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Eine Aluminiumlegierung ist eine chemische Zusammensetzung, bei der reinem Aluminium andere Elemente zugesetzt werden, um seine Eigenschaften zu verbessern, hauptsächlich um seine Festigkeit zu erhöhen. Diese anderen Elemente umfassen Eisen, Silizium, Kupfer, Magnesium, Mangan und Zink in Mengen, die zusammen bis zu 15 Gewichtsprozent der Legierung ausmachen können. Das Legieren erfordert das gründliche Mischen von Aluminium mit diesen anderen Elementen, während das Aluminium in geschmolzener – flüssiger Form vorliegt.
Fakten zum Mitnehmen
- In der Chemie
Die Eigenschaften von Aluminium wie Festigkeit, Dichte, Verarbeitbarkeit, elektrische Leitfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit werden durch Zugabe anderer Elemente wie Magnesium, Silizium oder Zink beeinflusst. - Bradley-Kampffahrzeug
Das militärische Bradley-Kampffahrzeug besteht aus zwei verschiedenen Aluminiumlegierungen: einer 7xxx-Serie und einer 5xxx-Serie. Aluminium wird auch in vielen anderen Militärfahrzeugen verwendet, um Soldaten sicher und mobil zu halten. - Unser Lieblingsgetränkebehälter
Amerikas Lieblingsgetränkebehälter, die Aluminiumdose, besteht aus mehreren Aluminiumlegierungen. Die Schale der Dose besteht aus 3004 und der Deckel aus 5182. Manchmal braucht es mehr als eine Legierung, um einen Alltagsgegenstand herzustellen. - Heiß und kalt
Aluminiumlegierungen können durch Wärmebehandlung oder Kaltumformung verstärkt werden. Die Eigenschaften einer bestimmten Legierung sind aufgrund ihrer Additive und Behandlung unterschiedlich.
Aluminiumlegierung 101
Was ist eine Aluminiumlegierung?
Eine Aluminiumlegierung ist eine chemische Zusammensetzung, bei der reinem Aluminium andere Elemente zugesetzt werden, um seine Eigenschaften zu verbessern, hauptsächlich um seine Festigkeit zu erhöhen. Diese anderen Elemente umfassen Eisen, Silizium, Kupfer, Magnesium, Mangan und Zink in Mengen, die zusammen bis zu 15 Gewichtsprozent der Legierung ausmachen können. Legierungen erhalten eine vierstellige Nummer, in der die erste Ziffer eine allgemeine Klasse oder Serie kennzeichnet, die durch ihre Hauptlegierungselemente gekennzeichnet ist.
Kommerziell reines Aluminium
1xxx-Serie
Die Legierungen der 1xxx-Serie bestehen aus Aluminium mit einer Reinheit von 99 Prozent oder mehr. Diese Serie zeichnet sich durch hervorragende Korrosionsbeständigkeit, hervorragende Verarbeitbarkeit sowie hohe thermische und elektrische Leitfähigkeit aus. Aus diesem Grund wird die 1xxx-Serie häufig für Übertragungs- oder Stromnetzleitungen verwendet, die die nationalen Netze in den Vereinigten Staaten verbinden. Übliche Legierungsbezeichnungen in dieser Serie sind 1350 für elektrische Anwendungen und 1100 für Lebensmittelverpackungsschalen.
Wärmebehandelbare Legierungen
Einige Legierungen werden durch Lösungswärmebehandlung und anschließendes Abschrecken oder schnelles Abkühlen verstärkt. Die Wärmebehandlung nimmt das feste, legierte Metall und erwärmt es auf einen bestimmten Punkt. Die Legierungselemente, genannt gelöster Stoff, sind homogen verteilt, wobei das Aluminium sie in eine feste Lösung bringt. Das Metall wird anschließend abgeschreckt oder schnell abgekühlt, wodurch die gelösten Atome an Ort und Stelle gefrieren. Die gelösten Atome verbinden sich folglich zu einem fein verteilten Niederschlag. Dies geschieht bei Raumtemperatur, was als natürliche Alterung bezeichnet wird, oder in einem Niedertemperaturofenbetrieb, der als künstliche Alterung bezeichnet wird.
2xxx-Serie
In der 2xxx-Serie wird Kupfer als Hauptlegierungselement verwendet und kann durch Lösungswärmebehandlung deutlich verstärkt werden. Diese Legierungen besitzen eine gute Kombination aus hoher Festigkeit und Zähigkeit, haben jedoch nicht die atmosphärische Korrosionsbeständigkeit wie viele andere Aluminiumlegierungen. Daher werden diese Legierungen üblicherweise für solche Belichtungen lackiert oder plattiert. Sie sind im Allgemeinen mit einer hochreinen Legierung oder einer Legierung der Serie 6xxx verkleidet, um Korrosion stark zu widerstehen. Legierung 2024 vielleicht die bekannteste Flugzeuglegierung.
6xxx-Serie
Die 6xxx-Serie ist vielseitig, wärmebehandelbar, hoch verformbar, schweißbar und hat eine mäßig hohe Festigkeit bei ausgezeichneter Korrosionsbeständigkeit. Legierungen in dieser Reihe enthalten Silikon und Magnesium, um Magnesiumsilizid innerhalb der Legierung zu bilden. Extrusionsprodukte der Serie 6xxx sind die erste Wahl für architektonische und strukturelle Anwendungen. Alloy 6061 ist die am weitesten verbreitete Legierung in dieser Serie und wird häufig in LKW- und Schiffsrahmen verwendet. Darüber hinaus haben bestimmte Versionen des iPhone Aluminiumprofile der 6xxx-Serie verwendet.
