Aluminium ist das weltweit häufigste Metall und das dritthäufigste Element; es macht 8 % der Erdkruste aus. Aufgrund seiner Vielseitigkeit ist Aluminium nach Stahl das am weitesten verbreitete Metall.

Aluminiumproduktion

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

Jährlicher Aluminiumbedarf

Der weltweite Bedarf an Aluminium liegt bei rund 29 Millionen Tonnen pro Jahr. Davon entfallen etwa 22 Millionen Tonnen auf Neualuminium und 7 Millionen Tonnen auf recycelten Aluminiumschrott. Die Verwendung von recyceltem Aluminium ist sowohl wirtschaftlich als auch ökologisch sinnvoll. Für die Herstellung einer Tonne Neualuminium werden 14.000 kWh Energie benötigt. Im Gegensatz dazu reichen 5 % dieser Energie aus, um eine Tonne Aluminium einzuschmelzen und zu recyceln. Qualitativ gibt es keinen Unterschied zwischen Primär- und Recyclingaluminiumlegierungen.

Anwendungen von Aluminium

ReinAluminiumAluminium ist weich, duktil, korrosionsbeständig und besitzt eine hohe elektrische Leitfähigkeit. Es wird häufig für Folien und Leiterkabel verwendet, jedoch ist für die höheren Festigkeiten, die für andere Anwendungen erforderlich sind, eine Legierung mit anderen Elementen notwendig. Aluminium zählt zu den leichtesten technischen Metallen und weist ein besseres Festigkeits-Gewichts-Verhältnis als Stahl auf.

Durch die Nutzung verschiedener Kombinationen seiner vorteilhaften Eigenschaften wie Festigkeit, geringes Gewicht, Korrosionsbeständigkeit, Recyclingfähigkeit und Formbarkeit findet Aluminium in immer mehr Anwendungsbereichen Verwendung. Die Produktpalette reicht von Konstruktionswerkstoffen bis hin zu dünnen Verpackungsfolien.

Legierungsbezeichnungen

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

Es gibt über 300 Knetlegierungen, von denen 50 gebräuchlich sind. Sie werden üblicherweise durch ein vierstelliges System identifiziert, das seinen Ursprung in den USA hat und heute weltweit anerkannt ist. Tabelle 1 beschreibt das System für Knetlegierungen. Gusslegierungen haben ähnliche Bezeichnungen und verwenden ein fünfstelliges System.

Tabelle 1.Bezeichnungen für Aluminiumknetlegierungen.

Bei unlegierten Aluminium-Knetlegierungen der Bezeichnung 1XXX geben die letzten beiden Ziffern den Reinheitsgrad des Metalls an. Sie entsprechen den letzten beiden Nachkommastellen, wenn der Reinheitsgrad von Aluminium auf 0,01 Prozent genau angegeben wird. Die zweite Ziffer kennzeichnet Abweichungen von den Grenzwerten für Verunreinigungen. Ist die zweite Ziffer null, handelt es sich um unlegiertes Aluminium mit natürlichen Grenzwerten für Verunreinigungen; Ziffern von 1 bis 9 bezeichnen einzelne Verunreinigungen oder Legierungselemente.

Bei den Gruppen 2XXX bis 8XXX kennzeichnen die letzten beiden Ziffern verschiedene Aluminiumlegierungen innerhalb der Gruppe. Die zweite Ziffer gibt Legierungsmodifikationen an. Eine zweite Ziffer vom Typ Null steht für die ursprüngliche Legierung, während die Ziffern 1 bis 9 aufeinanderfolgende Legierungsmodifikationen kennzeichnen.

Physikalische Eigenschaften von Aluminium

Dichte von Aluminium

Aluminium besitzt eine Dichte von etwa einem Drittel der Dichte von Stahl oder Kupfer und zählt damit zu den leichtesten handelsüblichen Metallen. Das daraus resultierende hohe Festigkeits-Gewichts-Verhältnis macht es zu einem wichtigen Konstruktionswerkstoff, der insbesondere in der Transportbranche höhere Nutzlasten oder Kraftstoffeinsparungen ermöglicht.

Festigkeit von Aluminium

Reines Aluminium besitzt keine hohe Zugfestigkeit. Durch die Zugabe von Legierungselementen wie Mangan, Silizium, Kupfer und Magnesium lassen sich jedoch die Festigkeitseigenschaften von Aluminium erhöhen und eine Legierung mit auf bestimmte Anwendungen zugeschnittenen Eigenschaften herstellen.

