Aluminium: Grundlagen und Eigenschaften

Alles über die Grundlagen und Eigenschaften von Aluminium.

Grundlagen

Aluminium ist als dritthäufigstes Element mit 8 % am Aufbau der Erdkruste beteiligt. Häufiger kommen nur Sauerstoff und Silizium vor. Wegen seiner starken Affinität zu Sauerstoff kommt Aluminium in der Natur nicht in gediegener Form, sondern nur als Verbindung vor.

Der Rohstoff für die Aluminiumerzeugung ist Bauxit, ein Verwitterungsprodukt aus Kalk- und Silikatgestein, dessen hoher Gehalt an Al₂O₃ (Aluminiumoxid) häufig mehr als 50 % beträgt.

Metallurgisch wird Aluminium in zwei Gruppen unterteilt:

und die aushärtbaren Werkstoffe, deren Festigkeit durch Ausscheidung vormals gelöster Legierungsbestandteile erzeugt wird.

die naturharten Werkstoffe, die ihre Festigkeit durch Mischkristallbildung erreichen

Die naturharten Legierungen ersetzen Reinaluminium, falls eine höhere Festigkeit mit hohen Dehngrenzwerten nötig ist. Höchste Festigkeitswerte werden bei aushärtbaren Legierungen erreicht, jedoch ist ihre Korrosionsbeständigkeit geringer als die naturharter Legierungen.

Ihre Endfestigkeit erlangen Aluminiumwerkstoffe durch Warm- und Kaltverformung oder Dispersion, die aushärtbaren Legierungen zusätzlich durch thermische Behandlung.

Geringe Dichte

Mit 2,7–2,9 g/cm³ besitzt Aluminium nur ein Drittel des spezifischen Gewichtes von Stahl. Gegenüber den Buntmetallen ergibt sich sogar ein noch besseres Verhältnis. Das niedrigere Gewicht ermöglicht massive Energie- und Kosteneinsparungen in Transport, Fertigung, Montage, Wartung und Unterhalt.

Chemische, Witterungs- und Seewasserbeständigkeit

Bei Kontakt mit Luft überzieht sich Aluminium mit einer natürlichen Oxidschutzschicht. Diese Oxidschutzschicht erneuert sich nach jeder Entfernung und führt zu hervorragender Beständigkeit gegenüber atmosphärischer Korrosionsbelastung. Besonders Rein- und Reinstaluminium sowie die kupferfreien Legierungen sind gegen sehr viele Medien beständig. Deshalb sind sie in großem Umfang im Bauwesen, der chemischen, der Nahrungs- und Genussmittelindustrie, im Fahrzeugbau oder besonders in Form von AlMg- und AlMgMn-Legierungen im Off-Shore-Bereich im Einsatz.

Kalt- und Warmverformbarkeit

Aluminium ist prädestiniert für die Herstellung von Profilen und Rohren mit nahezu beliebigem Querschnitt. Aber auch mit fast allen anderen üblichen Verfahren der Kalt- und Warmumformung lassen sich Halbzeuge und Formteile herstellen. Spezielle Automatenlegierungen ermöglichen zudem eine gute Zerspanung mit hohen Schnittgeschwindigkeiten.

Eignung für Verbindungsarbeiten

Alle üblichen Verfahren für Verbindungsarbeiten sind bei Aluminiumwerkstoffen anwendbar. Schmelzschweißen erfolgt meist unter Schutzgasatmosphäre. Darüber hinaus findet bei Verbundwerkstoffen das Heißluftschweißen Verwendung, Kleb- und Klemmverbindungen gewinnen zunehmend an Bedeutung.

Dekorative, dauerhaft färbbare Oberflächen

Aluminium erlaubt die Anwendung einer Vielzahl allgemeiner oder werkstoffspezifischer Verfahren, um dekorative Wirkungen, erhöhte Beständigkeit, verbesserte Oberflächenhärte und Abriebfestigkeit zu erzielen. Hierfür eignet sich anodiseren, für eine insbesondere schöne Optik wiederum Pulverbeschichten oder sogar das Aufbringen von Oberflächen in täuschend echter Holzoptik.

Gute Leitfähigkeit für Elektrizität und Wärme

Aluminium weist eine hohe elektrische Leitfähigkeit von 38 bis etwa 34 m/Ohm mm² bei Rein- und Reinstaluminium auf. Für elektrische Leiter werden Reinaluminium und besondere AlMgSi-Werkstoffe verwendet. Die Wärmeleitfähigkeit liegt bei ca. 80 bis 230 W/m • K.

Hohes Reflexionsvermögen

Aluminiumoberflächen sind durch eine geringe Absorption für Licht und Wärme gekennzeichnet. Durch geeignete Oberflächenbehandlungen lassen sich Reflexion und Absorption in weiten Grenzen beeinflussen.

