Aluminium und Aluminiumlegierungen

Aluminium ist das am häufigsten verwendete und im Handel erhältliche Metall. Es ist leicht Gewicht und das gute Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht machen es zu einer guten Wahl für alle möglichen Anwendungen, von Flugzeugen über Taschenlampen bis hin zu Vorrichtungen und so ziemlich allem, was man aus Metall herstellen kann. Reines Aluminiumin erster Linie in der 1xxx-Serie von Schmiedeeisen Aluminiumlegierungenhat eine geringe Festigkeit, aber eine hohe elektrische Leitfähigkeit, Reflexionsvermögen und Korrosionsbeständigkeit. So wurde eine große Vielfalt an Aluminiumlegierungen entwickelt.

Aluminium ist ein silbrig-weißes Metall, das eine hohe Beständigkeit gegen Korrosion und ist, wie Gold, ziemlich formbar. Es ist ein relativ leichtes Metall im Vergleich zu Metallen wie Stahl oder Nickel, Messingund Kupfer mit einem spezifischen Gewicht von 2,7. Aluminium ist leicht bearbeitbar und kann in einer Vielzahl von Oberflächengüte. Es hat außerdem eine gute elektrische und thermische Leitfähigkeit und ist hochgradig hitze- und lichtreflektierend. Bei extrem hohen Temperaturen (200-250 °C) neigen Aluminiumlegierungen dazu, einen Teil ihrer Festigkeit zu verlieren. Bei Minusgraden jedoch Temperaturerhöht sich ihre Festigkeit unter Beibehaltung ihrer Duktilitätwas Aluminium zu einer äußerst nützlichen Tieftemperaturlegierung macht.

Aluminiumlegierungen haben eine hohe Beständigkeit gegen Korrosion was auf eine Oxidhaut zurückzuführen ist, die sich durch die Reaktionen mit der Atmosphäre bildet. Diese korrosive Haut schützt Aluminium vor den meisten Chemikalien, Witterungseinflüssen und sogar vor vielen Säuren. Es ist jedoch bekannt, dass alkalische Substanzen die Schutzhaut durchdringen und das Metall korrodieren.

Aluminium hat auch eine relativ hohe elektrische Leitfähigkeit, was es zu einem nützlichen Leiter macht. Kupfer ist der am häufigsten verwendete Leiter und hat eine Leitfähigkeit von etwa 161% der von Aluminium. Verbinder aus Aluminium neigen dazu, sich nach wiederholtem Gebrauch zu lockern, was zu Lichtbögen und Bränden führen kann, was bei der Verwendung von Aluminiumkabeln in Gebäuden besondere Vorsichtsmaßnahmen und eine spezielle Konstruktion erfordert.

Aluminium ist ein sehr vielseitiges Metall und kann in jede bekannte Form gegossen werden. Es kann gewalzt, gestanzt, gezogen, gedreht, rollgeformt, gehämmert und geschmiedet werden. Das Metall kann in eine Vielzahl von Formen stranggepresst werden, und es kann gedreht, gefräst und gebohrt werden. Aluminium kann genietet, geschweißt, gelötet oder mit Harz verklebt werden. Für die meisten Anwendungen benötigt Aluminium keine Schutzbeschichtung, da es so bearbeitet werden kann, dass es gut aussieht, es wird jedoch oft eloxiert, um Farbe und Festigkeit zu verbessern.

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Nicht wärmebehandelbare Legierungen

1100 - Gewerblich reines Aluminium. Ausgezeichnet Korrosionsbeständigkeit, Verarbeitbarkeit und Schweißbarkeit. 14.000 bis 24.000 psi.

3003 - Legiert mit 1,2% Mangan. Sehr gute Verarbeitbarkeit, Schweißbarkeit und Korrosionsbeständigkeit. Zugfestigkeit Bereich 17.000 bis 30.000 psi .

