Aluminiumlegierungen

Aluminiumlegierungen (englisch aluminium alloys) sind Legierungen des Aluminiums mit weiteren Elementen, vor allem Magnesium, Silizium, Kupfer, Zink und Mangan, die die Festigkeit des Reinaluminiums erhöhen. Ihre Dichte liegt bei etwa 2,7 g/cm³, also rund einem Drittel von Stahl. Sie leiten Wärme und Strom gut und sind dank ihrer Oxidschicht von Natur aus korrosionsbeständig. Die meisten lassen sich hervorragend zerspanen. Der E-Modul beträgt etwa 70 GPa, ebenfalls rund ein Drittel von Stahl.

Man unterscheidet Knetlegierungen (Bleche, Platten, Stangen, Profile) und Gusslegierungen. Knetlegierungen werden nach DIN EN 573 mit EN AW und einer vierstelligen Nummer bezeichnet, deren erste Ziffer die Gruppe nach dem Hauptlegierungselement angibt. Die Reihe 5xxx (Al-Mg, etwa 5754 und 5083) ist nicht aushärtbar, gut schweißbar und sogar meerwasserbeständig und wird deshalb für Bleche und Schweißkonstruktionen verwendet. Die Reihe 6xxx (Al-Mg-Si, etwa 6060, 6061 und die in Europa verbreitete 6082, früher AlMgSi1, Werkstoffnummer 3.2315) ist die universelle Wahl für Profile und Frästeile. Die Reihe 7xxx (Al-Zn, etwa 7075, früher AlZnMgCu1,5) erreicht die höchsten Festigkeiten. Die Reihe 2xxx (Al-Cu, etwa 2017A und 2024) ist umgangssprachlich als Dural bekannt, ein Begriff, der oft ungenau für jede feste Aluminiumlegierung verwendet wird.

Auf die Legierungsnummer folgt der Werkstoffzustand nach DIN EN 515: O steht für weichgeglüht, H für kaltverfestigt (etwa H111 oder H32) und T für einen durch Wärmebehandlung eingestellten Zustand. Der häufigste Zustand T6 bedeutet lösungsgeglüht und warmausgelagert, T651 zusätzlich durch Recken entspannt, was bei Platten für die Zerspanung von Vorteil ist. Als Richtwerte hat 6082-T6 eine Zugfestigkeit von etwa 300 MPa, 7075-T6 meist 500 bis 570 MPa und die weichgeglühte Legierung 5754 etwa 200 MPa.

Gusslegierungen werden mit EN AC bezeichnet und enthalten meist mehr Silizium, zum Beispiel AlSi9Cu3(Fe) für den Druckguss oder AlSi10Mg, die auch im Metall-3D-Druck verwendet wird.

Aluminiumlegierungen sind die Standardwahl für gefräste Prototypen und Teile in Kleinserien: Platten, Halter, Flansche, Gehäuse, Maschinenrahmen, Kühlkörper und Vorrichtungen. Die Legierung 6082-T6 ist gut verfügbar, preisgünstig, gut schweißbar und gut eloxierbar. Wählen Sie 7075 für hoch belastete Teile, für Kleinserienwerkzeuge und dort, wo die Festigkeit bezogen auf das Gewicht entscheidet. Für präzise Platten und Vorrichtungen eignen sich gegossene, plangefräste Platten mit geringen Eigenspannungen, für Blechteile die Legierungen 5754 oder 5083.

Aluminium spart vor allem dort Gewicht, wo das Teil einen größeren Querschnitt haben darf. Die auf das Gewicht bezogene Steifigkeit ist bei Aluminium und Stahl nahezu gleich. Wer Stahl bei gleichen Abmessungen einfach durch Aluminium ersetzt, erhält daher etwa die dreifache Durchbiegung.

Schreiben Sie auf die Zeichnung nicht nur „Aluminium“ oder „Dural“, sondern Legierung und Zustand, zum Beispiel EN AW-6082-T6. Die Legierungen 7075 und 2024 sind zum Schmelzschweißen ungeeignet, und auch 6082-T6 verliert in der Wärmeeinflusszone der Schweißnaht etwa ein Drittel bis die Hälfte seiner Festigkeit, was die Festigkeitsberechnung berücksichtigen muss. Anders als Stahl haben Aluminiumlegierungen keine ausgeprägte Dauerfestigkeit. Arbeiten Sie bei zyklisch belasteten Teilen deshalb mit Ermüdungsdaten (Wöhlerlinien) für die konkrete Lastspielzahl.

Eloxieren gelingt am besten bei der Reihe 6xxx. Bei 2xxx und 7xxx ist der Farbton oft weniger rein, bei Gusslegierungen mit hohem Siliziumgehalt wird die Schicht dunkel und ungleichmäßig. Gewinde in Aluminium verschleißen bei häufigem Verschrauben, erwägen Sie daher Gewindeeinsätze. Im Kontakt mit Edelstahl, Kupfer oder CFK droht in feuchter Umgebung Kontaktkorrosion (galvanische Korrosion) des Aluminiums. Bei dünnwandigen Teilen ist mit Verzug durch Eigenspannungen im Halbzeug zu rechnen.