Anwendungstechnologie Aluminium

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1 Friedrich Ostermann Anwendungstechnologie Aluminium 2., neu bearbeitete und aktualisierte Auflage Mit 577 Abbildungen und 111 Tabellen } Springer

2 Inhalt Tabellenverzeichnis XVII 1 Einführung Der Wettbewerb der Werkstoffe in den Märkten Innovationsgrundlagen 3 2 Märkte und Anwendungen Aluminium im Automobilbau Aluminium im Antriebsbereich Aluminium im Fahrwerksbereich Aluminium im Karosseriebau Aluminium im Nutzfahrzeugbau Aluminium im Schienenfahrzeugbau Entwicklung aluminiumgerechter Baukonzepte Aluminiumwerkstoffe für die Schienenfahrzeugbau Schweißverbindungen im Schienenfahrzeugbau Aluminium im Schiffbau Aluminium im Flugzeugbau Architektur und Ingenieurbau Sonstige Anwendungsmärkte Maschinen-, Apparate- und Werkzeugbau Elektrotechnik Verpackung 75 3 Legierungsaufbau, Wärmebehandlung, Normen Gefügebausteine der Aluminiumwerkstoffe Gefügematrix Gitterfehler Korngrenzen Mischkristallbildung Primärphasen (Gußphasen) Sekundärphasen 100 "3.1.7 Warmverformungs-, Faser-, Erholungsund Rekristallisationsgefüge Poren Oxideinschlüsse Aufbau und Wärmebehandlung der Knetwerkstoffe 112

3 X Inhalt > Unlegiertes Aluminium AIMn-Legierungen AlMg(Mn)-Legierungen AlCu(Mg,Si)-Legierungen AlMgSi-Legierungen AlZnMg(Cu)-Legierungen Sonstige Knetlegierungen Durchführung von Wärmebehandlungen Legierungsaufbau und Wärmebehandlung von Gußlegierungen Schmelze und Schmelzereinigung Erstarrungsvorgang (Kristallisation) Erstarrungsfehler Fließ- und Formfüllungsvermögen Aluminium-Gußlegierungen Verarbeitungs- und Anwendungshinweise Gießgerechte Gestaltung Einführung in die Normen über Aluminiumlegierungen Einführung in die Bezeichnungssysteme der Aluminiumwerkstoffe Bezeichnungssystem für Knetlegierungen und deren Werkstoffzustände Bezeichnungssystem für Formgußlegierungen, Gießverfahren und für die Werkstoff zustände von Formgußteilen Halbzeugnormen Garantierte und typische Eigenschaften Legierungsauswahl - frei oder eingeschränkt? Physikalische Eigenschaften Physikalischen Eigenschaften des Aluminiums Dichte Elektrische Leitfähigkeit Magnetische Eigenschaften Wärmeleitfähigkeit Reflexions- und Emissionseigenschaften Physikalische Eigenschaften von Aluminiumoxid Korrosionsverhalten von Aluminium Allgemeine Grundlagen Einflüsse auf das Korrosionsverhalten Korrosionsverhalten von Aluminium in Freibewitterung -* und Meerwasser Oxidschicht und Korrosionsmechanismus des Aluminiums Aufbau und Bedeutung der Oxidschicht Verstärkung der natürlichen Oxidschicht Beständigkeit der Oxidschicht Korrosionsmechanismus 236

4 Inhalt XI Freie und kritische Korrosionspotentiale Stromdichte-Potentialkurven Einfluß der Legierungselemente Bedeutung der Gefügestruktur Korrosionsbeständigkeit Erscheinungsformen der Korrosion bei Aluminium und seinen Legierungen Lochkorrosion (LK) Selektive Korrosion (SK) Spannungsrißkorrosion (SpRK) Interkristalline Korrosion unter Spannung Spaltkorrosion Kontaktkorrosion Korrosionsermüdung Reibkorrosion Filiformkorrosion Beispiele für korrosionsgerechtes Konstruieren 272 Mechanische Eigenschaften Statische mechanische Kennwerte Fließkurve, Verfestigung, Anisotropie, Verformbarkeit Bruchvorgang und Bruchverhalten Schwingfestigkeitsverhalten von Aluminiumwerkstoffen Phänomenologie der Ermüdungsschädigung Zyklisches Spannungs-Dehnungsverhalten Rißfortschrittsverhalten Dehnungs-Wöhlerkurve (e/n-kurve) Spannungs-Wöhlerkurve (S/N-Kurve) Langzeitfestigkeit ( Dauerfestigkeit") von Aluminiumwerkstoffen Mittelspannungsempfindlichkeit Einfluß von Kerben auf die Schwingfestigkeit Wirkung von Eigenspannungen auf die Schwingfestigkeit Einfluß hoher Dehngeschwindigkeit Verhalten bei unterschiedlichen Temperaturen Elastizitätsmodul bei unterschiedlichen Temperaturen Mechanische Eigenschaften bei tiefen Temperaturen Mechanische Eigenschaften bei höheren Temperaturen Umformbarkeitseigenschaften bei höheren Temperaturen ^Einfluß des Spannungszustands Fließbedingungen (Fließhypothesen) Fließortkurven Grenzformänderung bei ebenem Spannungszustand Einfluß der Mehrachsigkeit auf die Duktilität 397