7xxx-Serie
Zink ist das primäre Legierungsmittel für diese Serie, und wenn Magnesium in einer kleineren Menge hinzugefügt wird, ist das Ergebnis eine wärmebehandelbare, sehr hochfeste Legierung. Andere Elemente wie Kupfer und Chrom können ebenfalls in geringen Mengen zugesetzt werden. Die am häufigsten bekannten Legierungen sind 7050 und 7075, die in der Flugzeugindustrie weit verbreitet sind. Die 2015 erschienene Aluminiumuhr von Apple® wurde aus einer benutzerdefinierten Legierung der 7xxx-Serie hergestellt.
Nicht wärmebehandelbare Legierungen
Nicht wärmebehandelte Legierungen werden durch Kaltumformung verstärkt. Kaltverformung tritt während des Walzens oder Schmiedens auf und ist die Wirkung des „Bearbeitens“ des Metalls, um es stärker zu machen. Zum Beispiel, wenn Aluminium auf dünnere Lehren gerollt wird, wird es stärker. Dies liegt daran, dass die Kaltumformung Versetzungen und Leerstellen in der Struktur aufbaut, die dann die Bewegung der Atome relativ zueinander hemmen. Dies erhöht die Festigkeit des Metalls. Legierungselemente wie Magnesium verstärken diesen Effekt, was zu einer noch höheren Festigkeit führt.
3xxx-Serie
Mangan ist das Hauptlegierungselement in dieser Serie, oft mit kleineren Mengen an Magnesium hinzugefügt. Jedoch kann nur ein begrenzter Prozentsatz des Mangans Aluminium effektiv hinzugefügt werden. 3003 ist eine populäre Legierung für allgemeinen Zweck, weil es mäßige Stärke und gute Brauchbarkeit hat und in den Anwendungen wie Wärmetauschern und Kochgeräten verwendet werden kann. Legierung 3004 und seine Modifikationen werden in den Körpern von Aluminiumgetränkedosen verwendet.
4xxx-Serie
Legierungen der 4xxx-Serie werden mit Silizium kombiniert, das in ausreichenden Mengen zugesetzt werden kann, um den Schmelzpunkt von Aluminium zu senken, ohne Sprödigkeit zu erzeugen. Aus diesem Grund produziert die 4xxx-Serie ausgezeichnete Schweißdrähte und Lötlegierungen, bei denen ein niedrigerer Schmelzpunkt erforderlich ist. Alloy 4043 ist eine der am häufigsten verwendeten Fülllegierungen zum Schweißen von Legierungen der Serie 6xxx für Struktur- und Automobilanwendungen.
5xxx-Serie
Magnesium ist das primäre Legierungsmittel in der 5xxx-Serie und eines der effektivsten und am weitesten verbreiteten Legierungselemente für Aluminium. Legierungen dieser Serie besitzen mäßige bis hohe Festigkeitseigenschaften sowie eine gute Schweißbarkeit und Korrosionsbeständigkeit in der Meeresumwelt. Aus diesem Grund sind Aluminium-Magnesium-Legierungen im Bauwesen, in Lagertanks, Druckbehältern und in Marineanwendungen weit verbreitet. Beispiele für gängige Legierungsanwendungen sind: 5052 in der Elektronik, 5083 in Marineanwendungen, anodisiertes Blatt 5005 für Architekturanwendungen und 5182 macht den Aluminiumgetränkedosendeckel. Das Bradley-Kampffahrzeug des US-Militärs besteht aus Aluminium der Serien 5083 und 7xxx.
Schaffung neuer Legierungen
Vor mehr als 60 Jahren etablierte die Aluminium Association das Knetlegierungsbezeichnungssystem durch ihr Technical Committee on Product Standards (TCPS), das 1954 in den USA verabschiedet wurde. Drei Jahre später wurde das System als American National Standard H35.1 zugelassen. Dieses Benennungssystem wurde 1970 von den Internationalen Unterzeichnern der Übereinkommenserklärung offiziell verabschiedet und wurde zu einem internationalen Benennungssystem. Im selben Jahr wurde der Normenausschuss H35 für Aluminiumlegierungen vom American National Standards Institute (ANSI) autorisiert, wobei der Verband als Sekretariat fungierte. Seitdem ist der Verband die wichtigste Normungsorganisation für die globale Aluminiumindustrie.
Das Legierungsregistrierungssystem wird derzeit von den TCPS des Verbandes verwaltet. Der gesamte Prozess, von der Registrierung einer neuen Legierung bis zur Vergabe einer neuen Bezeichnung, dauert zwischen 60 und 90 Tagen. Als das heutige System ursprünglich 1954 entwickelt wurde, enthielt die Liste 75 einzigartige chemische Zusammensetzungen. Heute gibt es mehr als 530 registrierte aktive Kompositionen und diese Zahl wächst weiter. Das unterstreicht, wie vielseitig und allgegenwärtig Aluminium in unserer modernen Welt geworden ist.