Unmagnetisches Verhalten

Alle Aluminiumwerkstoffe sind frei von Ferromagnetismus.

Gesundheitliche Unbedenklichkeit

Aluminium ist ungiftig. Selbstverständlich sind Aluminiumprodukte sterilisierbar, leicht zu reinigen und erfüllen alle hygienischen und antitoxischen Anforderungen.

Recycling

Die Rückführung des Energiespeichers Aluminium in den Materialkreislauf ist eine sinnvolle und effektive Maßnahme, Kosten und Umwelt zu schonen.

Secundair aluminium, das durch Einschmelzen von Fertigungs- und Altschrotten gewonnen wird, benötigt – unter Beibehaltung aller positiven Werkstoffeigenschaften – nur 5 % des Energiebedarfs, der zur Gewinnung von Primäraluminium benötigt wird. Aluminium ist daher oft die ökologisch bessere Alternative, wenn die Umweltbelastungen über den Lebenszyklus eines fertigen Produktes betrachtet werden. Die hohen Recyclingraten für automobile Anwendungen von 95 % belegen dies eindeutig.

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Brennbarkeit

Aluminiumlegierungen gelten als nicht brennbare Baustoffe, die ohne Nachweis der Baustoffklasse A1 (nach DIN 4102) angehören. Das Material schmilzt bei einer Temperatur von ca. 600 °C. Nur unter bestimmten Bedingungen, das heißt in fein zerteilter Form (zum Beispiel in Pulverform), reagiert es stark exotherm. Die DIN 4102 unterteilt in nicht brennbare (A) und brennbare Baustoffe (B). Die EU-Klassifizierung DIN EN 13501 in sieben Euroklassen (A1, A2, B, C, D, E, F) sowie weitere u. a. für Rauchentwicklung. Die DIN und EN sind beide gültig und gleichwertig, bzw. alternativ anwendbar.

Gegenüberstellung der wichtigsten Aluminiumlegierungen

Aushärtbare Werkstoffe

DIN	EN-AW	Zustand	Beständigkeit		Elektrische Leitfähigkeit	Oberflächenbehandlung			Vormgeving				Verbindungsarbeiten
1712	AA-Reg.-Nr.	EN	normale Atmosphäre	Industrie – und Meeresatmosphäre		Hochglanz-polieren	Schutz	Dekorativ	Warmbiegen	Kaltbiegen	Schmieden	Zerspannen	Schutzgas-schweissen	Widerstands-schweissen
1725	AA-Reg.-Nr.	AA				Hochglanz-polieren	Geanodiseerd	Geanodiseerd	Warmbiegen	Abkanten	Schmieden	Zerspannen	Schutzgas-schweissen	Widerstands-schweissen
										Falzen
	AlMgSi0,5				EN AW 6060										T4	++	++	+	++	++	++	++*	++	–	++*	++*
	AlMgSi0,5				EN AW 6060										T6, T66	++	++	+	+	++	++	++*	+	–	++*	++*
	AlMgSi0,5				EN AW 6063										0, H111	++	++	++		++	++	++	++	– –	++	+
T4		++	++	+		++	++	++	++*	+		–	++*	++*
T6, T832		++	++	+		++	++	++	++*	–		–	++*	++*
AlMgSi0,7	EN AW 6005A	T6	++	++	+		++		++*	–		+	++*	++*
AIMgSi1	EN AW 6082	0, H111	+	–	++	+	+		++	++	++	– –	++	++
		T4	++	+	+	++	++	+	++*	+		+	++* 1)	++* 1)
		T6	++	+	+	++	++	+	++*	–		+	++* 1)	++* 1)
AlCuMg1	EN AW 2017 A	0, H111	–	–	+	+			++	+	+	–	–	–
		T4	–	– –	–	++	+	–	-*	–		+	-*	-*
		T351	–	– –	–	++	+	–	-*	*		+	-*	-*
AlCuMg2	EN AW 2024	0, H111	– –	– –	+	+			++*	+	+	–	–	–
		T4	–	– –	–	++	+	–	-*	–		+	-*	-*
		T351	–	– –	–	++	+	–	-*	–		+	-*	-*
		T6	– –	– –	–	++	+	–	-*	– –		+	-*	-*
		T651	– –	– –	–	++	+	–	-*	– –		+	-*	-*
AlZn4,5Mg1	EN AW 7020	T6	+	–	–		++	–	++*	–		–	+* 1)	+* 1)
AlZnMgCu0,5	EN AW 7022	T6	–	– –	–		+	–	-*	– –		++	-*	+*
AlZnMgCu1,5	EN AW 7075	0, H111	– –	– –	+				+	+	+	+	– –	– –
		T6	–	– –	–		+	–	-*	– –		++	—	+*
		T651	–	– –	–		+	–	-*	– –		++	– –	+*
		T73	–	– –	–		+					++	– –	+*
		T73510	–	– –	–		+					++	– –	+
AlMgSiPb	EN AW 6012	T6	+	+	+	+	++	+		–	+	++	+* 2)	+* 2)
AlMgSiPb	EN AW 6012	T651	+	+	+	+	++	+		–	+	++	+* 2)	+* 2)
AlMgSiPb	EN AW 6018	T6	–	– –	+	+	+	–		–	–	++	+* 2)	+* 2)
AlMgSiPb	EN AW 6018	T651	–	– –	+	+	+	–		–	–	++	+* 2)	+* 2)
AlCuMgPb	EN AW 2007	T4	–	– –	–	+	–	– –		–	–	++	+*	-*
AlCuMgPb	EN AW 2007	T351	–	– –	–	+	–	– –		–	–	++	+*	-*
AlCuBiPb	EN AW 2011	T4	–	– –	–	+	–	– –		+	+	++	+*	-*
AlCuBiPb	EN AW 2011	T6	–	– –	–	+	–	– –		–	+	++	+*	-*

