Aluminium ist das am häufigsten vorkommende Metall der Welt und das dritthäufigste Element, das 8 % der Erdkruste ausmacht. Die Vielseitigkeit von Aluminium macht es nach Stahl zum am häufigsten verwendeten Metall.

Herstellung von Aluminium

Aluminium wird aus dem Mineral Bauxit gewonnen. Bauxit wird über den Bayer-Prozess in Aluminiumoxid (Aluminiumoxid) umgewandelt. Das Aluminiumoxid wird dann mithilfe von Elektrolysezellen und dem Hall-Heroult-Prozess in Aluminiummetall umgewandelt.

Jährlicher Bedarf an Aluminium

Der weltweite Bedarf an Aluminium liegt bei rund 29 Millionen Tonnen pro Jahr. Etwa 22 Millionen Tonnen sind neues Aluminium und 7 Millionen Tonnen sind recycelter Aluminiumschrott. Die Verwendung von recyceltem Aluminium ist wirtschaftlich und ökologisch attraktiv. Für die Herstellung von 1 Tonne neuem Aluminium werden 14.000 kWh benötigt. Umgekehrt werden nur 5 % davon benötigt, um eine Tonne Aluminium wieder einzuschmelzen und zu recyceln. Es gibt keinen Qualitätsunterschied zwischen neuen und recycelten Aluminiumlegierungen.

Anwendungen von Aluminium

ReinAluminiumist weich, duktil, korrosionsbeständig und weist eine hohe elektrische Leitfähigkeit auf. Es wird häufig für Folien- und Leiterkabel verwendet, jedoch ist eine Legierung mit anderen Elementen erforderlich, um die für andere Anwendungen erforderlichen höheren Festigkeiten zu erzielen. Aluminium ist eines der leichtesten technischen Metalle und weist ein besseres Festigkeits-Gewichts-Verhältnis als Stahl auf.

Durch die Nutzung verschiedener Kombinationen seiner vorteilhaften Eigenschaften wie Festigkeit, Leichtigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Recyclingfähigkeit und Formbarkeit wird Aluminium in immer mehr Anwendungen eingesetzt. 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 Zusätze von Chrom, Titan, Zirkonium, Blei, Wismut und Nickel werden ebenfalls vorgenommen, und Eisen ist stets in geringen Mengen vorhanden.

Es gibt über 300 Knetlegierungen, von denen 50 häufig verwendet werden. Sie werden normalerweise durch ein vierstelliges System identifiziert, das seinen Ursprung in den USA hat und heute allgemein akzeptiert ist. Tabelle 1 beschreibt das System für Knetlegierungen. Gusslegierungen haben ähnliche Bezeichnungen und verwenden ein fünfstelliges System.

Tabelle 1.Bezeichnungen für Aluminiumknetlegierungen.

Bei unlegierten Aluminiumknetlegierungen mit der Bezeichnung 1XXX geben die letzten beiden Ziffern die Reinheit des Metalls an. Sie entsprechen den letzten beiden Nachkommastellen, wenn die Aluminiumreinheit auf 0,01 Prozent genau ausgedrückt wird. Die zweite Ziffer gibt Änderungen der Verunreinigungsgrenzwerte an. Wenn die zweite Ziffer Null ist, weist sie auf unlegiertes Aluminium mit natürlichen Verunreinigungsgrenzen hin, und 1 bis 9 geben einzelne Verunreinigungen oder Legierungselemente an.

Bei den Gruppen 2XXX bis 8XXX kennzeichnen die letzten beiden Ziffern unterschiedliche Aluminiumlegierungen in der Gruppe. Die zweite Ziffer gibt Legierungsmodifikationen an. Eine zweite Ziffer Null gibt die ursprüngliche Legierung an und ganze Zahlen 1 bis 9 geben aufeinanderfolgende Legierungsmodifikationen an.

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 kommerziell erhältlichen Metalle. Das daraus resultierende hohe Verhältnis von Festigkeit zu Gewicht macht es zu einem wichtigen Strukturmaterial, das insbesondere in der Transportindustrie höhere Nutzlasten oder Kraftstoffeinsparungen ermöglicht.

