Eisen Nichteisen

- Haupt LE: Cu, Si, Mg, Zn, Mn

- weitere Fe, Cr, Ti, Ni, Co, Ag, usw

- Löslichkeit für fast alle LE begrenzt im festen Zustand

- Mk- Bildung und Ausscheidungshärtung bestimmen Gefüge und mech. Eigenschaften

- geringe Dichte

- gute Festigkeit

- gut umform- und gießbar

- gut spanbar

- einfache Fügetechniken

- chem. beständig

- gut OF- Qualität

- kaum brennbar

- gesundheitlich unbedenklich

1xxx - 1000 Serie - min. 99% Alu

2xxx - 2000 Serie- Kupfer als Hauptlegierungselement

3xxx - 3000 Serie- Mangan

4xxx - 4000 Serie- Si

5xxx - 5000 Serie- Mg

6xxx - 6000 Serie - Mg + Si

7xxx - 7000 Serie - Zn

8xxx - 8000 serie - sonstige elemente und 9000 serie wird nicht verwendet

- Verformbarkeit

- geringe LE Gehalte 1-2% max. 6%

- wenn T > 200°C verlieren an Bedeutung

- Einteilung in 2 Gruppen: gute Verarbeitungseigenschaften Rein- Al, Al- Mg, Al-Mg- Si, Al-Zn-Ng

spezielle Festigkeitseigenschaften: Al- Cu- Mg, Al- Zn- Mg- Cu

gute Korrosionsbeständigkeit

- geringe Festigkeit Rm 100 Mpa

- hoche Kriechneigung bei RT und niedrigen Spannungen

- Einsatz: Blech- und Rohrwerkstoffe, Platierungswerkstoffe

- Mg-Gehalt bis 2,5%

- Rm 240 bis 290MPa

- seewasserbeständig

- schweißgeeignet

- Einsatz als Blech- und Rohrwerkstoff
 

- hoh Duktilität im weichgeglühten Zustand

- hart und kalt aushärtbar

- gut schweißgeeignet

- Einsatz vorwiegend als Innendruck- und Konstruktionsrohre

gute allgemeine Korrosionsbeständigkeit

nicht seewasserbeständig

gut geeignet für schweißkonstruktionen

einsatz im Raketenbau

- Al -Cu- Mg 2024: gute Duktilität im kalt ausgehärteten zustand, gut bruchmech. eigenschaften, einsatz bis 120°C/150°C mgl,  nicht schmelzschweißbar, Einsatz: Strangpressprofile und Stangen

- Al-Zn- Mg- Cu 7075: hohe stat. Festigkeit, bruchmech. Eigenschaften schlechter als bei 2024, Einsatz: Bleche, Plattten, Stangpressprofile, Stangen, Schmiedestücke

- Formfüllungsvermögen, Vergießbarkeit

- relativ hohe LE-Gehalte: 10-12%

- gute Festigkeit, eingeschränkt duktil

Standardgusslegierungen: Al-Si, Al-Si-Mg, Al-Si- Cu, Al-Mg  Rp0,2: 200-280 MPa

hochfeste Gusslegierungen: Al-Cu-Ti, Al-Cu-Ti-Mg, Al-Cu-Ag, Rp0,2: bis 320 MPa

warmfeste Gusslegierungen: Al-Si-Cu, Al-Cu-Ni- Co-Zr bis max. 230°C einsetzbar vgl. warmfester Stahl bis 1000°C

Sandguss, Kokillenguss, Druckguss

- durch langsames Abkühlen grobes Korn

- mech. Eigenschaften wanddickenabhängig

- getrennt gegossene Probenstücke höhere Festigkeit

- raue Oberfläche→größere Bearbeitungszugaben

- Mindestwanddicke 3...5 mm

- für große Teile in geringer Stückzahl

- größere Abkühlgeschw. in Metallteilen → feineres Korn

- höhere Festigkeit als bei Sandguss

- höhere Maßgenauigkeit, bessere OF

- Mindestwanddicke 2,5...3 mm

- Warmrissgefahr wegen unnachgiebiger Form beim Abkühlen (Schrumpfen)

- höchste Produktivtät

- geringste Bearbeitungszugabe

- Mindestwanddicke 1mm

- Schmelze reagiert beim Einspritzen mit Luft→ oxidbildung, Lufteinschlüsse

- rasche Erstarrung→feines Korn→hohe Festigkeit

- druckgussteile nicht wärmebehandeln

- nicht schweißbar

- nicht als Sicherheitsbauteile einsetzbar

- Vakuumdruckguss→ keine Lufteinschlüsse, aufwendig

- automatisierbar

- Veredeln von Al-Cu-Si Legierungen: durch Zugabe von Na, As, Sr vor Vergießen, Ausbildung eines feinen Eutektikums (gilt für langsame Erstarrung)

