Verschiedene Arten von Aluminium verstehen: Qualitäten, Eigenschaften und Verwendungen

Einführung

Aluminium ist eines der beliebtesten Materialien im modernen Design und Bauwesen aufgrund seiner Vorteile wie hohe Festigkeit im Verhältnis zum Gewicht, Korrosionsbeständigkeit, leichte Formbarkeit und ästhetisch ansprechendes Aussehen. Diese Eigenschaften haben dazu geführt, dass es in den letzten Jahren in fast allen Bereichen der verschiedenen Industrien immer häufiger eingesetzt wird, was für seine Bedeutung in der heutigen Welt spricht.

Obwohl reines Aluminium einige nützliche Eigenschaften hat, ist seine Verwendung in der Praxis etwas eingeschränkt. In der Regel wird es mit Silizium, Magnesium und Mangan legiert, um Materialien mit verbesserten und besonderen Eigenschaften für verschiedene Anwendungen zu schaffen. Durch dieses Verfahren entstehen verschiedene Sorten von Aluminiumlegierungen mit unterschiedlichen physikalischen und chemischen Eigenschaften, die sie für den Einsatz geeignet machen.

Die Aluminiumlegierungen werden hauptsächlich in zwei große Kategorien eingeteilt, die auf dem Herstellungsprozess beruhen: die Aluminium-Knetlegierungen und die Aluminium-Gusslegierungen. Diese beiden Arten werden durch unterschiedliche industrielle Verfahren hergestellt, die ihre Eigenschaften in der festen Form des Endprodukts bestimmen. In diesem Artikel werden die Klassifizierungskriterien von Aluminiumlegierungen, ihre wichtigsten physikalischen Eigenschaften und die häufigsten Verwendungen erläutert.

Ein Überblick über geschmiedetes Aluminium

Aluminiumknetlegierungen sind Aluminiumlegierungen, die durch mechanische Bearbeitung im festen Zustand geformt werden. Diese Kategorie umfasst die überwiegende Mehrheit der Aluminiumverwendungen, etwa 85% des gesamten verwendeten Aluminiums. Die Bearbeitung des Metalls durch Walzen, Strangpressen, Schmieden, Ziehen usw. verändert die Kornstruktur des Metalls und verbessert in den meisten Fällen seine Festigkeit und andere mechanische Eigenschaften. Die verschiedenen Arten von Aluminiumlegierungen werden durch eine vierstellige Nummer klassifiziert, wobei sich die erste Ziffer auf das primäre Legierungselement und die zweite Ziffer auf die jeweilige Legierung oder den Aluminiumreinheitsgrad im Falle der 1xxx-Serie bezieht, was es den Fachleuten erleichtert, die wichtigsten Eigenschaften und Anwendungsbereiche zu bestimmen.

Ein Überblick über Aluminiumguss

Im Gegensatz zu Knetaluminium werden Aluminiumgusslegierungen durch Gießen von flüssigem Aluminium in Formen mit der gewünschten Form hergestellt. Diese Methode ist besonders nützlich für die Herstellung von Geometrien und komplizierten Teilen des Modells. Gusslegierungen enthalten mehr Silizium als Knetlegierungen, wodurch sie beim Gießen bessere Fließeigenschaften aufweisen. Sie werden ebenfalls mit einem vierstelligen System nummeriert, jedoch mit einem Dezimalpunkt nach den ersten drei Ziffern, um anzuzeigen, dass es sich um eine Gusslegierung handelt. Obwohl Knetlegierungen sehr viel haltbarer sind, ist bei einigen Anwendungen die Flexibilität in der Konstruktion viel vorteilhafter, die Gusslegierungen bieten.

Schmiedeeisen vs. Aluminiumguss: Hauptunterschiede

Knet- und Gussaluminium sind beide wichtige Werkstoffe in der verarbeitenden Industrie, sie unterscheiden sich jedoch in ihrer Zusammensetzung, Verarbeitung und Leistung.

Legierungselemente

Der erste Unterschied beruht auf den in den Legierungen verwendeten Elementen und deren Anteilen.

Knetlegierungen werden durch die richtige Kombination und Dosierung von Elementen wie Kupfer, Mangan, Silizium, Magnesium und Zink hergestellt, um die gewünschten mechanischen Eigenschaften wie Festigkeit, Duktilität und Korrosionsbeständigkeit zu erzielen. Für Gusslegierungen werden die Elemente ausgewählt, die ihre Gießbarkeit verbessern, insbesondere Silizium, aber auch andere Elemente werden hinzugefügt, um die Eigenschaften der Legierung fein abzustimmen.

