Je nach Legierungselementen und Wärmebehandlung können Aluminiumgüten eine Vielzahl unterschiedlicher Eigenschaften aufweisen. Diese reichen von einem ansprechenden Erscheinungsbild, guter Verarbeitbarkeit und guter Korrosionsbeständigkeit bis hin zu einem hohen Festigkeits-Gewichts-Verhältnis, guter Schweißbarkeit und hoher Bruchzähigkeit. Letztendlich hängt die Auswahl der geeigneten Aluminiumgüte von der vorgesehenen Anwendung und den Betriebsbedingungen ab, denen sie standhalten muss.
In den folgenden Abschnitten werden die einzelnen Aluminiumlegierungsserien nacheinander beschrieben, wobei die charakteristischen Eigenschaften, typischen Güteklassen und gängigen Anwendungsbereiche zusammengefasst werden, die als Orientierung bei der Materialauswahl dienen.
Je nach Legierungsbestandteilen und Wärmebehandlung können Aluminiumgüten eine Vielzahl unterschiedlicher Eigenschaften aufweisen. Diese reichen von einem ansprechenden Erscheinungsbild über eine einfache Verarbeitbarkeit und gute Korrosionsbeständigkeit bis hin zu einem hohen Festigkeits-Gewichts-Verhältnis, guter Schweißbarkeit und hoher Bruchzähigkeit. Letztendlich hängt die Auswahl der geeigneten Aluminiumgüte von der vorgesehenen Anwendung und den Betriebsbedingungen ab, denen sie standhalten muss.
In den folgenden Abschnitten werden die einzelnen Aluminiumlegierungsserien nacheinander vorgestellt, wobei die charakteristischen Eigenschaften, typischen Güteklassen und gängigen Anwendungsbereiche zusammengefasst werden, die als Orientierung bei der Materialauswahl dienen.
Tabelle 1. Vergleich verschiedener Aluminiumlegierungsreihen
Reihe
Hauptlegierungselement
Repräsentative Güten
Wärmebehandelbar
Typische Eigenschaften
Übliche Anwendungen
1xxx
Reines Aluminium (≥99 %)
1050, 1060, 1100, 1350
Nein
Hervorragende Korrosionsbeständigkeit, hervorragende elektrische und thermische Leitfähigkeit, geringe Festigkeit, hervorragende Formbarkeit
Elektrische Leiter, Anlagen für die chemische Verarbeitung, Reflektoren, Lebensmittel- und Chemieindustrie
2xxx
Kupfer (Cu)
2014, 2024, 2219
Ja
Hohe Festigkeit, gute Bearbeitbarkeit, verminderte Korrosionsbeständigkeit, eingeschränkte Schweißbarkeit
Luft- und Raumfahrtkonstruktionen, Flugzeugausrüstung, hochfeste Strukturbauteile
3xxx
Mangan (Mn)
3003, 3004, 3105
Mäßige Festigkeit, hervorragende Verformbarkeit, gute Korrosionsbeständigkeit
Dach- und Fassadenverkleidungen, Kochgeschirr, Wärmetauscher, Lagertanks
4xxx
Silizium (Si)
4032, 4043, 4643
Im Allgemeinen nein*
Niedrigerer Schmelzpunkt, gute Verschleißfestigkeit, geeignet zum Schweißen und Hartlöten
Schweißzusatzdraht, Hartlötmaterialien, Automobilkomponenten
5xxx
Magnesium (Mg)
5005, 5052, 5083, 5086
Mäßige bis hohe Festigkeit, hervorragende Korrosionsbeständigkeit (insbesondere in maritimer Umgebung), hervorragende Schweißbarkeit
Meeresbauwerke, Druckbehälter, Transportausrüstung, Schiffbau
6xxx
Magnesium + Silizium (Mg₂Si)
6061, 6063
Mittlere Festigkeit, gute Korrosionsbeständigkeit, hervorragende Extrudierbarkeit, gute Schweißbarkeit
Strukturextrusionen, Bauteile für den Architekturbereich, Fahrzeugrahmen, Maschinenbau
7xxx
Zink (Zn)
7050, 7075
Sehr hohe Festigkeit, gute Ermüdungsbeständigkeit, geringere Korrosionsbeständigkeit als bei den meisten anderen Serien
Flugzeugstrukturen, Luft- und Raumfahrtkomponenten, Verteidigungsausrüstung, Sportartikel
8xxx
Sonstige Elemente (Fe, Ni, Li usw.)
