Aluminiumlegierungen – eine Übersicht

Im Allgemeinen kann man sagen, dass Guss aus Aluminiumlegierungen dann eingesetzt wird, wenn geringere Dichte und demzufolge niedriges Gewicht der Gussteile gefordert werden.  Es gibt sicherlich diverse Ausnahmen, aber grundsätzlich werden Gussteile aus Aluminiumlegierungen aus Gewichtsgründen eingesetzt.  Als Faustregel kann man sich merken, dass Gussteile aus Aluminiumlegierungen auf Kilogramm-Basis signifikant teurer sind, als Gussteile aus konventionellen Gusseisenwerkstoffen.

Im Vergleich zu den anderen Gusswerkstoffen haben Aluminiumlegierungen einige technologische Vorteile, die nachfolgend aufgelistet sind:

– Deutlich niedriger Schmelzpunkt der Alu-Legierungen (600-700°C) zusammen mit sehr guter Fließbarkeit erlaubt effiziente und kostengünstige Herstellung von dünnwandigen Gussteilen im hochproduktiven Druckgussverfahren.

– Viele Aluminiumlegierungen haben eine geringe Neigung zur Warmrissbildung und können demzufolge mit geringem Ausschuss produziert werden.

– Gussteile aus Aluminiumlegierungen haben eine gute und glatte Gussoberfläche.

Gusslegierungen auf Aluminiumbasis können in folgende Legierungsfamilien aufgeteilt werden:

Al-Si-Cu- Legierungen

Aluminium-Silizium-Kupfer-Legierungen sind die am häufigsten verwendeten Legierungen auf Aluminiumbasis. Gehalt an Silizium und Kupfer variiert in diesen Legierungen stark. In diesen Legierungen erhöht Silizium die Gießbarkeit und Kupfer Festigkeit. Legierungen mit höherem Siliziumgehalt werden für Gussteile mit komplizierter Geometrie verwendet.

Legierungen mit Siliziumgehalt von mehr als 10% Silizium haben niedrige thermische Ausdehnung, was vorteilhaft bei einigen Anwendungen ist, die bei höheren Temperaturen arbeiten. Bei Siliziumgehalten von mehr als 13% steigt die Verschleißbeständigkeit der Aluminiumlegierungen.

Al-Si-Legierungen 

Diese Legierungen haben gute Gießbarkeit und guten Korrosionswiderstand. Legierungen mit weniger als 12% Si werden als untereutektisch, Legierungen mit 12% Si als eutektisch und Legierungen mit mehr als 12% als übereutektisch bezeichnet. Die Zugabe von bis zu 0,6% Mg führt zu einer Erhöhung der Festigkeitseigenschaften nach der Aushärtung.

Legierungen mit ca. 10-11% Silizium werden zur Herstellung von diversen Fahrzeugkomponenten wie gegossene Alu-Felgen oder Zylinderköpfen verwendet.

Al-Cu-Legierungen

Al-Cu-Legierungen waren die ersten Legierungen, die auf Aluminiumbasis entwickelt wurden. Diese Legierungen enthalten 4-5% Kupfer, ggf. Mg-Zugaben und können signifikante Festigkeitswerte erreichen. Diese Legierungen finden überwiegenden Einsatz für hochbeanspruchte Komponenten in der Luft- oder Raumfahrt sowie in Wehrtechnik, Automobilbau, etc. Diese Legierungen haben aber eine schlechte Gießbarkeit und können nur mit erhöhtem Aufwand gussfehlerfrei hergestellt werden.

Al-Mg-Legierungen

Diese Legierungen werden in erster Linie dort verwendet, wenn höherer Korrosionswiderstand im Salzwasser oder an der salzhaltigen Luft gefordert wird, wie zum Beispiel für diverse Komponenten im Schiffsbau. Da diese Legierungen auch sehr gut polierbar sind, werden sie im Architekturbereich eingesetzt. Außerdem haben diese Liegerungen gute Schweißbarkeit.  Technisch bedeutenden Al-Mg-Legierungen enthalten zwischen 3-10% Mg.

Al-Zn-Mg-Legierungen

Durch Kaltauslagerung werden bei diesen Legierungen die mechanischen Eigenschaften, insbesondere die Festigkeit, um 20-30% gesteigert. Diese Legierungsfamilie hat eine eher schlechte Gießbarkeit, was bedeutet, dass die Gussteile aus diesen Legierungen erst mit höherem Aufwand hergestellt werden.

Weiterführende Literatur:

 S. F. Fischer und Ch. Oberschelp in Handbuch Urformen, Hanser Verlag, 2013

Aluminium and Aluminium Alloys, ASM Specialty Handbook, ASM International, 1993