Aluminium: Eigenschaften, Legierungen und Verwendung
Aluminium ist ein silbrig-weißes Leichtmetall (Dichte ca. 2,70 g/cm³) und ein vielseitiger Werkstoff für Industrie und Technik. Dank seiner geringen Dichte, guten elektrischen und thermischen Leitfähigkeit und hohen Korrosionsbeständigkeit durch spontane Selbstpassivierung eignet sich Aluminium für zahlreiche Anwendungen im Maschinenbau, Vorrichtungsbau und der Luftfahrt. Durch die Zugabe von Legierungselementen wie Magnesium, Silizium, Kupfer oder Zink lassen sich die Eigenschaften präzise auf Festigkeit, Zerspanbarkeit und Schweißbarkeit abstimmen.
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Unsere Aluminium-Werkstoffe
Mit nur einem Klick gelangen Sie zur gewünschten Werkstoff-Seite. Dort können Sie Ihre Ausführung auswählen oder das jeweilige technische Datenblatt einsehen. Die Werkstoffe sind als Aluminiumplatten oder in Form von Rundstangen und Präzisionsrundstangen erhältlich.
Was ist Aluminium? Definition und Begriffe
Aluminium ist ein chemisches Element mit dem Elementsymbol Al und der Ordnungszahl 13. Das silbrig-weiße Leichtmetall ist das häufigste Metall in der Erdkruste. „Aluminium“ bezeichnet im technischen Sprachgebrauch aber nicht nur das reine Element, sondern eine Gruppe von Werkstoffen auf Aluminium-Basis. Dazu zählen Reinaluminium (mindestens 99,0 % Al), Reinstaluminium (mindestens 99,7 % Aluminium) und Aluminiumlegierungen mit Legierungselementen wie Magnesium, Kupfer, Silizium oder Zink.
Bei der Herstellung von Aluminium unterscheidet man zwischen Primäraluminium und Sekundäraluminium. Die Gewinnung von Primäraluminium erfolgt in Aluminiumhütten aus dem Erz Bauxit als Ausgangsmaterial mittels Bayer-Verfahren (Tonerdegewinnung) und anschließender Schmelzflusselektrolyse (Hall-Héroult-Verfahren). Sekundäraluminium wird dagegen aus Aluminiumschrott gewonnen und benötigt nur etwa 5 % der Energie der Primärgewinnung (95 % CO2 und Energieeinsparung bei 100 % Sortenreinheit).
Eigenschaften von Aluminium
Eigenschaften von Reinaluminium / einer
typischen Legierung (z.B. EN AW-7075 / 6082)
- Dichte: ca. 2,70 g/cm³ / ca. 2,70 – 2,82 g/cm³
- Schmelztemperatur: ca. 660 °C / ca. 580 – 650 °C (Schmelzbereich)
- Elastizitätsmodul: ca. 70.000 N/mm² / ca. 70.000 – 72.000 N/mm²
- Wärmeleitfähigkeit: ca. 235 W/(m·K) / ca. 130 – 220 W/(m·K)
- Wärmeausdehnungs-koeffizient: ca. 23,1 · 10⁻⁶ K⁻¹ / ca. 23,0 – 24,0 · 10⁻⁶ K⁻¹
- Kristallstruktur: kubisch-flächenzentriert
- Magnetisches Verhalten: praktisch unmagnetisch (paramagnetisch) / unmagnetisch
- Zugfestigkeit: ca. 70 – 110 N/mm² / bis zu 540 – 600 N/mm²
Dichte
Schmelz-temperatur
Elastizitätsmodul
Wärmeleitfähigkeit
Wärme-ausdehnungs-koeffizient
Kristallstruktur
Magnetisches Verhalten
Zugfestigkeit (Rm)
Aluminium zeichnet sich vor allem durch seine geringe Dichte, hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit und hohe Korrosionsbeständigkeit aus.
Die Korrosionsbeständigkeit verdankt Aluminium einer natürlichen Passivierung: Das Material reagiert bei Raumtemperatur mit Luft und Sauerstoff spontan zu Aluminiumoxid (Al203). Es bildet sich eine dünne (ca. 5 – 10 mm), für Luft und Wasser undurchlässige Schicht, die auch für das stumpfe, silbergraue Aussehen sorgt. Diese Schicht schützt vor weiterer Oxidation, ist bei elektrischer Kontaktierung und beim Löten bzw. Schutzgasschweißen aber hinderlich (hoher Schmelzpunkt von Al203: ca. 2050 °C).
