Aluminium

Aluminium Werkstoffeigenschaften

Aluminium ist ein reaktionsfähiges, leicht oxidierbares Element. Die große Oxidationsneigung führt dazu, dass sich Aluminium unter der Einwirkung des Luftsauerstoffes spontan mit einer sehr dünnen, natürlichen Oxidschicht (Dicke ca. 0,01 μm) überzieht, die das darunter liegende Metall passiviert und vor weiterem Angriff schützt. Die Oxidschicht wird jedoch in sauren und alkalischen wässrigen Lösungen aufgelöst, so dass Aluminium nur im pH-Bereich 5 bis 8 chemisch beständig ist.

Alu Blech

In der Witterung mit einem Wechsel von feuchten und trockenen Periodenbilden sich dicker werdende oxidische Deckschichten (bis0,1 μm dick), bestehend aus Oxiden und Hydroxiden, die eine zunehmende Schutzwirkung aufweisen, aber durch eingelagerte Staubpartikel unansehnlich wirken können. Die Oxidschicht kann elektrolytisch durch Anodisieren (Eloxieren) wesentlich dicker ausgebildet werden.

Diese anodisch erzeugten Oxidschichten werden durch Witte- rungseinflüsse praktisch nicht mehr verändert. Die chemischen Eigenschaften des reinen Metalls gelten auch für die meisten Aluminiumlegierungen, sofern diesen kein Kupfer zu legiert wurde. 5.2 Physikalische Eigenschaften Dichte, Elastizitätsmodul und Wärmeausdehnungszahl sind Eigenschaften, die sich bei Aluminium durch Legierungsbestandteile in den Mengen, wie sie zum Beispiel die genormten Knetlegierungen aufweisen, nur in geringer Bandbreite ändern.

So schreiben Regelwerke zur Bemessung von Aluminium-Tragkonstruktionen den E-Modul für Aluminium-Knetlegierungen mit 70 000 N/mm2 fest. Bezüglich des Einflusses auf Dichte und E-Modul macht Lithium bei Aluminium allerdings eine Ausnahme. Al-Li-Knetlegierungen, die heute für die Luft- und Raumfahrt
(und zwar wegen des hohen Preises nur dort) Anwendung finden (z.B. Space Shuttle) senken die Dichte und steigern den E-Modul.


Vergleichsweise stark von den Legierungsbestandteilen abhängig sind die Wärme- und die elektrische Leitfähigkeit, so wie dies auch bei den Festigkeitseigenschaften und den Korrosionseigenschaften (hinsichtlich Cu) der Fall ist. Tafel 1 stellt die Dichte und den E-Modul von  Aluminium den entsprechenden Werten anderer technisch wichtiger Gebrauchsmetalle gegenüber.

Tafel 2 vergleicht Reinstaluminium und Aluminium-Knetlegierungen hinsichtlich einer Reihe von technisch relevanten physikalischen Kenngrößen und macht damit den unterschiedlich großen Einfluss von Legierungselementen in Aluminium, auch auf den Schmelz- beziehungsweise Erstarrungsbereich, deutlichDieser wird nach oben durch die Liquidustemperatur und nach unten durch die Solidustemperatur begrenzt. Er ist durch das gleichzeitige Vorhandensein von flüssiger und fester Phase gekennzeichnet und liegt bekanntermaßen stets tiefer als der Schmelzpunkt des reinen Metalls.

Die Härte von Aluminiumwerkstoffen wird in Deutschland üblicherweise als Brinellhärte [HB in N/mm 2] angegeben. Eine alle Legierungen und Zustände im Halbzeug ein- schließende Beziehung zwischen Härte und einer Festigkeitseigenschaft (Zugfestigkeit) besteht bei Aluminium nicht, ebenso wenig eine Beziehung zwischenHärte und Verschleißfestigkeit. Die Härte ist kein Abnahmekriterium zum Beispiel bei der Wareneingangsprüfung. Wohl aber dienen Härtemessungen dazu, die Breite einer Wärmeeinflusszone im Schweißnahtbereichzu ermitteln.

Mechanische Eigenschafte

Die Festigkeit spielt bei der technischen Anwendung vonAluminium meist die Hauptrolle. So weisen Aluminium-Konstruktionslegierungen bei hinreichender Duktilität Mindestwerte für die Zugfestigkeit (R m)auf, die von etwa 200 N/mm 2 bis, im Falle der kupferhaltigen Luftfahrt-legierungen, über 500 N/mm2 reichen.

Diesem Anspruch vermag unlegiertes Aluminium nicht gerecht zu werden,auch wenn es durch Kaltverfestigung (z.B. infolge Kaltwalzen von Blechen, Ziehen von stranggepressten Rohren etc.) deutlich höhere Werte für Zugfestigkeit und0,2 %-Dehngrenze (0,2-Grenze; Rp0,2) als im Zustand „weich“
erreicht (Bild 12). Typische Konstruktionslegierungen, wie man sie in Regelwerken zur Bemessung von Tragkonstruktionen findet, sind die höher legierten Varianten der nicht aushärtbaren Gattung AlMg/AlMgMn und aushärtbare Legierungen der Gattungen AlMgSi und AlZnMg.

Bei Aluminiumwerkstoffen gibt es zwei Mechanismen zur Festigkeitssteigerung: Kaltverfestigung und Aushärten,welche sich gegenseitig überlagern können. Als Bezugspunkt für diese Festigkeitssteigerungen dient der Zustand „weich“. Bereits in diesem Zustand wächst die Festigkeit mit der Zahl der Fremdatome im Mischkristall, das heißt mitansteigendem Gehalt an Legierungselementen.

So beispielsweise bei Aluminiumlegierungen des Typs AlMg/ AlMgMn (untere Begrenzungskurve im Bild 12, die links beim reinen Aluminium (Al) beginnt und das ausdrückt, was in der Literatur unter „Legierungsverfestigung“ verstanden wird).

Quelle: https://alu-am-bau.ch/wp-content/uploads/2014/03/04_Der-Werkstoff-Aluminium.pdf