Aluminium ist das weltweit am häufigsten vorkommende Metall und das dritthäufigste Element. Es macht 8 % der Erdkruste aus. Aufgrund seiner Vielseitigkeit ist Aluminium nach Stahl das am häufigsten verwendete Metall.

Aluminiumproduktion

Aluminium wird aus dem Mineral Bauxit gewonnen. Bauxit wird im Bayer-Verfahren in Aluminiumoxid (Aluminiumoxid) umgewandelt. Das Aluminiumoxid wird anschließend mithilfe von Elektrolysezellen und dem Hall-Héroult-Verfahren in Aluminiummetall umgewandelt.

Jährlicher Bedarf an Aluminium

Der weltweite Bedarf an Aluminium beträgt rund 29 Millionen Tonnen pro Jahr. Davon entfallen rund 22 Millionen Tonnen auf Neualuminium und 7 Millionen Tonnen auf recycelten Aluminiumschrott. Die Verwendung von recyceltem Aluminium ist wirtschaftlich und ökologisch sinnvoll. Für die Herstellung einer Tonne Neualuminium werden 14.000 kWh benötigt. Umgekehrt benötigt das Einschmelzen und Recyceln einer Tonne Aluminium nur 5 % davon. Zwischen Neu- und Recyclingaluminiumlegierungen besteht kein Qualitätsunterschied.

Anwendungen von Aluminium

ReinAluminiumist weich, dehnbar, korrosionsbeständig und weist eine hohe elektrische Leitfähigkeit auf. Es wird häufig für Folien- und Leiterkabel verwendet, muss jedoch mit anderen Elementen legiert werden, um die für andere Anwendungen erforderliche höhere Festigkeit zu erreichen. Aluminium ist eines der leichtesten Konstruktionsmetalle und weist ein höheres Festigkeits-Gewichts-Verhältnis als Stahl auf.

Durch die Kombination verschiedener vorteilhafter Eigenschaften wie Festigkeit, Leichtigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Recyclingfähigkeit und Formbarkeit findet Aluminium in immer mehr Anwendungen Verwendung. Die Produktpalette reicht von Strukturmaterialien bis hin zu dünnen Verpackungsfolien.

Legierungsbezeichnungen

Aluminium wird am häufigsten mit Kupfer, Zink, Magnesium, Silizium, Mangan und Lithium legiert. Geringe Mengen Chrom, Titan, Zirkonium, Blei, Wismut und Nickel werden ebenfalls hinzugefügt. Eisen ist immer in geringen Mengen vorhanden.

Es gibt über 300 Knetlegierungen, von denen 50 gebräuchlich sind. Sie werden üblicherweise durch ein vierstelliges System gekennzeichnet, das aus den USA stammt und heute allgemein anerkannt ist. Tabelle 1 beschreibt das System für Knetlegierungen. Gusslegierungen haben ähnliche Bezeichnungen und verwenden ein fünfstelliges System.

Tabelle 1.Bezeichnungen für Aluminium-Knetlegierungen.

Bei unlegierten Aluminiumknetlegierungen mit der Bezeichnung 1XXX geben die letzten beiden Ziffern die Reinheit des Metalls an. Sie entsprechen den letzten beiden Ziffern nach dem Komma, wenn die Aluminiumreinheit auf 0,01 Prozent genau angegeben wird. Die zweite Ziffer gibt Änderungen der Verunreinigungsgrenzen an. Ist die zweite Ziffer Null, bedeutet dies unlegiertes Aluminium mit natürlichen Verunreinigungsgrenzen. Die Zahlen 1 bis 9 stehen für einzelne Verunreinigungen oder Legierungselemente.

Bei den Gruppen 2XXX bis 8XXX kennzeichnen die letzten beiden Ziffern die verschiedenen Aluminiumlegierungen der Gruppe. Die zweite Ziffer gibt die Legierungsmodifikationen an. Eine zweite Ziffer, eine Null, gibt die ursprüngliche Legierung an und die Ganzzahlen 1 bis 9 kennzeichnen nachfolgende Legierungsmodifikationen.

Physikalische Eigenschaften von Aluminium

Dichte von Aluminium

Aluminium hat eine Dichte von etwa einem Drittel der Dichte von Stahl oder Kupfer und ist damit eines der leichtesten handelsüblichen Metalle. Das daraus resultierende hohe Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht macht es zu einem wichtigen Konstruktionswerkstoff, der insbesondere in der Transportindustrie höhere Nutzlasten oder Kraftstoffeinsparungen ermöglicht.

Festigkeit von Aluminium

Reines Aluminium weist keine hohe Zugfestigkeit auf. Durch die Zugabe von Legierungselementen wie Mangan, Silizium, Kupfer und Magnesium können die Festigkeitseigenschaften von Aluminium jedoch erhöht und eine Legierung mit auf bestimmte Anwendungen zugeschnittenen Eigenschaften hergestellt werden.

Aluminiumeignet sich gut für kalte Umgebungen. Es hat gegenüber Stahl den Vorteil, dass seine Zugfestigkeit mit sinkender Temperatur zunimmt, während seine Zähigkeit erhalten bleibt. Stahl hingegen wird bei niedrigen Temperaturen spröde.

