Aluminium

2021-03-11 17:27:14

Werkstoffkunde Aluminium

Aluminium - Leicht, aber oho!

Alu BlockAluminium, ein Leichtmetall, ist als Konstruktionswerkstoff aus der modernen Fertigung nicht wegzudenken. Eine geringe Dichte von gerade mal 2,7g/cm3 und hervorragende mechanische Eigenschaften haben Aluminium zu einem der am weitesten verbreiteten Werkstoffe in der Luft- und Raumfahrttechnik und dem Automobilbau gemacht. Gründe genug, den Aluminiumwerkstoffen einen eigenen Blogbeitrag zu widmen. Denn was ihr bei uns als Alublech oder Aluplatte kaufen könnt, ist weit mehr als „nur“ ein Metall.

Was ist Aluminium eigentlich genau?

Aluminium ist zunächst einmal ein chemisches Element aus der dritten Hauptgruppe im Periodensystem. Das silbrig-weiße Leichtmetall ist nach Sauerstoff und Silicium das dritthäufigste Element und in der Erdkruste das am häufigsten vorkommende Metall. In der Werkstofftechnik, die für unsere Alubleche und Aluplatten relevant ist, werden unter dem Begriff Aluminium alle Werkstoffe auf Basis des Elementes Aluminium verstanden. Reinaluminium mit einem Anteil von mindestens 99 % Aluminium gehört genauso zu der Werkstoffgruppe wie die zahlreichen Aluminiumlegierungen. Diese sind durch den Zusatz von diversen anderen chemischen Elementen für spezielle Verwendungszwecke geeignet.

So gibt es zum Beispiel auch Legierungen, deren Festigkeit mit denen von Stahlwerkstoffen vergleichbar sind – bei nur einem Drittel der Dichte.

Wie wird Aluminium hergestellt?

Aluminium ist im Vergleich zu anderen Metallen in der Herstellung sehr kostenintensiv. Das liegt nicht an der Seltenheit des Metalls, sondern vielmehr am extrem ressourcenintensiven Herstellungsprozess. Die Gewinnung von Aluminium erfolgt in Aluminiumhütten ausgehend von dem Material Bauxit, aus dem zunächst ein „Zwischenstoff“, das Aluminiumoxid, gewonnen wird. In einem zweiten Schritt erfolgt durch Schmelzflusselektrolyse die Gewinnung von Aluminium. Der gesamte Prozess der Aluminiumerzeugung ist recht energieaufwändig. Pro hergestelltem Kilogramm Rohaluminium müssen zwischen 12,9 und 17,7 Kilowattstunden an elektrischer Energie eingesetzt werden.

Alu Guss


Was sind die positiven Eigenschaften von Aluminium?

Aluminium ist ein Werkstoff mit sehr geringer Dichte, was gleichbedeutend mit einem geringen Gewicht ist. Aluminium eignet sich daher bestens für Konstruktionen in Leichtbauweise. Weiterhin lassen sich Aluminiumwerkstoffe hervorragend kalt- und warmumformen oder in Formen gießen. Für die Zerspanung, also die Bearbeitung von Alu-Werkstücken auf Drehmaschinen oder Fräsmaschinen, ist die gute Zerspanbarkeit des Materials ein deutlicher Vorteil. Auch gelten Aluminiumwerkstoffe als sehr korrosionsbeständig gegenüber zahlreichen wässrigen Medien. Das liegt an einer passivierenden Oxidschicht, die sich an der Oberfläche von Aluminium bei Kontakt mit Sauerstoff bildet.

Die Vorteile von Alu kurz zusammengefasst:Alublech
• Einfach zu verarbeiten
• Bei bestimmten Legierungen sehr hohe Festigkeit
• Eigenschutz gegen Korrosion
• Recyclebar
• relativ unempfindlich gegen Temperaturschwankungen
• Wasserdampfdicht
• Hohe UV-Resistenz
• Glatte Oberfläche, daher ein überaus hygienisches Leichtmetall
• Keine magnetische Eigenanziehung
• Sehr guter elektrischer Leiter
• Sehr gute Wärmeleitung

Was sind die Nachteile von Aluminium?

Bei den ganzen Vorteilen, die das Material bietet, darf auch der wohl größte Nachteil nicht unerwähnt bleiben: Die hohen Herstellungskosten. Zum Vergleich: Ein Karosserieblech aus Alu kostet dreimal so viel wie das gleiche Blech aus Stahl!

Aluminiumlegierungen – Das upgrade für eure Aluplatten

Aluminium in reinem Zustand ist recht weich und somit für den Einsatz in technischen Umgebungen nicht oder nur sehr eingeschränkt zu gebrauchen. Daher wird Aluminium legiert. Eine Aluminiumlegierung entsteht, wenn im Zuge der Herstellung dem reinen Aluminium andere Metalle zugegeben werden. Häufig als Legierungselemente verwendet werden Magnesium, Mangan, Silizium, Blei, Zink, Nickel oder auch Beryllium. Durch die Legierung soll vor allem die Festigkeit des reinen Aluminiums erhöht und andere Eigenschaften erzielt oder verbessert werden.