Fabrikationsmethoden

Wie bereits erwähnt, handelt es sich bei Knetaluminium um Aluminium, das in festem Zustand durch Verfahren wie Walzen zur Herstellung von Blechen, Aluminiumstrangpressen zur Herstellung von Profilen oder Schmieden zur Herstellung dreidimensionaler Formen geformt wird. Gegossenes Aluminium hingegen wird im geschmolzenen Zustand in einem Formhohlraum geformt und erstarrt dann. Dieser Unterschied in der Herstellung hat Auswirkungen auf die erreichbaren Formen, das Korngefüge des Metalls und die Festigkeitseigenschaften.

Struktur und Leistung

Im weitesten Sinne sind Aluminium-Knetlegierungen im Vergleich zu Gusslegierungen derselben Elemente aufgrund der mechanischen Bearbeitung, bei der das Korngefüge ausgerichtet wird, fester, duktiler und haben eine bessere Ermüdungsbeständigkeit. Obwohl Gusslegierungen schwächer sein können, eignen sie sich besser für Anwendungen, die eine größere geometrische Komplexität erfordern, da sie mit komplizierten Merkmalen versehen werden können.

Aluminium-Schmiede-Serie

Knetaluminium hat eine eindeutige vierstellige Bezeichnung, die sein primäres Legierungselement angibt; im Folgenden sind die Knetaluminium-Legierungsreihen aufgeführt:

1000

Die 1xxx-Serie besteht aus handelsüblichem Reinaluminium mit einem Aluminiumgehalt von 99% und mehr. Diese Legierungen haben eine hohe Korrosionsbeständigkeit, weisen aber in bestimmten Umgebungen auch eine schlechte Korrosionsbeständigkeit auf. Sie haben eine hohe thermische und elektrische Leitfähigkeit, sind für Kühlkörper geeignet und lassen sich gut bearbeiten. Sie werden häufig in Anwendungen eingesetzt, bei denen diese Eigenschaften erwünscht sind, z. B. in chemischen Verarbeitungsanlagen, elektrischen Leitern und dekorativen Verkleidungen.

Zwei bemerkenswerte Sorten dieser Reihe sind: 1050, das eine sehr hohe Duktilität aufweist und für Anwendungen wie gedrehte Hohlkörper verwendet wird. Die Sorte 1100 zeichnet sich durch gute Umformbarkeit und Schweißbarkeit für die meisten allgemeinen Blechanwendungen und Rippenmaterial aus.

2000

Kupfer ist das wichtigste Legierungselement in der 2xxx-Serie, das in einer Menge zwischen 2,2% und 6,8% vorhanden ist. Diese Legierungen zeichnen sich in der Regel durch hohe Festigkeit aus und sind normalerweise wärmebehandelbar. Sie werden häufig in der Luft- und Raumfahrtindustrie und anderen Bereichen mit hoher mechanischer Belastung eingesetzt. Allerdings sind sie im Vergleich zu anderen Aluminiumlegierungen weniger korrosionsbeständig.

Eines der besten Beispiele für diese Serie ist das Aluminium 2024, das für sein gutes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht bekannt ist, was es zu einem beliebten Material für Flugzeugrümpfe, Schiffsausrüstung und Flügelrahmen macht. Eine weitere wichtige Sorte ist 2017, die ebenfalls in der Luft- und Raumfahrt für Teile wie Nieten und Strukturelemente verwendet wird, bei denen auch eine gute Bearbeitbarkeit erwünscht ist.

3000

Mangan ist das wichtigste Legierungselement in der 3xxx-Serie, das normalerweise in einem Bereich von 0,3-1,5% enthalten ist. Diese Legierungen haben eine gute Formbarkeit und mäßige Festigkeit, etwa 20% höher als die 1xxx-Serie. Sie finden breite Anwendung in der allgemeinen Blechbearbeitung, in Kochutensilien und in Druckbehältern.

Eine der beliebtesten Güten dieser Serie ist das Aluminium 3003, das sich durch gute Verformbarkeit und Korrosionsbeständigkeit auszeichnet und weithin für Bedachungen, Verkleidungen und die Herstellung von chemischen Lagertanks sowie für verschiedene architektonische Anwendungen verwendet wird, jedoch keine hohen Temperaturen verträgt.

