Aluminium-Legierungen: Übersicht

Aluminium ist einer der wichtigsten Werkstoffe. Das Metall ist formbar, besitzt eine gute Leitfähigkeit und darüber hinaus eine besonders edle Oberfläche. In seiner reinen Form ist Aluminium jedoch nur mit sehr unzureichenden mechanischen Eigenschaften ausgestattet. Um das Metall also zu einem echten Bauwerkstoff zu machen, muss Aluminium mit anderen chemischen Elementen legiert werden.

In diesem Ratgeber erläutern wir, was Aluminiumlegierungen überhaupt sind, welche verschiedenen Legierungselemente es gibt und welchen Einfluss die einzelnen Legierungselemente auf die Eigenschaften der Aluminiumlegierung haben. Darüber hinaus beschäftigen wir uns in diesem Artikel mit den Vorteilen von Aluminiumlegierungen und den Verwendungsmöglichkeiten von Aluminiumprodukten.

Was sind Aluminiumlegierungen?

Aluminiumlegierungen gibt es in zahlreichen Varianten und Ausführungen. Sie bestehen aus dem Hauptelement Aluminium (Al) sowie weiteren Legierungselementen.

Ziel der Herstellung einer Legierung ist es, die gewünschten mechanischen und physikalischen Eigenschaften von Aluminium an die unterschiedlichen Anwendungen von Aluminiumprodukten anzupassen und so insbesondere die Festigkeit, Wärmeleitfähigkeit, Schweißbarkeit und Umformbarkeit zu beeinflussen.

Die verschiedenen Legierungen

Ob man nun Aluminiumbleche oder Aluprofil-Zuschnitte finden möchte – jedes fertige Aluminiumprodukt benötigt verschiedene Eigenschaften, um seinen Zweck zu erfüllen.

So spielen die Festigkeitseigenschaften eine wichtige Rolle bei der Legierung von Aluminium. Bei der Zugabe von Legierungselementen kann über die Kaltverfestigung eine Festigkeitssteigerung erreicht werden. Auch eine Wärmebehandlung oder Aushärtung kann die Festigkeit von Aluminium beeinflussen.

Somit erfolgt bei Aluminiumlegierungen eine Unterscheidung zwischen aushärtbaren und nicht-aushärtbaren Legierungen.

Für eine Aluminiumlegierung kommen im Wesentlichen folgende Legierungselemente infrage:

• Magnesium (Mg)

• Silizium (Si)

• Kupfer (Cu)

• Mangan (Mn)

• Zink (Zn)

Darüber hinaus findet im Übrigen noch eine Einteilung zwischen Aluminiumknetlegierungen und Aluminiumgusslegierungen statt.

Aluminiumknetlegierungen

Knetlegierungen haben den Vorteil, dass sich die entsprechende Aluminiumlegierung durch Kalt- oder Warmumformungen durch Walzen oder das sogenannte Strangpressverfahren zum gewünschten Endprodukt formen lassen.

Durch die Zugabe von unterschiedlichen Legierungselementen können die Eigenschaften des Aluminiums stark modifiziert werden, was sich insbesondere auf die Festigkeit die Schweißbarkeit und die Spanbarkeit auswirkt.

Zu den wichtigsten Aluminium-Knetwerkstoffen gehören unter anderem folgende:

• nicht aushärtbare Legierungen

  • AlMgMn

  • AlMn

  • AlMg

• aushärtbare Legierungen

  • AlMgSi

  • AlCuMg

  • AlZnMg

  • AlCuSiMn

  • AlZnMgCu

Aluminiumgusslegierungen

Im Gegensatz zu Aluminiumknetlegierungen ist ein nachträgliches Umformen von Gusslegierungen nicht möglich oder – wenn überhaupt – nur sehr schwer umsetzbar.

Ziel ist es, eine gute Gießbarkeit sowie eine hohe Festigkeit durch die Gusslegierung zu erzielen.
Beim Aluminium-Gießen wird das Aluminium schmelzflüssig in eine Form gegossen und erstarrt in der Gussform. Durch dieses Verfahren können seht komplexe Werkstücke „aus einem Guss“ entstehen, welche durch den Gießvorgang sehr wenig Materialspannung haben im Gegensatz zu gepressten oder gewalzten Aluminium-Produkten.

Zu den wichtigsten Aluminiumgusslegierungen gehören unter anderem folgende:

• AlSi

• AlMg

• AlMgSi

• AlSiMg

• AlSiCu

• AlCuTiMg

• AlCuTi
  

Die Einflussfaktoren der Elemente auf die Legierungen

Die Zugabe von unterschiedlichen Legierungselementen hat einen großen Einfluss auf die mechanischen und physikalischen Eigenschaften von Aluminium. Diese fallen je nach Werkstoff und Zusammensetzung unterschiedlich aus.

1. Magnesium (Mg): Magnesium ist ein Alkalimetall, welches die Festigkeit von Aluminium deutlich erhöht. Die korrosionsbeständige Aluminiumlegierung zeichnet sich außerdem durch eine geringere Seewasser- und Alkaliempfindlichkeit aus.