Um den Korrosionsschutz und die Verschleißfestigkeit noch zu verbessern, kann beispielsweise mittels Eloxieren die Schicht verdickt werden. Bei diesem elektrolytischen Oxidieren wird die oberste Metallschicht durch Sauerstoff und Gleichstrom in eine harte Aluminiumoxidschicht von bis zu 25 μm (bei Harteloxal bis 50 μm) umgewandelt.
vorteile und nachteile von Aluminium
Vorteile
- geringes Gewicht
- hervorragende Korrosionsbeständigkeit (Passivschicht)
- hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit
- einfache Verarbeitung und spanende Bearbeitung
- bei Legierungen sehr hohe Festigkeit
- recycelbar
Nachteile
- höhere Materialkosten als bei manchen Stählen
- energieintensive Herstellung
- geringe Festigkeit bei Reinaluminium (daher Einsatz von Legierungen)
- Oxidschicht kann Schweißen erschweren (erfordert AC-WIG/MIG)
- Höhere Wärmeausdehnung als Stahl (ca. Faktor 2)
Aluminiumlegierungen
Aluminium-legierungen
Aluminiumlegierungen entstehen durch die gezielte Zugabe von Elementen wie Magnesium, Silizium, Mangan, Kupfer oder Zink. Dadurch lassen sich Eigenschaften wie Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Zerspanbarkeit gezielt beeinflussen.
Man unterscheidet zwischen aushärtbaren und nicht aushärtbaren (naturharten) Aluminiumlegierungen sowie zwischen Guss- und Knetlegierungen. Gusslegierungen haben hervorragende Gießeigenschaften und werden in Gießereien verarbeitet. Knetlegierungen werden dagegen vor allem durch Umformen (Walzen, Strangpressen, Schmieden, usw.) bearbeitet.
Aluminiumknetlegierungen haben in der DIN EN 573-3 festgelegte einheitliche Bezeichnungen, die denen der Aluminum Association folgen.
- EN für “European Norm”
- AW für “Aluminium Wrought” (Knetlegierung)
- Die erste Ziffer der folgenden vierstelligen Zahlenfolge gibt das Hauptlegierungselement an.
Legierungsreihen nach DIN EN 573-3
1xxx: mindestens 99 % Aluminium
- naturhart
- schweißbar
- sehr korrosions-beständig
- hohe elektrische Leitfähigkeit
2xxx: Kupfer
- aushärtbar
- hohe Festigkeit
- korrosions-anfällig
- schwer oder nicht schweißbar
3xxx: Mangan
- naturhart
- geringe Festigkeit
- hohe Korrosions-beständigkeit
- gute Umformbarkeit
4xxx: Silicium
- aushärtbare und nicht aushärtbare Legierungen
- für Aushärtung zusätzlich Magnesium erforderlich
- reduzierter Schmelzpunkt
5xxx: Magnesium
- naturhart
- mittlere bis hohe Festigkeiten
- schweißbar
6xxx: Magnesium und Silicium
- aushärtbar
- sehr gut schweißbar
- sehr gut strangpressbar
7xxx: Zink
- aushärtbar
- hohe bis sehr hohe Festigkeit
Legierungsreihe
Haupt-Legierungselement
Härtbarkeit
Typische Eigenschaften
1xxx
mindestens 99% Aluminium
nicht aushärtbar
- schweißbar
- sehr korrosionsbeständig
- hohe elektrische Leitfähigkeit
2xxx
Kupfer
aushärtbar
- hohe Festigkeit
- korrosionsanfällig
- schwer oder nicht schweißbar
3xxx
Mangan
nicht aushärtbar
- geringe Festigkeit
- hohe Korrosionsbeständigkeit
- gute Umformbarkeit
4xxx
Silicium
aushärtbare und nicht aushärtbare Legierungen
- für Aushärtung zusätzlich Magnesium erforderlich
- reduzierter Schmelzpunkt
5xxx
Magnesium
nicht aushärtbar (naturhart)
- mittlere bis hohe Festigkeiten
- schweißbar
6xxx
Magnesium und Silicium
aushärtbar
- sehr gut schweißbar
- sehr gut strangpressbar
7xxx
Zink
aushärtbar
- hohe bis sehr hohe Festigkeit
DIN EN 573-3 legt neben den oben genannten Bezeichnungen auch chemische Bezeichnungen für Aluminium-Knetlegierungen fest. Diese beginnen ebenfalls mit EN AW, gefolgt von den chemischen Symbolen der Hauptlegierungselemente und deren Zahlenwerten für den Anteil.