Stärke von Aluminium

Reines Aluminium hat keine hohe Zugfestigkeit. Allerdings kann die Zugabe von Legierungselementen wie Mangan, Silizium, Kupfer und Magnesium die Festigkeitseigenschaften von Aluminium erhöhen und eine Legierung mit auf bestimmte Anwendungen zugeschnittenen Eigenschaften erzeugen.

Aluminiumeignet sich gut für kalte Umgebungen. Gegenüber Stahl hat es den Vorteil, dass seine Zugfestigkeit mit abnehmender Temperatur zunimmt und gleichzeitig seine Zähigkeit erhalten bleibt. Stahl hingegen wird bei niedrigen Temperaturen spröde.

Korrosionsbeständigkeit von Aluminium

An der Luft bildet sich nahezu augenblicklich eine Aluminiumoxidschicht auf der Aluminiumoberfläche. Diese Schicht weist eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit auf. Es ist gegenüber den meisten Säuren ziemlich beständig, gegenüber Laugen jedoch weniger beständig.

Wärmeleitfähigkeit von Aluminium

Die Wärmeleitfähigkeit von Aluminium ist etwa dreimal höher als die von Stahl. Dies macht Aluminium zu einem wichtigen Material sowohl für Kühl- als auch für Heizanwendungen wie Wärmetauscher. In Kombination mit seiner Ungiftigkeit bedeutet diese Eigenschaft, dass Aluminium häufig in Kochutensilien und Küchenutensilien verwendet wird.

Elektrische Leitfähigkeit von Aluminium

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

Reflexionsvermögen von Aluminium

Von UV bis Infrarot ist Aluminium ein hervorragender Reflektor für Strahlungsenergie. Ein Reflexionsgrad des sichtbaren Lichts von etwa 80 % bedeutet, dass es häufig in Beleuchtungskörpern verwendet wird. Die gleichen Eigenschaften des Reflexionsvermögens ergeben sichAluminiumIdeal als Isoliermaterial zum Schutz vor Sonnenstrahlen im Sommer und zur Isolierung gegen Wärmeverlust im Winter.

Tabelle 2.Eigenschaften für Aluminium.

Mechanische Eigenschaften von Aluminium

Aluminium kann ohne Versagen stark verformt werden. Dadurch kann Aluminium durch Walzen, Strangpressen, Ziehen, Bearbeiten und andere mechanische Prozesse geformt werden. Es kann auch mit einer hohen Toleranz gegossen werden.

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

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

Aluminiumstandards

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

Tabelle 4.EN-Normen für Aluminium

Die EN-Normen weichen in folgenden Bereichen von der alten Norm BS1470 ab:

• Chemische Zusammensetzung – unverändert.
• Legierungsnummerierungssystem – unverändert.
• Die Zustandsbezeichnungen für wärmebehandelbare Legierungen decken nun ein breiteres Spektrum an Sonderzuständen ab. Für nicht standardmäßige Anwendungen wurden bis zu vier Ziffern nach dem T eingeführt (z. B. T6151).
• Zustandsbezeichnungen für nicht wärmebehandelbare Legierungen – bestehende Zustände bleiben unverändert, aber Zustände werden jetzt umfassender im Hinblick auf die Art und Weise ihrer Herstellung definiert. Der weiche (O) Härtegrad ist jetzt H111 und ein mittlerer Härtegrad H112 wurde eingeführt. Für die Legierung 5251 werden die Härtegrade jetzt als H32/H34/H36/H38 angezeigt (entspricht H22/H24 usw.). H19/H22 und H24 werden jetzt separat angezeigt.
• Mechanische Eigenschaften – bleiben den vorherigen Zahlen ähnlich. Auf Prüfzeugnissen muss nun 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 Kaltumformung verwendet, um kaltverfestigende Legierungen (1XXX, 3XXX und 5XXX) zu erweichen.
  • Ausscheidung oder Aushärtung (Legierungen 2XXX, 6XXX und 7XXX).
  • Lösungsglühen vor dem Aushärten von ausscheidungshärtenden Legierungen.
  • Einbrennen zur Aushärtung von Beschichtungen
  • Nach der Wärmebehandlung wird den Bezeichnungsnummern ein Suffix hinzugefügt.
  • Das Suffix F bedeutet „wie hergestellt“.
  • O bedeutet „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 „kaltgehärtet“ sind.
  • Zu den nicht wärmebehandelbaren Legierungen gehören die Gruppen 3XXX, 4XXX und 5XXX.