- Steuerung Abkühlprozess: bessere mech. Eigenschaften durch comp. gesteuerte Abkühlprozesse → feineres Gefüge

- Festigkeit nimmt im allg. mit steigendem LE- Gehalt zu

- Festigkeitssteigerung oft mit geringerer Duktilität und Korr- beständigkeit verbunden

- Mk-Bildung und Ausscheidungshärtung erhöhen den Umformwiederstand

- bei RT parabolisches Verfestigungsverhalten

- Festigkeit steigt mit steigendem LE-Gehalt

- Umformverhalten wird durch Texturen und OF-veränderungen begrenzt

- Erhöhung Versetzungsdichte von 10^5 auf 10^10-10^12 1/cm²

- Reaktion mit O2 und Wasserdampf →Bildung dünner aber dichter Schutzschicht (Al2O3)

- komplexer Schichtaufbau, Oxide von LE werden engebaut, ebenso intermet. Phasen der Elemente Al, Fe, Si, Mn

- gute Beständigkeit gegenüberLuft und Seewasser

Aufbau: Grundmaterial Al mit Heterogenengefügeanteilen, Sperrschicht 1-2 nm, Deckschicht mit Mischoxiden(bei Heterogenengefügebestandteilen)5-10 nm und Poren

Rekristallisationsglühen

Weichglühen

Entspannungsglühen

Hochglühen, Homogenisieren

Ausscheidungshärten

- Ziel: Beseitigen der Verfestigung und Ausbildung feines Gefüge

- Glühen nach vorangegangener Kaltumformung, Glühtemp > Trekrist (0,42*Ts bei Reinmet.. für Leg. höher)

- Vorgänge: nach vorrangegangender Kaltumformung→ Keimbildung, Keimwachstum (Diffvorg) führt zu Kornneubildung (OF- energie Minimierung)

- neues, regelloses Gefüge ohne Vorzugsrichtung, geringe Versetzungsdichte

Ziel: Verminderung von Härte und Festigkeit, Erhähung der Dehnung→ Erleichterung und Ermöglichung von Umformarbeiten (Versetzungsdichte sinkt)

Ziel: Annäherung an GGW-Gefüge

- Durchführung: Glühtemp. 200- 300°C, 8-10 Std. , Einsatzglühen bei 400°C

- Vorgänge beim Abkühlen: bei tech. Abkühlung instabile Gefüge→ bei Temp.erhöhung bilden von Ausscheidungen mgl. → unerwünschte Volumenänderung

Ziel: Abbau Eigenspannung

- Glühtemp. und Dauer entsperchend Werkstoff bei sehr langsamer Abkühlung

- Vorgänge im Werkstoff: bei temp.erhöhung sinkt Dehngrenze, Eigenspannungen größer als Dehngrenze bei Glühtemp. werden durch Verformung abgebaut

Ziel: Verminderung Kraftbedarf beim Warmumformen, Verbesserung Kaltumformbarkeit, Verbesserung mech. Eigenschaft der Halbzeuge

- Durchf. Hochglühen von Gussformaten vor Warmumformung, Glühtemp. dicht unter Solidustemp. 10-12Std. teilweise Stufenglühen 1. Stufe: niedrige Temp.→Auflösung niedrig schmelzender Eutek. , 2.Stufe bei eigentlicher Glühtemp.

- Vorgange Gefüge: Ausgleich Kornseigerung, Abbau Eigenspannung, Auflösung eutek. Gefügebest. , gleichm. Ausscheidung übersättigt gelöster LE

Ziel: Erhöhung Härte und Festigkeit

Vorraussetzung: Leg. muss MK- bilden, bei sinkender Temp. abnehmende Löslichkeit des Grundmetalls, kleine Ausscheidungen oft therm. instabil

Durchführung:1.  Lösungsglühen, 2. Abschrecken, 3. Auslagern

Ausscheidungszustände:  übersättigter alphaMk 1. kaltauslagern→alpha+ Gulierprestonzonen (GP), 2. warmauslagern → alpha + betha' → überalterung mgl zu alpha + betha

für max. Festigkeit feindispesive Verteilung

Vorgänge:

- 1. Lösungsglühen: Bildung homogener MK

Glüht.: dicht unterhalb eutek. Temp. (zu niedrig zu wenig LE in Lösung→  max. Festigkeit kann nicht erreichtwerden, zu hohe Temp.→  anschmelzen einzelner Gefügebestandteile→  Leg. kann nicht weiterverarbeitet werden, Einschmelzen der Leg)

- Abschrecken:

- ausreichende Abkühlgeschw. damit LEatome in übersättigter Lsg im Mk verbleiben, diffusionsgesteuerte Ausscheidung wird unterdrückt

- Abschrecken in H2O oder Wassernebel

- Festigkeitserhöhung gering meist gut verformbar

3. Auslagern

- Kaltauslagern: bei RT min. 96Std

- Warmauslagern: bei erhöhter Temp.