Korrosionsbeständigkeit von Aluminium

Bei Kontakt mit Luft bildet sich auf der Aluminiumoberfläche fast augenblicklich eine Schicht aus Aluminiumoxid. Diese Schicht weist eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit auf. Sie ist relativ beständig gegen die meisten Säuren, jedoch weniger beständig gegen Laugen.

Wärmeleitfähigkeit von Aluminium

Die Wärmeleitfähigkeit von Aluminium ist etwa dreimal höher als die von Stahl. Dies macht Aluminium zu einem wichtigen Werkstoff sowohl für Kühl- als auch für Heizanwendungen, beispielsweise in Wärmetauschern. Dank seiner Ungiftigkeit wird Aluminium häufig in Kochutensilien und Küchengeschirr verwendet.

Elektrische Leitfähigkeit von Aluminium

Aluminium weist ebenso wie Kupfer eine ausreichend hohe elektrische Leitfähigkeit auf, um als elektrischer Leiter eingesetzt zu werden. Obwohl die Leitfähigkeit der üblicherweise verwendeten Leitlegierung (1350) nur etwa 62 % der von geglühtem Kupfer beträgt, wiegt sie nur ein Drittel des Gewichts und kann daher im Vergleich zu Kupfer gleichen Gewichts doppelt so viel Strom leiten.

Reflektivität von Aluminium

Von UV bis Infrarot ist Aluminium ein hervorragender Reflektor für Strahlungsenergie. Mit einer Reflektivität von etwa 80 % für sichtbares Licht wird es häufig in Leuchten verwendet. Die gleichen Reflektivitätseigenschaften machenAluminiumIdeal als Isoliermaterial zum Schutz vor Sonneneinstrahlung im Sommer und zur Isolierung gegen Wärmeverlust im Winter.

Tabelle 2.Eigenschaften für Aluminium.

Mechanische Eigenschaften von Aluminium

Aluminium kann stark verformt werden, ohne dass es versagt. Dies ermöglicht die Formung von Aluminium durch Walzen, Extrudieren, Ziehen, maschinelle Bearbeitung und andere mechanische Verfahren. Es kann auch mit hohen Toleranzen gegossen werden.

Durch Legieren, Kaltverformen und Wärmebehandeln können die Eigenschaften von Aluminium individuell angepasst werden.

Die Zugfestigkeit von reinem Aluminium liegt bei etwa 90 MPa, kann aber bei einigen wärmebehandelbaren Legierungen auf über 690 MPa erhöht werden.

Aluminiumnormen

Die alte Norm BS1470 wurde durch neun EN-Normen ersetzt. Die EN-Normen sind in Tabelle 4 aufgeführt.

Tabelle 4.EN-Normen für Aluminium

Die EN-Normen unterscheiden sich in folgenden Bereichen von der alten Norm BS1470:

• Chemische Zusammensetzungen – unverändert.
• Legierungsnummerierungssystem – unverändert.
• Die Zustandsbezeichnungen für wärmebehandelbare Legierungen decken nun eine größere Bandbreite an Sonderzuständen ab. Für nicht standardmäßige Anwendungen wurden bis zu vier Ziffern nach dem T eingeführt (z. B. T6151).
• Zustandsbezeichnungen für nicht wärmebehandelbare Legierungen – Die bestehenden Zustände bleiben unverändert, werden aber nun umfassender hinsichtlich ihrer Entstehung definiert. Der weiche (O) Zustand ist nun H111, und ein mittlerer Zustand H112 wurde eingeführt. Für die Legierung 5251 werden die Zustände nun als H32/H34/H36/H38 (entspricht H22/H24 usw.) angegeben. H19/H22 und H24 werden nun separat angezeigt.
• Mechanische Eigenschaften – bleiben ähnlich wie die vorherigen Werte. Auf Prüfzertifikaten muss jetzt eine Dehngrenze von 0,2 % angegeben werden.
• Die Toleranzen wurden in unterschiedlichem Maße verschärft.
  

  Wärmebehandlung von Aluminium

  Auf Aluminiumlegierungen können verschiedene Wärmebehandlungen angewendet werden:

  • Homogenisierung – die Entfernung von Entmischungen durch Erhitzen nach dem Gießen.
  • Glühen – wird nach der Kaltbearbeitung verwendet, um kaltverfestigende Legierungen (1XXX, 3XXX und 5XXX) zu erweichen.
  • Ausscheidungs- oder Aushärtung (Legierungen 2XXX, 6XXX und 7XXX).
  • Lösungsglühen vor dem Altern von ausscheidungshärtenden Legierungen.
  • Einbrennen zur Aushärtung von Beschichtungen
  • Nach der Wärmebehandlung wird den Bezeichnungsnummern ein Suffix hinzugefügt.
  • Das Suffix F bedeutet „wie hergestellt“.
  • O steht für „geglühte Schmiedeprodukte“.
  • T bedeutet, dass es „wärmebehandelt“ wurde.
  • W bedeutet, dass das Material lösungsgeglüht wurde.
  • H bezieht sich auf nicht wärmebehandelbare Legierungen, die „kaltverformt“ oder „kaltverfestigt“ sind.
  • Zu den nicht wärmebehandelbaren Legierungen gehören die Gruppen 3XXX, 4XXX und 5XXX.