Eigenschaften und Vergleich der fünf Aluminiumlegierungsreihen

Aluminiumlegierungen bilden aufgrund ihres geringen Gewichts, ihrer hohen Festigkeit, ihrer einfachen Verarbeitbarkeit und ihrer Korrosionsbeständigkeit das Rückgrat der modernen Industrie. Unterschiedliche Kombinationen von Legierungselementen haben Legierungsreihen mit verschiedenen Eigenschaften hervorgebracht, um den vielfältigen Anforderungen gerecht zu werden. Im Folgenden finden Sie eine detaillierte Analyse und einen Vergleich der fünf wichtigsten Aluminiumlegierungsreihen:

1. 2xxx-Serie (Al-Cu-Legierungen)

— das Rückgrat des Himmels, ein Vorreiter in Sachen Festigkeit und Hitzebeständigkeit

Aluminiumlegierungen der 2xxx-Serie basieren auf Kupfer und Magnesium als Hauptzusatzelementen. Ihr auffälligstes Merkmal ist ihre extrem hohe Festigkeit, die, insbesondere nach einer Wärmebehandlung (Aushärtung), zu den höchsten Festigkeiten der gängigen Aluminiumlegierungen zählt.

Gleichzeitig zeichnet sich die Serie durch eine ausgezeichnete Hitzebeständigkeit aus und behält auch bei höheren Temperaturen ihre guten mechanischen Eigenschaften, was ihr einen Vorteil bei Hochtemperaturanwendungen verschafft.

Die Kehrseite der Medaille ist jedoch seine relativ geringe Korrosionsbeständigkeit, die es in rauen Umgebungen anfällig für Korrosion macht. Daher sind häufig zusätzliche Oberflächenschutzbehandlungen (z. B. Beschichtungen oder Aluminiumverkleidungen) erforderlich. Hinsichtlich der Fügeverfahren ist seine Schweißleistung durchschnittlich, weshalb mechanische Verbindungen wie Nieten häufiger zum Einsatz kommen.

Gängige Noten sind 2024 und 2219.

2. 3xxx-Serie (Al-Mn-Legierungen)

— Hüter der Architektur, Vorbilder für Wirtschaftlichkeit und Korrosionsbeständigkeit

Das wichtigste Element, das der 3xxx-Serie hinzugefügt wurde, ist Mangan.

Die Kernkompetenz dieser Werkstoffreihe liegt in ihrer hervorragenden Korrosionsbeständigkeit sowie ihren ausgezeichneten Umform- und Verarbeitungseigenschaften (insbesondere beim Tiefziehen und Walzen). Sie ist äußerst beständig gegenüber Witterungseinflüssen, insbesondere industriellen und maritimen Atmosphären, und lässt sich problemlos in eine Vielzahl komplexer Formen bearbeiten. Darüber hinaus zeichnet sie sich durch gute Schweißeigenschaften, eine exzellente Oberflächengüte und vergleichsweise niedrige Kosten aus.

Die größte Einschränkung besteht darin, dass die Festigkeit nur mittelmäßig ist und es sich daher nicht gut als primäres tragendes Bauteil eignet.

Gängige Noten sind 3003 und 3105.

3. 5xxx-Serie (Al-Mg-Legierungen)

— der Schutzschild des Meeres, der Maßstab für Korrosionsbeständigkeit und Schweißen

Die 5xxx-Serie verwendet Magnesium als wichtigstes Legierungselement.

Der herausragendste Vorteil dieser Werkstoffreihe ist ihre unübertroffene Korrosionsbeständigkeit, insbesondere in salzhaltigen Meeresumgebungen sowie in chlorierten Umgebungen. Sie zeichnet sich zudem durch hervorragende Schweißbarkeit mit festen Schweißverbindungen und guter Korrosionsbeständigkeit aus. Ihre Festigkeit reicht von mittel bis hoch (und steigt mit dem Magnesiumgehalt), und sie besitzt ein gutes Kaltverfestigungsvermögen (die Festigkeit kann durch Kaltverformung weiter verbessert werden) und eine gute Umformbarkeit.