Nicht aushärtbare Werkstoffe

DIN	EN-AW	Zustand	Beständigkeit		Elektrische Leitfähigkeit	Oberflächenbehandlung			Vormgeving				Verbindungsarbeiten
1712	AA-Reg.-Nr.	EN	normale Atmosphäre	Industrie – und Meeresatmosphäre		Hochglanz-polieren	Schutz	Dekorativ	Warmbiegen	Kaltbiegen	Schmieden	Zerspannen	Schutzgas-schweissen	Widerstands-schweissen
1725	AA-Reg.-Nr.	AA				Hochglanz-polieren	Geanodiseerd	Geanodiseerd	Warmbiegen	Abkanten	Schmieden	Zerspannen	Schutzgas-schweissen	Widerstands-schweissen
										Falzen
Al 99,5	EN AW 1050 A	H112	++	++	++	+	++	++	++	++	++	– –	++	+
		0, H111	++	++	++	+	++	++	++	++		– –	++	+
		H14	++	++	++	++	++	++	++*	+		–	++*	++*
		H16	++	++	++	++	++	++	++*	–		–	++*	++*
		H18	++	++	++	++	++	++	++*	–		–	++*	++*
AlMn1	EN AW 3003	H112	++	++	+	+	++		++	++		– –	++	+
		H, 0111	++	++	+	+	++		++	++		– –	++	+
		H14	++	++	+	++	++		++*	+		–	++*	++*
		H16	++	++	+	++	++		++*	–		–	++*	++*
		H18	++	++	+	++	++		++*	–		–	++*	++*
AlMg1	EN AE 5005 A	H112	++	++	+	+	++	++	++	++	++	– –	++	+
		0, H111	++	++	+	+	++	++	++	++			++	+
		H14	++	++	+	++	++	++	++*	+		–	++*	++*
		H18	++	++	+	++	++	++	++*	–		–	++*	++*
AlMg2,5	EN AW 5052	H112	++	++	–		++		++	++	++	– –	++	+
		0, H111	++	++	–		++		++	++		– –	++	+
		H14, 24, 34	++	++	–		++		++*	–		–	++*	++*
		H18, 28, 38	++	++	–		++		++*	– –		–	++*	++*
Almg3	EN AW 5754	H112	++	++	–	+	++	++	++	++	++	– –	++	+
		0, H111	++	++	–	+	++	++	++	++		– –	++	+
		H14, 24, 34	++	++	–	++	++	++	++*	–		–	++*	++*
		H18, 28, 38	++	++	–	++	++	++	++*	– –		–	++*	++*
AlMg4,5Mn	EN AW 5083	H112	++	++	–		++		++	++	++	–	++	+
		0, H111	++	++	–		++		++	++			++	+
		H12, 22, 32	++	++	–		++		++*	+		+	++*	++*
		H14, 24, 34	++	++	–		++		++*	–		+	++*	++*

„++“ = sehr gut; „+“ = gut; „–“ = mäßig, „– –“ = schlecht, = nicht angewendet, * = lokale Erweichung
1) Die Erweichungszone härtet selbständig aus
2) Nachträgliches Aushärten erhöht die Festigkeit

Die Tabelle erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit und stellt keine Zusicherung von Eigenschaften dar. Die Angaben gelten nur für einen Vergleich der aufgeführten Werkstoffe untereinander, jedoch nicht für eine Bewertung gegenüber anderen Metallen.
Bei der anodischen Oxidation treten an den warmumgeformten oder geschweißten Stellen Verfärbungen auf.
Weitere Angaben enthalten die entsprechenden DIN oder Euro Normen.