5005 - Legiert mit Magnesium .8%. Ausgezeichnete Verarbeitbarkeit, Schweißbarkeit und Korrosionsbeständigkeit. Zugfestigkeit zwischen 18.000 und 30.000 psi.

5052 - Legiert mit 2.5%-Magnesium. Sehr gute Korrosionsbeständigkeit, gute Verarbeitbarkeit, Schweißbarkeit und Festigkeit. Zugfestigkeit zwischen 31.000 und 44.000 psi.

5083 - Legiert mit 4.45% Magnesium, .65 % Mangan und .15% Chrom. Ausgezeichnete Schweißbarkeit, geringes Gewicht und gute =Korrosionsbeständigkeit. Zugfestigkeit zwischen 40.000 und 59.000 psi.

5086 - Legiert mit 4,0% Magnesium, .45% Mangan und .15% Chrom. Sehr gut Korrosionsbeständigkeitgute Verarbeitbarkeit. Zugfestigkeit zwischen 40.000 und 54.000 psi.

5454 - Legiert mit 2,7% Magnesium, 0,8% Mangan und 0,12% Chrom. Gute Umformbarkeit, Schweißbarkeit und Korrosionsbeständigkeit. Häufig für Druckbehälter verwendet. Zugfestigkeit zwischen 36.000 und 47.000 psi.

Wärmebehandelbare Legierungen

2011- ist die am besten zerspanbare der allgemein erhältlichen Aluminiumlegierungen.

2024 - Legiert mit 4.5% Kupfer. Gute Verarbeitbarkeit und Korrosionsbeständigkeit. Wird für strukturelle Anwendungen verwendet.  Zugfestigkeit zwischen 30.000 und 63.000 psi.

6061 - legiert mit 1,0% Magnesium und 0,6% Silizium. Gute Verformbarkeit, Schweißbarkeit und Korrosionsbeständigkeit. Sehr gute Maschinengängigkeit.  Ausbeute zwischen 7.000 und 39.000 psi.

6101 eignet sich am besten für Anwendungen, bei denen es auf mittlere Festigkeit und maximale elektrische Leitfähigkeit ankommt.

6063 - Gute Formbarkeit, oft als architektonisches Aluminium bezeichnet

6262 wurde als Aluminiumlegierung für Arbeiten entwickelt, bei denen eine umfangreiche Bearbeitung erforderlich ist.

7075 - Legiert mit Zink und Magnesium, Kupfer und Chrom. Schlechte Verformbarkeit, gute Maschinengängigkeit.  Ausbeute zwischen 32.000 und 76.000 psi.

Die Eigenschaften von Aluminium, die zu seiner breiten Verwendung beitragen, sind:

• Aluminium ist leicht; seine Dichte beträgt nur ein Drittel der Dichte von Stahl.
• Aluminium ist witterungsbeständig und widersteht den üblichen atmosphärischen Gasen und einer Vielzahl von Flüssigkeiten.
• Aluminium kann in Kontakt mit einer Vielzahl von Lebensmitteln verwendet werden.
• Aluminium hat ein hohes Reflexionsvermögen und wird daher in einer Reihe von dekorativen Anwendungen eingesetzt.
• Aluminiumlegierungen können die Festigkeit von normalem Baustahl erreichen oder sogar übertreffen.
• Aluminium hat eine hohe Elastizität, was bei stoßbelasteten Konstruktionen von Vorteil ist.
• Aluminium behält seine Zähigkeit auch bei sehr niedrigen Temperaturen, ohne spröde zu werden wie Kohlenstoffstahl.
• Aluminium lässt sich leicht bearbeiten und formen; es kann zu sehr dünnen Platten gewalzt werden. Messgerät.
• Aluminium leitet Elektrizität und Wärme fast so gut wie Kupfer.

Reines Aluminium ist weich, dehnbar, korrosionsbeständig und hat eine hohe elektrische Leitfähigkeit (siehe Tabelle 1). Daher wird es häufig für Folien und Leiterseile verwendet, doch ist eine Legierung mit anderen Elementen erforderlich, um die für andere Anwendungen erforderlichen höheren Festigkeiten zu erreichen.

