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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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Meisterausbildung 2017
Al und Al-Legierungen
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Übersicht: Aluminium auf dem Markt
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Meisterausbildung 2010
EKD 3
Übersicht: Aluminium auf dem Markt
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
3
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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Meisterausbildung 2010
EKD
Gußfabrikate Walzhalbzeuge
Preß- und Ziehfabrikate Verbundhalbzeuge
Granulate, Grieß und Pulver Aluminiumschäume
Übersicht: Aluminium auf dem Markt
Erzeugnisformen für die Aluminiumanwendung
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Al und Al-Legierungen
Aluminiumlegierungen
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Al und Al-Legierungen
Aluminiumlegierungen
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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Al und Al-Legierungen
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
Aluminiumlegierungen
Beispiel: EN AW - 6082 - T6: - aushärtbare Knetlegierung AlSi1MgMn
- lösungsgeglüht, abgeschreckt und warmausgelagert
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Al und Al-Legierungen
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
Aluminiumlegierungen
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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Meisterausbildung 2010
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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Al und Al-Legierungen
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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Al und Al-Legierungen
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.
Eigenschaften von Al-Legierungen
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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).
Eigenschaften von Al-Legierungen
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Al und Al-Legierungen
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.
Eigenschaften von Al-Legierungen
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Al und Al-Legierungen
Physikalische Eigenschaften ausgewählter Knetlegierungen
Eigenschaften von Al-Legierungen
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Meisterausbildung 2017
Al und Al-Legierungen
Festigkeitseigenschaften bei Raumtemperatur
Zur Beurteilung der mechanischen
Eigenschaften von Al-Legierungen
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.
Eigenschaften von Al-Legierungen
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Al und Al-Legierungen
Mechanische Eigenschaften bei höheren Temperaturen
Warmzugfestigkeit von Al-Legierungen, Relativwerte für 0,2%-Dehngrenze und Zugfestigkeit
Eigenschaften von Al-Legierungen
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Al und Al-Legierungen
Einfluß verschiedener Legierungselemente und -gehalte auf die Fließspannung von Aluminium
Mischkristallverfestigung
Legierungskonstitution und Wärmebehandlung
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Al und Al-Legierungen
Metallurgie der Ausscheidungshärtung am Beispiel des Systems Al-Cu
Ausscheidungshärtung
Legierungskonstitution und Wärmebehandlung
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Al und Al-Legierungen
Wärmebehandlung - Aushärten
Schema des Wärmebehandlungszyklus für aushärtbare Aluminiumlegierungen
Legierungskonstitution und Wärmebehandlung
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Meisterausbildung 2017
Al und Al-Legierungen
Zeitlicher Verlauf der Warmaushärtung
von AlSi1MgMn (6082) bei verschiedenen
Aushärtungstemperaturen (nach Kostron)
Ausscheidungshärtung
Legierungskonstitution und Wärmebehandlung
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Al und Al-Legierungen
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
Legierungskonstitution und Wärmebehandlung
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Wärmebehandlung
Angaben zur Wärmebehandlung einiger aushärtender Konstruktionslegierungen
Legierungskonstitution und Wärmebehandlung
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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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Nicht aushärtbare Legierungen
Mischkristallverfestigung Kaltverformung
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Meisterausbildung 2010
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
Nicht aushärtbare 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