Aluminium und Aluminiumlegierungen I - igmhs.de · Auf das gleiche Gewicht bezogen bietet nur Magnesium ein größeres nutzbares Metallvolumen als Aluminium. Eigenschaften von Al-Legierungen

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Ingenieurgemeinschaft

Meyer & Horn-Samodelkin GbR

HWK Schwerin

Meisterausbildung 2017

Al und Al-Legierungen

Aluminium und Aluminiumlegierungen I

Die Folien wurden mit Genehmigung von Herrn Bernd Anders aus der Präsentation

der GSI SLV GmbH MV verwendet

• Übersicht: Aluminium auf dem Markt

• Aluminiumlegierungen

• Bezeichnungssystem

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Übersicht: Aluminium auf dem Markt

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EKD 3


Eigenschaften Al Fe

Atomgewicht [g/Mol] 26,98 55,84

Kristallgitter kfz krz

Dichte [g/cm3] 2,70 7,87

E-Modul [Mpa] 67 103 210 10

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Ausdehnungskoeffizient [1/K] 24 10-6

12 10-6

Rp0,2 [Mpa] 10 100

Rm [Mpa] 50 200

Spezifische Wärme [J/kgK] 890 460

Schmelzwärme [J/g] 390 272

Schmelztemperatur [°C] 660 1536

W-Leitfähigkeit [W/mK] 235 75

E-Leitfähigkeit [m/mm²] 38 10

Oxide Al2O3 FeO / Fe2O3 / Fe3O4

Schmelztemperatur [°C] 2050 1400 / 1455 / 1600

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EKD

Gußfabrikate Walzhalbzeuge

Preß- und Ziehfabrikate Verbundhalbzeuge

Granulate, Grieß und Pulver Aluminiumschäume


Erzeugnisformen für die Aluminiumanwendung

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Aluminiumlegierungen

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Legierungsgruppen – Numerisches System

1000-Serie Al ≥ 99,0% NHT

2000-Serie Hauptlegierungselement = Cu HT

3000-Serie Hauptlegierungselement = Mn NHT

4000-Serie Hauptlegierungselement = Si NHT

5000-Serie Hauptlegierungselement = Mg NHT

6000-Serie Hauptlegierungselement = Mg + Si HT

7000-Serie Hauptlegierungselement = Zn HT

8000-Serie Hauptlegierungselement = Sonstige Elemente NHT/HT

wobei NHT für nicht aushärtbare und HT für aushärtbare Legierungen steht.

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Bezeichnungssystem von Al-Legierungen

Das Bezeichnungssystem mit vierstelligen Nummern ist heute international akzeptiert und auch

Grundlage der europäischen Normung. Das internationale Legierungsregister wird von der Aluminum

Association (AA) mit Sitz in Washington D.C. verwaltet.

In Europa gilt für Bezeichnungssysteme, chemische Zusammensetzung und Erzeugnisformen die

europäische Norm DIN EN 573.

EN AW - Xxxx A - Yyyy

Numerisches Bezeichnungssystem nach DIN EN 573 T1 für Knetlegierungen:

Normabkürzung „Aluminium“ „wrought“

Ziffer für

Legierungshauptgruppe

Ziffern für

Legierungsabwandlung

A kennzeichnet eine

nationale Variante

Bis zu vier Zeichen für den

Werkstoffzustand


Beispiel: EN AW - 6082 - T6: - aushärtbare Knetlegierung AlSi1MgMn

- lösungsgeglüht, abgeschreckt und warmausgelagert

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EN AW - AlSiMg1Mn - Yyyy

Alphanumerisches Bezeichnungssystem nach DIN EN 573 T2 für Knetlegierungen:

Normabkürzung „Aluminium“ „wrought“ Hauptlegierungsbestandteile Bis zu vier Zeichen für den

Werkstoffzustand

Bezeichnungssystem von Al-Legierungen


Beispiel: EN AW – AlSiMg1Mn - T6: - aushärtbare Knetlegierung AlSiMg1Mn mit ~ 1% Mg

und höherem oder ähnlichem Gehalt an Si und etwas Mn

- lösungsgeglüht, abgeschreckt und warmausgelagert

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EKD

• Eigenschaften von Aluminiumlegierungen

• Legierungskonstitution und Wärmebehandlung

• Mechanismen der Festigkeitssteigerung

• Nicht aushärtbare Legierungen

• Aushärtbare Legierungen

• Das System Al-Cu

Aluminium und Aluminiumlegierungen II

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Atom- und Kristallstruktur

Atom- und Kristallstruktur des Aluminiums, eingezeichnet ist eine der dichtgepackten {111}-Gleitebenen

Al hat die Atomnummer 13 - es besitzt also 13 Elektronen in drei Schalen mit 3 Valenzelektronen.

Seine Metallstruktur ist kubisch-flächenzentriert mit jeweils 4 dichtest gepackten {111}-Ebenen, die für

den Gleitvorgang bei der plastischen Verformung maßgebend sind und zusammen mit jeweils 3 {110}-

Gleitrichtungen 12 mögliche Gleitsysteme bieten. (krz-Metalle besitzen nur 3 mögliche Gleitsysteme)

Eigenschaften von Al-Legierungen

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Elektrische Leitfähigkeit

Elektrische Leitfähigkeit von Metallen in absoluten und gewichtsbezogenen Werten

Die elektrische Leitfähigkeit ist sowohl von von der Zusammensetzung als auch vom

Wärmebehandlungszustand abhängig. Die elektrische Leitfähigkeit wird dazu verwendet, bei einigen

aushärtbaren Legierungen den Wärmebehandlungszustand zu überprüfen.