Tabelle 1. Typische Eigenschaften für Aluminium

Bezeichnungen für Aluminium-Knet- und -Gusslegierungen

Die wichtigsten Legierungselemente sind Kupfer, Zink, Magnesium, Silizium, Mangan und Lithium. 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 häufig verwendet werden. Sie werden in der Regel nach einem vierstelligen System bezeichnet, das ursprünglich aus den USA stammt und inzwischen allgemein anerkannt ist. Tabelle 2 beschreibt das System für Knetlegierungen. Gusslegierungen haben ähnliche Bezeichnungen und verwenden ein fünfstelliges System (Tabelle 2). In Tabelle 3 sind die Bezeichnungen, Merkmale, gemeinsamen Verwendungen und Formen einiger weit verbreiteter Legierungen aufgeführt.

Tabelle 2. Bezeichnungen für legierte Aluminium-Knet- und -Gusslegierungen.

Tabelle 3. Einige gebräuchliche Aluminiumlegierungen, ihre Eigenschaften und häufige Verwendungen.

Wobei: * = am häufigsten verwendete Legierungen, S = Blech, P = Platte und E = StrangpressenBezeichnungen für Knetlegierungen

Diese Legierungen lassen sich in zwei Kategorien unterteilen

1. Diejenigen, die ihre Eigenschaften durch Kaltverfestigung erhalten.
2. Diejenigen, die von der Lösungsglühung und der Aushärtung abhängen.kaltgehärtete Aluminiumlegierungen

Bei den Legierungen der Serien 1000, 3000 und 5000 werden die Eigenschaften durch Kaltverformung, in der Regel durch Kaltwalzen, eingestellt.

Die Eigenschaften dieser Legierungen hängen vom Grad der Kaltverformung ab und davon, ob sich an die Kaltverformung eine Glühung oder eine stabilisierende Wärmebehandlung anschließt. Zur Beschreibung dieser Bedingungen wird eine genormte Nomenklatur verwendet.

Es wird ein Buchstabe, O, F oder H, gefolgt von einer oder mehreren Zahlen verwendet. Sie wird in Tabelle 4 in zusammengefasster Form dargestellt und in Tabelle 6 definiert.

Tabelle 4. Standard-Nomenklatur für kaltverfestigte Aluminiumlegierungen.

Tabelle 5. Erklärungen der in Tabelle 4 verwendeten Symbole.

Zur Veranschaulichung wird in den Tabellen 2 und 4 gezeigt, dass 3103-0 eine Aluminium-Mangan-Legierung im weichgeglühten Zustand ist und 3103-H16 die gleiche Legierung im dreiviertelharten Zustand ist.

Durch die Flexibilität der Zusammensetzungen, den Grad der Kaltverformung und die Variation der Glühtemperaturen kann eine breite Palette mechanischer Eigenschaften erreicht werden, insbesondere bei Blechen.Lösungsgeglühte und ausgehärtete Aluminiumlegierungen

Die Legierungen der Serien 2000, 4000, 6000, 7000 und 8000 reagieren auf diese Weise.

Durch die große Auswahl an Legierungszusammensetzungen, Lösungsglühtemperaturen und -zeiten, Abschreckgeschwindigkeiten von der Temperatur, die Wahl der Warmauslagerungsbehandlung und den Grad der Verformung des Endprodukts kann eine große Bandbreite an Eigenschaften erzielt werden. Zur Beschreibung der verschiedenen Bedingungen wird ein System von Standardbezeichnungen verwendet, das auf dem Buchstaben T, gefolgt von einer Zahl nach der Legierungsbezeichnung, basiert. Diese sind in Tabelle 6 definiert.

Tabelle 6. Definition von Wärmebehandlungsbezeichnungen für Aluminium und Aluminiumlegierungen.