AluminiumEs eignet sich hervorragend für kalte Umgebungen. Im Gegensatz zu Stahl hat es 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 Oberfläche von Aluminium nahezu augenblicklich eine Aluminiumoxidschicht. Diese Schicht weist eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit auf. Sie ist gegenüber den meisten Säuren recht beständig, jedoch weniger beständig gegenüber Laugen.

Wärmeleitfähigkeit von Aluminium

Die Wärmeleitfähigkeit von Aluminium ist etwa dreimal höher als die von Stahl. Dadurch ist Aluminium ein wichtiger Werkstoff für Kühl- und Heizanwendungen wie Wärmetauscher. Da es zudem ungiftig ist, findet Aluminium aufgrund dieser Eigenschaft breite Anwendung in Kochutensilien und Küchengeräten.

Elektrische Leitfähigkeit von Aluminium

Aluminium besitzt neben Kupfer eine ausreichend hohe elektrische Leitfähigkeit für die Verwendung als elektrischer Leiter. Obwohl die Leitfähigkeit der gängigen leitfähigen Legierung (1350) nur etwa 62 % der von geglühtem Kupfer beträgt, ist sie nur ein Drittel so schwer und kann daher im Vergleich zu Kupfer gleichen Gewichts die doppelte Menge Strom leiten.

Reflexionsvermögen von Aluminium

Von UV- bis Infrarotstrahlung reflektiert Aluminium hervorragend Strahlungsenergie. Dank seines Reflexionsgrades von rund 80 % im sichtbaren Lichtbereich findet es weite Verbreitung in Leuchten. Dieselben Reflexionseigenschaften machen es auch zu einem attraktiven Material für Beleuchtungskörper.AluminiumIdeal als Isoliermaterial zum Schutz vor Sonneneinstrahlung im Sommer und gleichzeitig zur Wärmedämmung im Winter.

Tabelle 2.Eigenschaften von Aluminium.

Mechanische Eigenschaften von Aluminium

Aluminium lässt sich stark verformen, ohne zu brechen. Dadurch kann es durch Walzen, Strangpressen, Ziehen, Zerspanen und andere mechanische Verfahren geformt werden. Es kann auch mit hoher Präzision gegossen werden.

Legieren, Kaltverformen und Wärmebehandeln können allesamt eingesetzt werden, um die Eigenschaften von Aluminium gezielt anzupassen.

Die Zugfestigkeit von Reinaluminium 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 Zusammensetzung – unverändert.
• Legierungsnummerierungssystem – unverändert.
• Die Bezeichnungen für wärmebehandelbare Legierungen decken nun ein breiteres Spektrum an Sonderzuständen ab. Für nicht standardisierte Anwendungen wurden bis zu vier Ziffern nach dem T eingeführt (z. B. T6151).
• Die Bezeichnungen für die Wärmebehandlungszustände nicht wärmebehandelbarer Legierungen bleiben unverändert, die Zustände werden jedoch nun detaillierter hinsichtlich ihrer Erzeugung definiert. Der weiche Zustand (O) ist jetzt H111, und ein Zwischenzustand 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 aufgeführt.
• Die mechanischen Eigenschaften bleiben im Wesentlichen unverändert. Die 0,2%-Dehngrenze muss nun auf den Prüfzeugnissen angegeben werden.
• Die Toleranzen wurden in unterschiedlichem Maße verschärft.
  

  Wärmebehandlung von Aluminium

  Für Aluminiumlegierungen können verschiedene Wärmebehandlungen angewendet werden:

  • Homogenisierung – die Beseitigung von Entmischungen durch Erhitzen nach dem Gießen.
  • Glühen – wird nach der Kaltverformung angewendet, um kaltverfestigte Legierungen (1XXX, 3XXX und 5XXX) weicher zu machen.
  • Ausfällungs- oder Alterungshärtung (Legierungen 2XXX, 6XXX und 7XXX).
  • Lösungsglühen vor der Aushärtung von ausscheidungshärtenden Legierungen.
  • Einbrennen zum Aushärten von Beschichtungen
  • Nach der Wärmebehandlung wird den Bezeichnungsnummern ein Suffix angehängt.
  • Der Zusatz F bedeutet „wie hergestellt“.
  • O bedeutet „geglühte Schmiedeprodukte“.
  • Das T bedeutet, dass es „wärmebehandelt“ wurde.
  • W bedeutet, dass das Material lösungsgeglüht wurde.
  • H bezieht sich auf nicht wärmebehandelbare Legierungen, die „kaltverformt“ oder „verfestigt“ sind.
  • Nicht wärmebehandelbare Legierungen sind solche der Gruppen 3XXX, 4XXX und 5XXX.