Die Aluminiumlegierungen werden weiterhin nach ihrer Herstellart unterschieden. Die Einteilung erfolgt in zwei Kategorien:

1. Knetwerkstoffe

Zu dieser Kategorie zählen neben Reinaluminium alle naturharten und aushärtbaren Aluminiumlegierungen. Gängige Typklassen sind unter anderem AlZnMgCu, AlCuMg, AlZnMg oder AlMgSi. Diese Werkstoffe werden durch unterschiedliche Umformverfahren wie Walzen oder Strangpressen verarbeitet. Durch geringe Zusätze von Legierungselementen lassen sich die Eigenschaften des Reinaluminiums beträchtlich verändern. So wird die Härte und Festigkeit erhöht, während die elektrische Leitfähigkeit sinkt. Aluminiumknetlegierungen werden vorrangig als Konstruktionsteile im Flugzeugbau, im Schiffsbau oder zur Herstellung von Transportbehältern verwendet.

2. Gusswerkstoffe

Die am weitesten verbreitete Aluminiumgusslegierung ist die Verbindung von reinem Aluminium mit Silizium. Diese Legierung lässt sich überaus gut giessen, verfügt dabei gleichzeitig über eine sehr hohe Festigkeit. AlSi Legierungen lassen sich gut schweißen und sind beständig gegen Korrosion. Mit einer Zugabe von Kupfer (Cu) und/oder Magnesium (Mg) lässt sich die Festigkeit der Legierung noch weiter erhöhen – allerdings mit dem Nachteil, dass die Korrosionsbeständigkeit abnimmt. Eingesetzt werden Alugusslegierungen im Fahrzeug- und Flugzeugbau.

Das Bezeichnungssystem

Wenn ihr bei uns Alubleche oder Aluplatten kauft (oder den vorherigen Abschnitt aufmerksam gelesen habt), fallen euch garantiert Bezeichnungen wie AlCuMg1 oder AlMg4,5Mn auf. Bei diesen Bezeichnungen handelt es sich um genormte Angaben, die eine eindeutige Zuordnung des Aluminiums und seiner Bestandteile ermöglichen. Unterschieden wird bei der Bezeichnung nach Knet- und Gusslegierungen.

Knetlegierungen

Die Bezeichnung von Alu-Knetlegierungen ist in der DIN EN 573 geregelt. Die Bezeichnung setzt sich aus einer genau festgelegten Folge aus Buchstaben und Ziffern zusammen. Nehmen wir als Beispiel mal eine gängige Legierung, die sich gemäß DIN EN 573 wie folgt liest:
EN AW-6061 T6

Jeder Bestandteil hat eine eigene Bedeutung:
EN – Es handelt sich hier um eine Europäische Norm
A - Und um eine Aluminiumlegierung
W – Aus dem englischen für wrought, auf Deutsch Knetlegierung
6061 – Ziffernfolge zur Bezeichnung der Legierungszusammensetzung
T6 – Der Zustand des Werkstoffs

In der Praxis wird häufig ein optionaler Zusatz verwendet, der die Legierungszusammensetzung unter Angabe der wichtigsten Legierungselemente beschreibt. In diesem Beispiel würde der Zusatz lauten: AlMg1SiCu. Anhand von Tabellenbüchern lässt sich aus den Angaben die exakte Zusammensetzung einer Knetlegierung sowie deren Eigenschaften ableiten.

Gusslegierungen

Die Bezeichnung der unterschiedlichen Alugusswerkstoffe wird in der DIN EN 1706 geregelt. Der größte Unterschied in der Bezeichnung liegt in der Verwendung des Kürzels „C“ (engl. Cast = Guss) anstelle „W“ (engl. Wrought = Kneten) sowie einer fünfstelligen anstelle vierstelligen Identifikationsnummer.

Welche Aluminiumlegierung verwendet man für welchen Zweck?
Wenn Ihr Aluminium fräsen oder drehen wollt, sind hohe Drehzahlen im Spiel. Entsprechend hoch muss die Festigkeit der Legierung ausgelegt sein. Während reines Alu oder Aluminium mit Magnesiumlegierung (AlMg1 oder AlMg3 zum Beispiel) recht weich sind und sich somit eher für Bleche eignen, sind für das CNC Fräsen Werkstoffe in Bohr-, Fräs- und Drehqualität gefragt. Gut zerspanbar sind Aluminiumlegierungen wie:

• AlMgSi1
• AlCuMg1
• AlMg4,5Mn


Gut zerspanbar lässt sich allerdings noch toppen! So eignet sich Duraluminium in einer Alu-Zink-Magnesium-Kupfer-Legierung (AlZnMgCu1,5) sehr gut für die CNC Fräsbearbeitung. Gerade bei automatischem Zerspanen sind optimal abfließende Späne überaus wichtig. Daher wird bei den sogenannten Automatenlegierungen Blei als Legierungselement zugesetzt. Weit verbreitet sind in der Zerspanung unter anderem folgende Legierungen:

• AlCuMgPb
• AlMgSiPb
• AlCuBiPb

Fazit

Aluminium ist ein zwar vom reinen Kg-Preis her kostenintensiver als Stahl, aber dafür 1/3 leichter und umso flexibler bei den verschiedenen Einsatzbereichen. Eine sehr gute Zerspanbarkeit auf CNC Fräsmaschinen oder CNC Drehmaschinen, gute Korrosionsbeständigkeit und das geringe Gewicht machen Aluminiumwerkstoffe zu einem der beliebtesten Konstruktionsmetalle, vor allem im Fahrzeug-, Flugzeug- und Leichtbau.
Habt ihr noch Fragen rund um das Thema Aluminium oder sucht die perfekte Legierung für eure Aluminiumplatten oder Alubleche aus unserem Sortiment? Dann ruft uns doch einfach gleich einmal an oder schickt uns eine Nachricht. Wir freuen uns bereits darauf, euch mit allen Infos rund um das Thema Aluminium versorgen zu dürfen!

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