8006, 8011, 8079, 8090
Variiert
Die Eigenschaften hängen von der Legierungszusammensetzung und dem Verwendungszweck ab
Folien und Verpackungen, elektrische Leiter, Speziallegierungen für die Luft- und Raumfahrt
9xxx
Nicht vergeben
—
Serie wird derzeit nicht verwendet
Die Aluminiumgüten der Serie 1xxx (1050, 1060, 1100, 1145, 1200, 1230, 1350 und andere) zeichnen sich durch hervorragende Korrosionsbeständigkeit, hohe thermische und elektrische Leitfähigkeit, geringe mechanische Festigkeit sowie ausgezeichnete Verarbeitbarkeit aus. Durch Kaltverfestigung lassen sich moderate Festigkeitssteigerungen erzielen. Eisen und Silizium sind die wichtigsten Verunreinigungen in dieser Serie.
Die Aluminiumlegierungen der Serie 2xxx (2011, 2014, 2017, 2018, 2124, 2219, 2319 sowie Gusssorten wie 201.0, 203.0, 206.0, 224.0 und 242.0) erfordern eine Lösungsglühbehandlung, um ihre optimalen Eigenschaften zu erreichen. Im lösungsgeglühten Zustand entsprechen ihre mechanischen Eigenschaften denen von kohlenstoffarmem Stahl – und übertreffen diese manchmal sogar. In einigen Fällen wird eine Ausscheidungswärmebehandlung (Alterung) durchgeführt, um die mechanischen Eigenschaften weiter zu verbessern. Diese Behandlung erhöht die Streckgrenze, allerdings auf Kosten einer gewissen Dehnung, während ihre Auswirkung auf die Zugfestigkeit vergleichsweise geringer ist.
Die 2xxx-Serie weist keine so gute Korrosionsbeständigkeit auf wie die meisten anderen Aluminiumlegierungen, und unter bestimmten Bedingungen können diese Legierungen interkristalliner Korrosion ausgesetzt sein. Dennoch eignen sie sich gut für Bauteile, die eine hohe Festigkeit bei Temperaturen bis zu 150 °C (300 °F) erfordern. Mit Ausnahme der Sorte 2219 weisen diese Legierungen eine eingeschränkte Schweißbarkeit auf, obwohl einige von ihnen eine hervorragende Zerspanbarkeit bieten. Die Aluminiumsorte 2024 ist die beliebteste Legierung dieser Serie und findet breite Anwendung im Flugzeugbau.
Die Aluminiumlegierungen der 3xxx-Reihe (3003, 3004, 3105 sowie Gussqualitäten wie 383.0, 385.0, A360 und 390.0) sind im Allgemeinen nicht wärmebehandelbar, bieten jedoch eine um etwa 20 % höhere Festigkeit als die 1xxx-Serie. Da Aluminium nur in begrenztem Umfang (bis zu etwa 1,5 %) wirksam mit Mangan legiert werden kann, dient Mangan nur in wenigen Legierungen als Hauptelement.
Silizium ist das wichtigste Legierungselement in der 4xxx-Reihe (4032, 4043, 4145, 4643 und andere) und kann in Mengen von bis zu 12 % beigemischt werden, wodurch der Schmelzbereich erheblich verringert wird. Aus diesem Grund werden Aluminium-Silizium-Legierungen in Schweißdraht und als Hartlötlegierungen zum Fügen von Aluminium verwendet, wo ein niedrigerer Schmelzbereich als beim Grundwerkstoff erforderlich ist. Legierungen, die nennenswerte Mengen an Silizium enthalten, verfärben sich bei der Anodisierung dunkelgrau bis anthrazit, was sie für architektonische Anwendungen beliebt macht.
Magnesium ist das wichtigste Legierungselement der 5xxx-Reihe. Wenn es allein oder zusammen mit Mangan verwendet wird, ergibt sich eine Legierung mit mittlerer bis hoher Festigkeit, die durch Kaltverformung härtbar ist. Magnesium ist als Härtungsmittel deutlich wirksamer als Mangan – etwa 0,8 % Mg entsprechen 1,25 % Mn – und kann in wesentlich höheren Mengen zugesetzt werden. Aluminiumlegierungen dieser Baureihe (5005, 5052, 5083, 5086 und andere) weisen gute Schweißeigenschaften und eine relativ gute Korrosionsbeständigkeit in marinen Umgebungen auf. Allerdings sollten bei den Legierungen mit höherem Magnesiumgehalt der Kaltverformungsgrad und die Betriebstemperatur (etwa 150 °F) begrenzt werden, um eine Anfälligkeit für Spannungskorrosionsrisse zu vermeiden.
