX).
• Lösungswärmebehandlung vor der Alterung von ausscheidungshärtenden Legierungen.
• Einbrennen zum Aushärten von Beschichtungen
• Nach der Wärmebehandlung wird den Bezeichnungsnummern ein Suffix angefügt.
• Das Suffix F bedeutet „wie hergestellt“.
• O bedeutet „geglühte Kneterzeugnisse“.
• T bedeutet „wärmebehandelt“.
• W bedeutet, dass das Material lösungsgeglüht ist.
• H bezieht sich auf nicht wärmebehandelbare Legierungen, die „kaltverformt“ oder „kaltverfestigt“ sind.

Die nicht wärmebehandelbaren Legierungen gehören zu den Gruppen 3XXX, 4XXX und 5XXX.

Tabelle 5. Wärmebehandlungsbezeichnungen für Aluminium und Aluminiumlegierungen.

Kaltverfestigung von Aluminium

Bei den nicht wärmebehandelbaren Legierungen können die Eigenschaften durch Kaltverformung eingestellt werden. Ein Beispiel dafür ist das Kaltwalzen.

Diese angepassten Eigenschaften hängen vom Grad der Kaltverformung ab und davon, ob der Verformung eine Glühung oder eine stabilisierende Wärmebehandlung folgt.

Die Nomenklatur zur Beschreibung dieser Behandlungen verwendet einen Buchstaben, O, F oder H, gefolgt von einer oder mehreren Zahlen. Wie in Tabelle 6 dargestellt, bezieht sich die erste Zahl auf den bearbeiteten Zustand und die zweite Zahl auf den Grad des Anlassens.

Tabelle 6. Nicht .Wärmebehandelbare Legierungsbezeichnungen

Tabelle 7. Vergütungscodes für Bleche

DISCLAIMER

Diese Daten sind nur indikativ und dürfen nicht als Ersatz für die vollständige Spezifikation angesehen werden, aus der sie entnommen sind. Insbesondere die Anforderungen an die mechanischen Eigenschaften sind je nach Härtegrad, Produkt und Produktabmessungen sehr unterschiedlich. Die Angaben beruhen auf unserem derzeitigen Kenntnisstand und werden in gutem Glauben gemacht. Das Unternehmen übernimmt jedoch keine Haftung für Handlungen, die von Dritten im Vertrauen auf diese Informationen vorgenommen werden.

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Diese Informationen stammen aus Materialien, die von Aalco – Ferrous and Non-Ferrous Metals Stockist zur Verfügung gestellt wurden.

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