- Temp und Dauer abhängig von Legzusammensetzung→  es bilden sich Zwischenzustände (Ausscheidungen aus übersättigten Lsg)

- Rm. Rp0,2, Härte steigt, Dehnung sinkt mit zunehmender Auslagerungstemp. und -dauer

- bei zu hoher ausl.temp und - dauer sinken Rm,Rp02, Härte → Überalterung

- zu hohe/niedrige Lösungsglühtemp.

- verzögertes Abschrecken

- Glühen, Erwärmen oberhalb der Auslagerungstemp.

- zu lange Ausgelagert

- T3: lösungsgeglüht, abgeschreckt, kaltverfestigt, kaltausgelagert

- T4: lösungsgeglüht, abgeschreckt,  kaltausgelagert

- T6: lösungsgeglüht, abgeschreckt, warmausgelagert auf höchste Festigkeit

- T7: lösungsgeglüht, abgeschreckt, überhärtet (warmausgelagert)

- Fahrzuegtechnik: Rahmenstrukturen (Bleche), Druckguss: Ölwannen, B-Säule

- Rohre: Maste, Rahmen (Fahrrad), Stative, Regale

- Verkehrstechnik: Schiffbau, Flugzeugbau

- Bauwesen: Platten, Versadenverkleidung

- Profile: Türen, Fenster

Vorteile

- geringe Dichte

- gut bearbeitbar (Spanbar)

- gut gießbar

Nachteile

- geringe Duktilität

- sehr korrosionsanfällig

- kerbempfindlich

- brennbar

- hoher Preis

- Dichte: 1,74

- Oz: 12 2. Hg

- Gitter: hdp

- E-Modul: 44,8 GPa

- Schubmodul 16, 6 GPa

- Schmelztemp. 650°C

- Siedetemp.: 1090°C

- Schwindung beim Übergang fest/flüssig: 4%

- Zugfestigkeit nach Guss: 100MPa, nach Umormung 200MPa (geringe Festigkeit aber höher als reines Al)

- mech. Eigenschaft durch hdp- Gitter bestimmt bei RT nur Basisgleitung, Zwillingsbildung mgl, anisotrope Eigenschaften mgl

- Van- Mises-Kriterium (min. 5 voneinander unabhängige Gleitebenen) bei RT nicht erfüllt

- T>225°C Pyramidalgleitung, T>> 225°C Prismengleitung (Van-Mises erfüllt Mg wird duktil)

- LE beeinflussen Festigkeitseigenschaften stark

- Festigkeit: Al, Li, Mn, Si, Zn

- Härte: Al, Si

- Wamfestigkeit: Ag, Ce

- Dehnung, Verformbarkeit: Li, Zr, In

- Kriechfestigkeit: Ag, Ca, Si

- Kornfeinung: Ca, Mn

- Schweißbarkeit: Mn

- Korrosionsbeständigkeit: Al, Si, Ca, Ga, Mn

- Gießbarkeit: Al, Zn

- Verringerung der Dichte: Li

- E-Modul: Si, Be

- Cu, Fe, Co unerwünscht stetzen Korrosionsbeständigkeit herunter

- Al, Zn für Ausscheidungshärtung, Bilden Eutektikum, bewirken Porosität

- Gusslegierung: HauptLE: Al bis 10%, Zn bis 6,55%, Mn bis 1,55%(2%)

wichtigste Leg: MgAlZn(AZ), MgAlMn (AM), MgAlSi (AS)

- Knetlegierung: HauptLE: Al bis 10%, Zn bis 6,55%, Mn bis 1,55%(2%)

Leg: MgAlZn (AZ), MgMn (M)

- ungefährlich als Festkörper

- Späne und Stäube (Selbstentzündung/Explosion)  leicht entzündlich

- reagiert bei niedrigen Temp. mit Wasser unter Freisetzung von H2

- Mg-Brände nicht mit Wasser löschbar (generell schwer löschbar)