4000

Silizium ist das Hauptlegierungselement in der 4xxx-Serie mit einem Gehalt zwischen 3,6% und 13,5%. Diese Legierungen haben einen niedrigen Schmelzbereich und gute Fließeigenschaften, was sie ideal zum Schweißen und Löten macht. Sie werden auch im Bauwesen und als Schweißzusatzwerkstoffe eingesetzt.

Einige der Legierungen dieser Reihe zeichnen sich auch durch gute Festigkeit und Verschleißfestigkeit aus. Eine der beliebtesten ist Aluminium 4043, das als Schweißzusatz für Aluminium verwendet wird und sich besonders für wärmebehandelbare Basislegierungen eignet.

5000

In der 5xxx-Serie ist Magnesium das wichtigste Legierungselement, das in einer Menge zwischen 0,05% und 5,5% enthalten sein kann. Diese Legierungen sind sehr gut schweißbar und weisen eine gute Korrosionsbeständigkeit auf, insbesondere bei Anwendungen im Schiffsbau. Sie haben eine mittlere bis hohe Zugfestigkeit und werden in Schiffen, Lagertanks und Druckbehältern eingesetzt.

Unter den 5000er-Legierungen ist Aluminium 5052 besonders fest und leicht schweißbar, weshalb es für den Bau von Schiffs- und Druckbehältern verwendet wird. Darüber hinaus hat 5083 Aluminium die höchste Festigkeit und hervorragende Leistung in schweren korrosiven Bedingungen, oft im Schiffbau und Offshore-Strukturen verwendet.

6000

Die 6xxx-Serie enthält Magnesium (0,35% bis 1,5%) und Silizium (0,2% bis 1,8%) als Hauptlegierungselemente. Sie sind wärmebehandelbar und weisen eine gute Festigkeit, Schweißbarkeit, Wärmebehandelbarkeit und Korrosionsbeständigkeit auf. Sie werden für architektonische Strangpressprofile, Fahrradrahmen, Automobilteile und Möbel verwendet.

Aluminium 6061 ist eine der beliebtesten Legierungen dieser Serie, da es zufriedenstellende Eigenschaften und eine breite Palette von Anwendungen in verschiedenen Strukturen aufweist. Daneben gibt es das Aluminium 6063, das für Strangpressanwendungen verwendet wird, bei denen es auf die Oberflächenbeschaffenheit ankommt, z. B. bei Fenstern und Türrahmen.

7000

Zink ist das wichtigste Legierungselement in der 7xxx-Serie, die in der Regel zwischen 0,8-8,2% liegt und mit Magnesium und Kupfer kombiniert werden kann. Es handelt sich um die stärksten Aluminiumlegierungen, die in der Luft- und Raumfahrt, bei Sportgeräten und militärischer Ausrüstung weit verbreitet sind. Ihre Korrosionsbeständigkeit kann im Vergleich zu anderen Serien geringer sein.

Aluminium 7075 ist für seine Leistungsfähigkeit bekannt und wird für Flugzeugarmaturen und -getriebe verwendet. Eine weitere Legierung ist 7050-Aluminium, das eine ähnliche Festigkeit wie 7075 aufweist, aber eine bessere Beständigkeit gegen Spannungsrisskorrosion besitzt, so dass es sich ideal für den Einsatz in Flugzeugrumpfhäuten und Flügelplanken eignet.

Aluminiumguss-Serie

Das gleiche Muster gilt für Aluminiumgusslegierungen, bei denen die erste Ziffer das primäre Legierungselement darstellt, hier die verschiedenen Serien von Aluminiumgusslegierungen:

1xx.x

Wie die Knetserie 1000 sind auch die Guss-Serien 1xx.x in erster Linie Aluminium-Gusslegierungen, die eine gute Korrosionsbeständigkeit und elektrische Leitfähigkeit, aber eine geringe Festigkeit aufweisen.

Sie werden häufig für chemische Ausrüstungen und in Anwendungen verwendet, bei denen eine hohe elektrische oder thermische Leitfähigkeit erforderlich ist, z. B. in bestimmten elektrischen Teilen und Wärmetauschern.

2xx.x

Kupfer ist das wichtigste Legierungselement in dieser Serie. Diese Legierungen können eine hohe Festigkeit erreichen und werden häufig einer Wärmebehandlung unterzogen. Sie sind jedoch in den meisten Fällen nicht sehr korrosionsbeständig. Die hohe Festigkeit, die mit dieser Serie erreicht werden kann, macht sie ideal für Strukturgussteile in der Luft- und Raumfahrt und für militärische Anwendungen, bei denen die Festigkeit ein kritischer Faktor ist, obwohl die meisten dieser Anwendungen Schutzbeschichtungen in verschiedenen Umgebungen erfordern.