5 XII Inhalt 7 Gießverfahren 399 * 7.1 Stranggießverfahren Formgießverfahren Vergleich der Formgießverfahren Walzen Walzprozeß Qualitätsmerkmale von Warm- und Kaltwalzblechen Oberflächenbeschichtete Walzfabrikate Verbundhalbzeuge Strangpressen Strangpreßverfahren Grundformen von Profilen und Werkzeugen Strangpreßbarkeit von Aluminiumlegierungen Prozeßkette im Strangpreßwerk Strangpreßgerechte Profil- und Werkzeuggestaltung Gestalten von Strangpreßprofilen Funktionalitätsgruppen Konstruktionen mittels Profilverbindungen Sonderverfahren des Strangpressens von Aluminium Strangpressen nach dem Conform"-Verfahren Hydrostatisches Strangpressen Verbundstrangpressen Warmbiegen von Profilen beim Preßvorgang Schmieden von Aluminium Prozeß des Gesenkschmiedens Schmiedegesenke Stofffluß und Faserverlauf Schmiedelegierungen, Vormaterial, Gefüge und Arbeitsablauf Gestalten von Schmiedeteilen Kaltfließpressen von Aluminium Charakteristische Merkmale von Kaltfließpreßteilen Aluminium für technische Fließpreßteile Vormaterial: Butzen Aluminiumlegierungen für das Kaltfließpressen Alternative Ausgangszustände für das Kaltfließpressen Fließpreßverfahren Grundverfahren des Fließpressens Werkzeuge für das Kaltfließpressen Kraftbedarf beim Kaltfließpressen Aluminiumblechumformung Werkstoffeigenschaften für die Blechumformung 492

6 Inhalt XIII Werkstoffeigenschaften aus Zugversuchen Werkstoffeigenschaften aus technologischen Prüfungen Biegefähigkeit Rückfederung Aluminiumlegierungen für Karosserieanwendungen Tribologisches Verhalten Reibungsmechanismus Das Tribosystem Blech-Werkzeug-Schmierstoff Scherschneiden Trennvorgang beim Normalschneiden Genauschneiden Feinschneiden Sondergebiete der Umformtechnik Weiterverarbeitung von Profilen und Rohren Biegen und Biegeverfahren Örtliche Querschnittsänderungen Innenhochdruckumformen Halbwarmumformen Superplastische Umformung Mechanismen und Werkstoffe Verfahren der superplastischen Blechumformung Spanende Formgebung von Aluminium Spanbildung Spanformen bei Aluminiumwerkstoffen Aluminiumwerkstoffe für Zerspanungszwecke Zerspanbarkeit Werkzeugverschleiß Schneidwerkstoffe für die Aluminiumzerspanung Kühlschmierstoffe Oberflächen spanend bearbeiteter Al-Werkstoffe Funkenerosive Bearbeitung Oberflächenbehandlung Reinigungsprozeß Vorbehandlung Beschichtungen Anodische Oxidation Metallische Beschichtungen aus wäßrigen Lösungen 586 ^ Verschleißfeste Oberflächen durch thermisches Spritzen Beschichten mit organischen Stoffen (Lackieren) Schmelzschweißen von Aluminium Schweißeignung der Aluminiumwerkstoffe Eigenschaften von Aluminiumschweißverbindungen 602

7 XIV Inhalt 16.3 Schmelzschweißverfahren für Aluminium Strahlschweißverfahren Schweißimperfektionen Widerstandsschweißen Widerstandspunktschweißen (WPS) Verfahrensprinzip Übergangswiderstände der Fügeteiloberfläche Elektrodenverschleiß und Elektrodenreinigung Schweißeignung von Legierungen Maschinen und Elektroden Festigkeitsverhalten von Aluminium-WPS-Verbindungen Buckelschweißen Mechanisches Fügen Merkmale mechanischer Fügetechniken Durchsetzfügen Nieten Vollniete Blindniete Schließringbolzen Stanzniet Schraubverbindungen Festigkeitseigenschaften mechanisch gefügter Verbindungen Sonderverfahren der Fügetechnik Rührreibschweißen (Friction Stir Welding / FSW) Reibschweißen Explosivschweißen Hartlöten Einführung in das Konstruieren mit Aluminium Gestaltungsgrundsätze Elastizitätsmodul und Leichtbau Schweißkonstruktionen Grundsätze zur Gestaltung von Schweißverbindungen Eigenspannungen in Schweißverbindungen Schwingfestigkeitsnachweis von Schweißverbindungen Nachbehandlung zur Schwingfestigkeitsverbesserung Sonderwerkstoffe Aluminiumpulvermetallurgie Herstellen von Legierungspulvern Kompaktieren von Pulvern zu Formteilen Sprühkompaktieren PM-Legierungen 724

8 Inhalt XV 21.2 Aluminiummatrix-Verbundwerkstoffe Grundlagen und Eigenschaften Anwendungsbeispiele Aluminiumschaumwerkstoffe Metallschaumherstellung Eigenschaftsspektrum metallischer Schäume Anwendungsaspekte Gewinnung, Recycling, Ökologie Primäraluminium Vorkommen, Bauxiterze Gewinnungsprozeß Sekundäraluminium Ressourcen und Verwendung Materialkreislauf ( Recycling") Versorgungslage in Deutschland Ökologische Betrachtungen Ökobilanzen (Life Cycle Assessment) Energiefragen der Aluminiumgewinnung 749 Anhang 753 Literatur 803 Sachverzeichnis 871