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Wärmeleitfähigkeit

Vergleich der Wärmeleitfähigkeit von Aluminium und anderen Metallen im Verhältnis zu Kupfer und in gewichtsbezogenen

Werten

Die hohe Wärmeleitfähigkeit von Aluminiumlegierungen führt zu einer geringen Temperaturbelastung

von Bauteilen (Räder, Kolben, Zylinderköpfe). Beim Schweißen führt die hohe Wärmeleitfähigkeit aber

auch zu Problemen (hohe Energiedichte notwendig, Auswirkungen auf die

Schweißeigenspannungen).


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Dichte

Metallvolumen pro Einheitsgewicht von verschiedenen Gebrauchsmetallen

Die Dichte von Aluminium beträgt etwa 1/3 derjenigen vieler anderer Gebrauchsmetalle mit

Ausnahme von Titan und Magnesium. Durch Legierungsbildung wird die Dichte nur geringfügig

verändert. Aus anwendungstechnischer Sicht ist weniger die Gewichtsbasis als die Volumenbasis für

den Werkstoffvergleich wichtig. Auf das gleiche Gewicht bezogen bietet nur Magnesium ein größeres

nutzbares Metallvolumen als Aluminium.


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Physikalische Eigenschaften ausgewählter Knetlegierungen


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Festigkeitseigenschaften bei Raumtemperatur

Zur Beurteilung der mechanischen


dienen die Zugfestigkeit, die 0,2%-

Dehngrenze, die Bruchdehnung und die

Brucheinschnürung.

Darüber hinaus natürlich die Härte. Bei

Al-Werkstoffen wird meist die

Brinellhärte angegeben.


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Mechanische Eigenschaften bei höheren Temperaturen

Warmzugfestigkeit von Al-Legierungen, Relativwerte für 0,2%-Dehngrenze und Zugfestigkeit


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Einfluß verschiedener Legierungselemente und -gehalte auf die Fließspannung von Aluminium

Mischkristallverfestigung

Legierungskonstitution und Wärmebehandlung

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Metallurgie der Ausscheidungshärtung am Beispiel des Systems Al-Cu

Ausscheidungshärtung


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Wärmebehandlung - Aushärten

Schema des Wärmebehandlungszyklus für aushärtbare Aluminiumlegierungen


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Zeitlicher Verlauf der Warmaushärtung

von AlSi1MgMn (6082) bei verschiedenen

Aushärtungstemperaturen (nach Kostron)

Ausscheidungshärtung


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Wärmebehandlung - Weichglühen

Beim Weichglühen (Rekristallisationsglühen) erfolgt eine vollständige Entfestigung. Es bildet sich ein

neues Korngefüge durch den Prozeß der Keimbildung und des Keimwachstums im verformten Gefüge

aus.

Je höher der Umformgrad, um so größer die Keimzahl und um so geringer die Korngröße nach der

Weichglühung. Das feinkörnig und vollständig rekristallisierte Gefüge hat allgemein die besten

Umformeigenschaften.

Weichglühen dient auch als Zwischenglühung von kaltverformten Teilen zur Wiederherstellugn der

Verformbarkeit. Dabei ist auf Grobkornbildung in Bereichen mit geringen Umformgraden zu achten.

Einfluß des Kaltumformgrades auf die Korngröße von Al99,5 nach dem Weichglühen


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Wärmebehandlung

Angaben zur Wärmebehandlung einiger aushärtender Konstruktionslegierungen


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EKD

Nicht aushärtbare Legierungen

Mechanismen der Festigkeitssteigerung für nicht aushärtbare

Legierungen - NHT:

• Verformungsverfestigung

• Kornfeinung

• Mischkristallverfestigung

Bedeutendste Gruppe :

5000-Serie Hauptlegierungselement = Mg

z.B. EN AW-5083 (AlMg4.5Mn0.7) in verschiedenen Zuständen

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EKD


Mischkristallverfestigung Kaltverformung

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EKD

F Herstellungszustand

O Weichgeglüht

H Kaltverfestigt

H1x Nur kaltverfestigt, ohne zusätzliche thermische Behandlung

H2x Kaltverfestigt und rückgeglüht; geringfügig verbessertes

Umformungsvermögen

H3x Kaltverfestigt und stabilisiert

H4x Kaltverfestigt und einbrennlackiert

Zustandsbezeichnungen nicht aushärtbarer Legierungen


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EKD

Aushärtbare Legierungen

Mechanismen der Festigkeitssteigerung für aushärtbare Legierungen -

HT:

• Verformungsverfestigung

• Kornfeinung

• Ausscheidungshärtung

Bedeutendste Gruppe:

6000-Serie Hauptlegierungselemente = Mg + Si

z.B. EN AW-6082 (AlSiMg1Mn) in verschiedenen Zuständen

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EKD

Zustandsbezeichnungen aushärtbarer

Legierungen

T1 Abgeschreckt aus der Warmumformungstemperatur und kaltausgelagert

T2 Abgeschreckt aus der Warmumformungstemperatur,

kaltumgeformt und kaltausgelagert

T3 Lösungsgeglüht, kaltumgeformt und kaltausgelagert

T4 Lösungsgeglüht und kaltausgelagert

T5 Abgeschreckt aus der Warmumformungstemperatur, warmausgelagert

T6 Lösungsgeglüht und warmausgelagert

T7 Lösungsgeglüht und stabilisiert

T8 Lösungsgeglüht, kaltumgeformt und warmausgelagert

T9 Lösungsgeglüht, warmausgelagert und kaltumgeformt

Tx51 Spannungsarm gereckt

Tx52 Spannungsarm gestaucht

W Lösungsgeglüht (instabiler Zustand; die Zeitspanne des

Kaltauslagerns kann auch festgelegt werden: W2h)

Aushärtbare Legierungen

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