2. Kupfer (Cu): Durch die Zugabe von Kupfer wird zwar die Korrosionsbeständigkeit von Aluminium gesenkt, jedoch erhöht sich die Festigkeit und Härte durch die Legierung um ein Vielfaches. Zudem verhilft das Kupfer der Aluminiumlegierung zu einer sehr guten Spanbarkeit.

3. Silizium (Si): Silizium ist ein Halbmetall, welches positive Auswirkungen auf die Korrosionsbeständigkeit hat. Zusammen mit Magnesium wird die Legierung besonders wärmebehandelbar. Darüber hinaus wird der Schmelzpunkt der Legierung durch Silizium gesenkt, wodurch eine bessere Schweißbarkeit zustande kommt.

4. Mangan (Mn): Durch die Zulegierung von Mangan erhält das Metall eine besondere Dehn- und Zugfestigkeit. Zusätzlich macht das Element Mangan die Legierung deutlich widerstandsfähiger gegen Korrosion.

5. Zink (Zn): In einer Zusammensetzung mit Magnesium kann durch Zink eine wärmebehandelbare Aluminiumlegierung entstehen. Das Alkalimetall senkt jedoch die Korrosionsbeständigkeit herab, wobei die Festigkeit und Härte verbessert werden.

Die Vorteile der Nutzung von Aluminium-Legierungen

Durch die Herstellung von Aluminiumlegierungen wird das Leichtmetall optimal an die gewünschte Anwendung angepasst. So bieten Aluminiumlegierungen zahlreiche Vorteile, da insbesondere eine Anpassung der Eigenschaften, wie etwa der Wärmeleitfähigkeit, Zugfestigkeit, Härte und Schweißbarkeit vorgenommen wird.

Anwendungsgebiete

Die Anwendungsgebiete von Aluminiumlegierungen sind vielfältig. Je nach Zusammensetzung und Eigenschaften eignen sich die einzelnen Endprodukte für die verschiedensten Einsatzgebiete.

So wird Reinaluminium aufgrund seiner guten Schweißbarkeit, Korrosionsbeständigkeit sowie hohen elektrischen Leitfähigkeit vorwiegend für Aluminiumfolie, chemische Tanks oder Rohre verwendet. Eine Aluminiumlegierung mit Kupfer hingegen eignet sich Aufgrund ihrer hohen Festigkeit besonders im Flugzeugbau und der Raumfahrt.

Legierungen mit dem Hauptlegierungselement Mangan besitzen eine hohe Umformbarkeit sowie Wärmeleitfähigkeit. Eingesetzt werden diese Legierungen hauptsächlich bei der Herstellung von Kochtöpfen oder Kfz-Kühlern. Aber auch im Kraftwerksbau werden Aluminium-Mangan-Legierungen häufig verwendet.

Eine Aluminium-Silizium-Legierung ist besonders schmelzfähig, sodass sich diese Art der Legierung besonders gut für Schweiß- oder Lötzusätze eignet.

Magnesium hingegen sorgt für eine mittlere bis hohe Festigkeit bei sehr guter Korrosionsbeständigkeit, wodurch derartige Aluminiumlegierungen vorwiegend im Schiffbau, Transport, bei Brücken und Druckkesseln verwendet werden.

Als AlMgSi kommt die Legierung auch in der Luftfahrt zum Einsatz. Eine Zusammensetzung aus Silizium und Magnesium besitzt eine besonders hohe Schweißbarkeit sowie Strangpressbarkeit, wodurch eine solche Legierung vorwiegend für Profile (z.B. Systemprofile) im Strangpressverfahren verwendet wird.

Legierungen mit dem chemischen Element Zink zeichnen sich durch eine hohe Zugfestigkeit aus, sodass diese häufig im Flugzeugbau, in der Raumfahrt oder für Sportgeräte eingesetzt wird.

FAQ-Bereich

Welche Legierungen gibt es bei Aluminium?

Aluminiumlegierungen kommen sowohl mit Magnesium, Silicium, Mangan als auch Kupfer und Zink vor.

Wie viele Alu-Legierungen gibt es?

Es gibt in etwa 200 verschiedene Aluminiumlegierungen, die sich alle in ihrer Festigkeit, Umformbarkeit und Schweißbarkeit unterscheiden.

Welches ist das beste Aluminium?

Es gibt zahlreiche Aluminiumlegierungen, die alle jeweils einen besonderen Zweck erfüllen. Zu den am meisten verwendeten Aluminiumlegierungen gehören jedoch Aluminium 6060, Aluminium 5754, Aluminium 7075, Aluminium 5083 und Aluminium 6082.

Welches ist das härteste Aluminium?

Das härteste Aluminium nennt sich Duraluminium, kurz Dural. Es handelt sich hierbei um eine Aluminiumlegierung mit Kupfer Magnesium und Mangan die eine besonders hohe Festigkeit aufweist und deren Legierung und Name patentrechtlich geschützt sind.

Fazit – mit dem richtigen Element zum perfekten Einsatz

Aluminiumlegierungen sind essenziell – sowohl in der Industrie als auch im Handwerk. Nur durch die Zugabe der unterschiedlichen Legierungselemente können die Eigenschaften des Leichtmetalls verbessert und angepasst werden, sodass die Aluminium-Endprodukte an der passenden Stelle zum Einsatz kommen können.