3xx.x

Diese Legierungen enthalten Silizium mit Kupfer und/oder Magnesium. Sie ist leicht zu gießen, fest und weist eine hohe Korrosionsbeständigkeit auf. Aufgrund ihrer hohen Gießbarkeit ist diese Serie ideal für komplexe Gussteile, die in Automobilteilen wie Motorblöcken und Zylinderköpfen sowie in Strukturteilen für die Luft- und Raumfahrt verwendet werden.

4xx.x

Silizium ist das wichtigste Legierungselement in der Gussreihe 4xx.x. Diese Legierungen zeichnen sich durch ihre guten Fließeigenschaften beim Gießen aus und werden häufig in Anwendungen eingesetzt, die eine hohe Verschleißfestigkeit erfordern. Aufgrund ihrer Verschleißfestigkeit sind sie ideal für Kolben, Pumpengehäuse und andere Teile, die zu Reibungskräften neigen.

5xx.x

Magnesium ist der Hauptzusatz in der Gussreihe 5xx.x. Diese Legierungen sind für ihre gute Gießbarkeit bekannt und werden häufig in Anwendungen eingesetzt, die eine gute Verschleißfestigkeit erfordern. Aufgrund ihrer Verschleißfestigkeit werden sie in Kolben, Pumpengehäusen und anderen Teilen verwendet, die Reibungskräften ausgesetzt sind.

7xx.x

Diese Legierungen sind sehr fest und können zur Verbesserung ihrer Eigenschaften wärmebehandelt werden. Aufgrund ihrer Festigkeit werden sie für Strukturteile in der Luft- und Raumfahrt sowie für stark beanspruchte Teile verwendet, bei denen das Gewicht eine wichtige Rolle spielt.

8xx.x

Zinn ist das wichtigste Legierungselement in der Gussreihe 8xx.x. Diese werden weniger häufig verwendet und kommen wegen ihrer guten Lagereigenschaften und Verschleißfestigkeit hauptsächlich in speziellen Lageranwendungen zum Einsatz.

Beliebte Aluminiumsorten für die Blechbearbeitung

Bei der Auswahl von Aluminium für die Blechverarbeitung sind bestimmte Aluminiumlegierungen in Bezug auf Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und leichte Bearbeitbarkeit besser geeignet. Hier sind einige der am häufigsten verwendeten Aluminiumsorten für die Herstellung von Blechen:

Hinweis: Alle angegebenen Daten beruhen auf typischen Referenzwerten. Die tatsächliche Leistung kann je nach Charge der Legierung, dem Herstellungsprozess und der Betriebsumgebung variieren. Es ist ratsam, die neuesten Informationen aus den technischen Unterlagen des Lieferanten heranzuziehen.

TZR: Ihr Partner für Präzisionsaluminiumfertigung

Wir bei TZR haben uns auf die Entwicklung, das Prototyping und die Herstellung hochwertiger Blechkomponenten spezialisiert und beliefern Branchen wie die Automobilindustrie, die Medizintechnik, den 3D-Druck und die erneuerbaren Energien. Mit mehr als 20 Jahren Erfahrung, qualifizierten Fachkräften und modernster Ausrüstung können wir mit einer breiten Palette von Materialien arbeiten, darunter Aluminiumlegierungen wie das hochverformbare 1100 und die hochfesten 6061 und 5052.

Mit modernen Maschinen und handwerklichem Geschick können wir Präzisionstoleranzen von bis zu ±0,02 mm erreichen und gleichzeitig glatte Biegungen mit minimalen Markierungen gewährleisten. Neben Aluminium verarbeiten wir auch Stahl, Edelstahl und Kupfer und bieten umfassende Fertigungslösungen.

Mit einer Ausbringungsrate von 98% und bis zu 12 internen Oberflächenveredelungsoptionen garantieren wir eine hervorragende Produktqualität und -konsistenz. Ganz gleich, ob Sie komplizierte Designs oder hochfeste Komponenten benötigen, TZR liefert Ihnen zuverlässige Produkte.