Allerdings können einige Sorten unter bestimmten Bedingungen, wenn der Magnesiumgehalt sehr hoch ist, anfällig für Spannungsrisskorrosion sein.

Gängige Noten sind 5052 und 5754.

4. 6xxx-Serie (Al-Mg-Si-Legierungen)

— Allrounder, die für eine ausgewogene Gesamtleistung sorgen

Die wichtigsten Zusatzstoffe der 6xxx-Serie sind Magnesium und Silizium, die die verstärkende Phase Mg2Si bilden.

Das wichtigste Merkmal dieser Serie ist ihre hervorragende Eigenschaftsbalance. Sie besitzt eine gute mittlere Festigkeit (die durch Lösungsglühen und Aushärten deutlich gesteigert werden kann), eine ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit (im Allgemeinen besser als 2xxx und 7xxx) und eine hervorragende Extrudierbarkeit, wodurch sie sich ideal für die Herstellung von Profilen mit komplexen Querschnitten eignet.

Gleichzeitig bietet es gute Schweißeigenschaften (insbesondere im wärmebehandelten Zustand T6), gute Bearbeitbarkeit und eine optisch sehr ansprechende Oberflächenanodisierung. Es ist zwar nicht so fest wie die Serien 2xxx und 7xxx, aber für viele Anwendungen ausreichend.

Gängige Noten sind 6061 und 6082.

5. 7xxx-Serie (Al-Zn-Mg-Cu-Legierungen)

— der König der Stärke, der ultimative Lastenträger

Die 7xxx-Serie basiert üblicherweise auf Zink und Magnesium, manchmal wird auch Kupfer hinzugefügt.

Diese Legierungsreihe wird zu Recht als „König der Festigkeit“ unter den Aluminiumlegierungen bezeichnet. Sie weist die höchste Festigkeit aller Aluminiumlegierungen bei Raumtemperatur auf, insbesondere nach sachgemäßer Wärmebehandlung (Aushärtung) gemäß den Anforderungen der Luft- und Raumfahrt. Darüber hinaus besitzt sie eine ausgezeichnete Bruchzähigkeit und hält hohen Belastungen und Stößen stand.

Der Preis für die angestrebte extreme Festigkeit ist jedoch eine vergleichsweise durchschnittliche Korrosionsbeständigkeit. Das Material ist besonders anfällig für Spannungsrisskorrosion und muss im hochfesten Zustand besonders auf die Umgebungsbedingungen und die Einsatzbedingungen achten. Darüber hinaus sind die Schweißeigenschaften schlecht und der Schweißprozess ist komplex und erfordert in der Regel spezielle Schweißtechniken und eine Nachbehandlung.

Gängige Noten sind 7075 und 7050.

Ein kurzer Vergleich der Kernmerkmale der fünf Serien:

Diese fünf Aluminiumlegierungsserien sind wie verschiedene Werkzeuge in einem Materialwerkzeugkasten, jedes mit seinen eigenen Vorzügen und seinem optimalen Einsatzgebiet:

2xxx und 7xxx sind die Leistungsträger, die sich auf hohe Festigkeit, Hitzebeständigkeit und extreme Belastbarkeit spezialisiert haben.

3xxx und 5xxx Sie sind die Korrosionsexperten, die Gebäude und Ozeane schützen.

6xxx ist der Meister des Gleichgewichts und erzielt die optimale Balance zwischen Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Verarbeitung, die in alltäglichen Projekten weit verbreitet ist.

Bei der Materialauswahl ist es wichtig, verschiedene Faktoren zu berücksichtigen, wie z. B. Belastung, korrosive Medien, Temperatur, Umformverfahren (Stanzen, Extrudieren, Schmieden), Fügeverfahren (Schweißen, Nieten) und Kostenbudget.