Beispiel: Werkstoff EN AW-5754 → Chemische Bezeichnung EN AW-AlMg3
Weitere Bezeichnungen stammen aus der zurückgezogenen Norm DIN 1712-3. Neben Kurzzeichen in Form der chemischen Symbole (AlMg3) sind darin systematische Werkstoffnummern festgelegt, die mit der 3 für Leichtmetalle beginnen (3.3535).
welche Aluminiumlegierung für welchen Einsatz?
- EN AW-2007 → spanende Bearbeitung (Automatenlegierung)
- EN AW-2011 → hohe Zerspanungsgeschwindigkeiten (Automatenlegierung)
- EN AW-5083 → Korrosionsbeständigkeit, Meerwasser, Schweißen
- EN AW-5754 → bei erhöhten Werkstücktemperaturen, in Meerwasser
- EN AW-6060 → Strangpressbereich, dekorative Anwendungen
- EN AW-6082 → Korrosionsbeständigkeit, Schweißen und Löten
- EN AW-7021 → Zerspanbarkeit, Schweißen
- EN AW-7075 → besonders hohe Festigkeit
Ausführungsarten von Aluminium bei abrams®
Aluminiumplatten (Alu-Präz)
Aluminiumplatten sind rechteckige Halbzeuge aus Aluminium, die sich vielseitig weiterverarbeiten lassen. Unsere Präzisionsplatten (Alu-Präz) sind ideal für Anwendungen, bei denen eine präzise und maßhaltige Ausführung des Halbzeugs gefragt ist.
Aluminium-Rundstangen
Aluminium-Rundstangen sind längliche runde Halbzeuge, die in zahlreichen Bereichen als Ausgangsmaterial dienen. Wir bieten Präzisionsrundaluminium und Rundaluminium an, die unterschiedliche Eigenschaften für die weitere Bearbeitung und Verwendung bieten.
Verwendung von Aluminium
Aluminium bietet verschiedene Vorteile, die es für zahlreiche Anwendungen interessant machen. Im Vergleich mit konventionellen Stählen bietet es ein geringeres Gewicht bei ähnlicher Festigkeit. Deswegen wird das Leichtmetall vor allem dort genutzt, wo eine Gewichtsreduzierung erforderlich ist. Weitere entscheidende Eigenschaften für die Verwendung sind die hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit und die durch die Oxidschicht gegebene Korrosionsbeständigkeit.
- Fahrzeugbau: Aluminium senkt bei Fahrzeugen mit dem Gewicht auch den Treibstoffverbrauch. Es wird in Autos, Schienenfahrzeugen und besonders in Flugzeugen für verschiedene Bauteile verwendet. Bei kleineren und mittleren Booten wird es aufgrund seiner Korrosionsbeständigkeit gegenüber Salzwasser ebenfalls gerne genutzt.
- Bauwesen: Neben dem Fahrzeugbau setzt auch das Bauwesen gerne auf Leichtbaukonstruktionen, für die Aluminium optimal ist. Außerdem dient es zur Fertigung von dekorativen und korrosionsbeständigen Bauteilen.
- Elektrische Leitungen: Mit der vierthöchsten elektrischen Leitfähigkeit aller Metalle bietet sich Aluminium für elektrische Leitungen an, auch dank eines Preisvorteils gegenüber Kupfer. Genutzt wird es bei Leiterseilen von Freileitungen, in Flugzeugen oder für Stromschienen in Umspannwerken.
- Elektronik: Die gute elektrische und thermische Leitfähigkeit in Kombination mit der einfachen Verarbeitung macht Aluminium als Werkstoff für Elektronik interessant. Hier wird es bei Leistungshalbleitern aber auch im Allgemeinen für Bonddrähte genutzt.
- Verpackungen: Die durch die Oxidierung gegebene Schutzschicht von Aluminium wird von der Verpackungsindustrie geschätzt. Sie nutzt das Leichtmetall für Getränke- und Konservendosen oder als Aluminiumfolie. Neben der Korrosionsbeständigkeit ist hier auch die gute Verarbeitbarkeit entscheidend.