Schlüsselfaktoren für die Wahl des richtigen Aluminiumtyps

Die Auswahl der richtigen Aluminiumlegierung ist entscheidend für die optimale Leistung und Haltbarkeit des Endprodukts. Hier sind die wichtigsten Faktoren, die zu berücksichtigen sind:

Anforderungen an die Bewerbung

Die beabsichtigte Verwendung des Endprodukts ist der wichtigste Faktor. Wenn das Produkt rauen Umgebungen wie Feuchtigkeit oder Chemikalien ausgesetzt sein wird, ist die Wahl einer korrosionsbeständigen Legierung entscheidend. Für Anwendungen, die eine hohe Festigkeit erfordern, wie etwa in der Luft- und Raumfahrt oder im Automobilbau, sind Legierungen mit höherer Zugfestigkeit wie 6061 oder 7075 ideal.

Verhältnis Stärke/Gewicht

Aluminium ist für sein hervorragendes Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht bekannt, das jedoch von Legierung zu Legierung variiert. In Branchen wie der Luft- und Raumfahrt, in denen eine Gewichtsreduzierung von entscheidender Bedeutung ist, werden Legierungen wie 7075 aufgrund ihres hohen Festigkeits-Gewichts-Verhältnisses bevorzugt. Für allgemeine Anwendungen können Legierungen wie 6061 verwendet werden, die ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Festigkeit und Gewicht aufweisen und kostengünstige Lösungen ohne Leistungseinbußen bieten.

Korrosionsbeständigkeit

Wenn die Anwendung mit Feuchtigkeit, Chemikalien oder Salzwasser in Berührung kommt, ist die Wahl einer Legierung mit guter Korrosionsbeständigkeit von größter Bedeutung. Legierungen wie 5052 in der 5xxx-Serie bieten eine hervorragende Beständigkeit gegen Salzwasser und aggressive Chemikalien und sind daher perfekt für den Einsatz im Meer geeignet. Für weniger anspruchsvolle Außenanwendungen bieten Legierungen wie 1xxx und 3xxx eine gute Korrosionsbeständigkeit zu geringeren Kosten.

Bearbeitbarkeit

Die Leichtigkeit, mit der eine Aluminiumlegierung bearbeitet werden kann, ist ein wichtiges Kriterium für Fertigungsprozesse. Legierungen wie 6061 sind leicht zu bearbeiten und ermöglichen eine präzise und schnelle Produktion. Hochfeste Legierungen wie 7075 erfordern jedoch spezielle Werkzeuge und Techniken, was die Herstellungskosten erhöhen kann.

Schweißeignung

Wenn bei der Herstellung geschweißt werden muss, ist die Schweißbarkeit der gewählten Aluminiumlegierung entscheidend. Einige Legierungen, wie die 5xxx- und 6xxx-Serien, gelten im Allgemeinen als besser schweißbar als andere, wie die 2xxx- und 7xxx-Serien, die besondere Schweißverfahren erfordern können.

Kosten

Die Kosten der verschiedenen Aluminiumlegierungen können erheblich variieren. Es ist wichtig, die erforderlichen Leistungsmerkmale mit den Budgetvorgaben des Projekts in Einklang zu bringen. Legierungen wie 7075 bieten zwar eine hohe Leistung, haben aber auch einen hohen Preis. Wenn das Budget eine Rolle spielt, können Legierungen wie 1100 oder 3003 für weniger anspruchsvolle Anwendungen besser geeignet sein.

Normen für die Industrie

Je nach Branche gibt es bestimmte Vorschriften oder Normen, die das Material erfüllen muss. So erfordern beispielsweise Bauteile für die Luft- und Raumfahrt Legierungen, die strenge Vorschriften erfüllen, um Sicherheit und Leistung zu gewährleisten.

Schlussfolgerung

Die Welt des Aluminiums ist viel differenzierter, als ein einfacher Blick vermuten lässt. Von Arbeitslegierungen für Alltagsprodukte bis hin zu Hochleistungswerkstoffen für Flugzeuge verfügt jede Aluminiumsorte über eine einzigartige Kombination von Eigenschaften, die sie für bestimmte Anwendungen geeignet macht.

Das Verständnis der Unterschiede zwischen Knet- und Gussaluminium sowie der einzigartigen Eigenschaften der verschiedenen Legierungsserien und -güten ist für die richtige Wahl unerlässlich. Ingenieure und Hersteller, die mit diesen Eigenschaften vertraut sind, können fundiertere Entscheidungen treffen und sicherstellen, dass das gewählte Aluminium den spezifischen Anforderungen des Projekts entspricht. Dieses Wissen führt zu qualitativ besseren Produkten und effizienteren Produktionsprozessen.