Die Aluminiumlegierungen der 6xxx-Reihe (6061, 6063) enthalten Silizium und Magnesium in ungefähr den Anteilen, die zur Bildung von Magnesiumsilizid (Mg₂Si) erforderlich sind, wodurch sie wärmebehandelbar sind. Obwohl sie nicht so fest sind wie die meisten Legierungen der Serien 2xxx und 7xxx, bietet die 6xxx-Serie eine gute Umformbarkeit, Schweißbarkeit, Zerspanbarkeit und eine relativ gute Korrosionsbeständigkeit bei mittlerer Festigkeit. Sorten dieser wärmebehandelbaren Gruppe können im T4-Zustand (lösungsgeglüht, jedoch nicht ausscheidungsgeglüht) umgeformt und anschließend durch Ausscheidungsglühen auf die vollen T6-Eigenschaften verfestigt werden.
Zink ist mit einem Anteil von 1 bis 8 % das wichtigste Legierungselement in der 7xxx-Serie (7075, 7050, 7049 sowie Gussqualitäten wie 710.0 und 711.0). In Kombination mit einem geringeren Anteil an Magnesium entsteht eine wärmebehandelbare Legierung mit mittlerer bis sehr hoher Festigkeit. Andere Elemente wie Kupfer und Chrom werden in der Regel ebenfalls in geringen Mengen beigemischt. Die 7xxx-Serie wird in Flugzeugzellen, mobilen Geräten und anderen stark beanspruchten Bauteilen eingesetzt. Hochfeste 7xxx-Legierungen weisen eine geringere Beständigkeit gegen Spannungskorrosionsrisse auf und werden daher häufig in einem leicht überalterten Zustand verwendet, um ein besseres Gleichgewicht zwischen Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Bruchzähigkeit zu erreichen.
Die 8xxx-Reihe (8006, 8111, 8079 sowie Gussqualitäten wie 850.0, 851.0 und 852.0) ist für Legierungselemente reserviert, die nicht in den Reihen 2xxx bis 7xxx verwendet werden. Eisen und Nickel erhöhen die Festigkeit ohne nennenswerten Verlust an elektrischer Leitfähigkeit, was sie für Leiterlegierungen wie 8017 geeignet macht. Die Aluminium-Lithium-Legierung 8090, die sich durch ihre außergewöhnlich hohe Festigkeit und Steifigkeit auszeichnet, wurde für Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt entwickelt. Legierungen der 8000er-Reihe entsprechen Bezeichnungen des Unified Numbering System wie beispielsweise A98XXX.
Die 9xxx-Serie wird derzeit nicht verwendet.
In diesem Artikel wird Aluminium nach Legierungsserien klassifiziert. Die zugehörigen Leitfäden der Aluminium-Reihe behandeln die Themen, die Sie dazu benötigen. Unter „Aluminium-Eigenschaften“ werden die mechanischen, physikalischen und Leistungsmerkmale detailliert beschrieben, die die einzelnen Serien voneinander unterscheiden. „Aluminiumspezifikationen“ erläutert die vierstellige Kennzeichnung und das Zustandssystem, mit denen jede Güteklasse genau definiert wird, und „Aluminiumnormen“ legt die Rahmenbedingungen fest, die diese Kennzeichnungen in verschiedenen Regionen regeln.
Aluminiumsorten werden anhand ihres Hauptlegierungselements in die Serien 1xxx bis 9xxx eingeteilt. Jede Serie zeichnet sich durch eine einzigartige Kombination aus Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Verformbarkeit und Wärmebehandelbarkeit aus.
Die Serien 2xxx, 6xxx und 7xxx sind wärmebehandelbar und gewinnen durch Lösungs- und Ausscheidungswärmebehandlung an Festigkeit. Die Serien 1xxx, 3xxx, 4xxx und 5xxx sind im Allgemeinen nicht wärmebehandelbar und werden hauptsächlich durch Kaltverfestigung festiger.
Die 7xxx-Serie, die hauptsächlich mit Zink legiert ist, umfasst einige der hochfestesten Aluminiumlegierungen, wie beispielsweise 7075. Diese finden breite Anwendung in der Luft- und Raumfahrt sowie in anderen Bereichen mit hoher Beanspruchung.
Die mit Magnesium legierte 5xxx-Serie weist eine relativ gute Korrosionsbeständigkeit in marinen Umgebungen auf, weshalb Sorten wie 5083 und 5086 bei maritimen Anwendungen sehr beliebt sind.
Silizium senkt den Schmelzbereich von Aluminium, weshalb 4xxx-Legierungen in Schweißdraht und Hartlötlegierungen verwendet werden, bei denen ein Schmelzpunkt unterhalb des Schmelzpunkts des Grundmetalls erforderlich ist.