Inhaltsverzeichnis Aluminium Bedeutung und Gewinnung

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1 Inhaltsverzeichnis 1. Aluminium Bedeutung und Gewinnung Produktion und Verbrauch von Aluminium Gewinnung von Aluminium Primäraluminium Grundlagen Rohstoffe Gewinnung von Aluminiumoxid Erzeugung von Primäraluminium Reinstaluminium Sekundäraluminium Recycling1) Knetlegierungen Gusslegierungen Aluminium-Vorlegierungen Lieferformen Masseln Masseln aus unlegiertem Aluminium Masseln aus Aluminiumlegierungen Granalien, Grieß, Pulver Formate Flüssigaluminium Herstellung des Vormaterials für die Halbzeugfertigung Schmelzflüssiges Aluminium Schmelzen Gießen Temperaturmessungen Walz- und Pressbarren (Formate) Vertikalstranggießen Horizontalstranggießen Bearbeiten der Barren Bänder, Drähte Gießwalzen Gießen zwischen Stahlbändern Gießen zwischen umlaufenden Raupenkokillen Kontinuierliches Drag-Casting Gießen zwischen Rad oder Walze und Stahlband Halbzeugähnliche Spezialerzeugnisse Profile aus Rohren und Bändern Sondererzeugnisse für Wärmeaustauscher Wärmegedämmte Verbundprofile Literatur V

2 2. Eigenschaften von reinem Aluminium Physikalische Eigenschaften Dichte Wärmeausdehnungskoeffizient Spezifische Wärme Elastizitätseigenschaften Elektrische Leitfähigkeit Wärmeleitfähigkeit Verhalten im Magnetfeld Kernphysikalische Eigenschaften Reibungseigenschaften Optische Eigenschaften Mechanische Eigenschaften Literatur VI

3 3. Zustandsdiagramme der Aluminiumlegierungen Aluminiumlegierungen Bedeutung des Zustandsschaubildes Zustandsschaubilder des Aluminiums Binäre (Zweistoff-) Systeme Aluminium-Silicium Aluminium-Kupfer Aluminium-Magnesium Aluminium-Mangan Aluminium-Eisen Aluminium-Lithium Aluminium-Zink Aluminium-Titan Weitere binäre Systeme Ternäre (Dreistoff-) Systeme Aluminium-Eisen-Silicium Aluminium-Magnesium-Silicium Aluminium-Kupfer-Magnesium Aluminium-Kupfer-Silicium Aluminium-Zink-Magnesium Aluminium-Mangan-Eisen Aluminium-Magnesium-Lithium Aluminium-Kupfer-Lithium Aluminium-Titan-Vanadium Höhere Systeme Aluminium-Kupfer-Eisen-Magnesium Aluminium-Kupfer-Eisen-Mangan Aluminium-Kupfer-Eisen-Silicium Aluminium-Kupfer-Magnesium-Mangan Aluminium-Kupfer-Magnesium-Silicium Aluminium-Kupfer-Magnesium-Zink Aluminium-Kupfer-Mangan-Silicium Aluminium-Mangan-Eisen-Silicium Aluminium-Mangan-Eisen-Magnesium Aluminium-Magnesium-Eisen-Silicium Aluminium-Magnesium-Mangan-Silicium Aluminium-Magnesium-Mangan-Eisen-Silicium Aluminium-Lithium-Kupfer-Magnesium (Zirkon) Ungleichgewichtsschaubilder System Al-Si System Al-Mn AlFe Literatur VII

4 4. Aufbau der Aluminiumlegierungen Aufbau der naturharten Aluminium-Knetwerkstoffe AlFeSi und Reinaluminium (Reihe 1xxx) AlMn-Knetlegierungen (Reihe 3xxx) AlMg- und AlMgMn-Knetlegierungen (Reihe 5xxx) AlSi-Knetlegierungen (Reihe 4xxx) Aushärtbare Aluminiumknetlegierungen AlMgSi-Knetlegierungen (Reihe 6xxx) AlCuMg- und AlCuSiMn-Knetlegierungen (Reihe 2xxx) AlZnMg-Knetlegierungen (Reihe 7xxx) AlZnMgCu-Knetlegierungen (Reihe 7xxx) Aluminium-Knetlegierungen mit Pb (z.b. Reihen 2xxx, 6xxx) Sonstige Aluminium-Knetlegierungen (Reihe 8xxx) Aufbau der Aluminium-Gusswerkstoffe AlSi-Gusslegierungen (Reihe 44xxx) AlSiMg-Gusslegierungen (Reihen 42xxx und 43xxx) AlSiCu-Gusslegierungen (Reihen 45xxx und 46xxx) AlMg-Gusslegierungen AlCuTi-Gusslegierungen AlZnMg-Gusslegierungen (Reihe 71xxx) Weitere Aluminium-Gusslegierungen Literatur VIII

5 5. Eigenschaften von Aluminium-Legierungen Mechanische Eigenschaften Härte Festigkeit im Zugversuch Druck-, Biege-, Scher- und Torsionsfestigkeit Festigkeitseigenschaften bei höheren Temperaturen Übersicht Anlassbeständigkeit Warmfestigkeitseigenschaften im Kurzzeitversuch Zeitstandverhalten, Kriechen Festigkeitseigenschaften bei tiefen Temperaturen Dauerfestigkeit Grundbegriffe Einfluss des Werkstoffzustandes Einfluss der Beanspruchung Einfluss von Spannungsspitzen (Kerbwirkung) Einfluss von Oberflächenzustand und Umgebung Einfluss des Schweißens Einfluss der Temperatur Festigkeit bei schlagartiger Beanspruchung Bruchverhalten Bruchmechanik Bruchmechanische Kennwerte Andere Kenngrößen Technologische Eigenschaften Abriebfestigkeit Blechumformbarkeit Umformbarkeit bei Strangpress- und Ziehprodukten Spanbarkeit Physikalische Eigenschaften Überblick Dichte Wärmeausdehnungskoeffizient Spezifische Wärme Elastizitätseigenschaften Dämpfungseigenschaften Elektrische Leitfähigkeit Wärmeleitfähigkeit Verhalten im Magnetfeld Kernphysikalische Eigenschaften Reibungseigenschaften Optische Eigenschaften Literatur IX

6 6. Beeinflussung der Eigenschaften durch thermische und mechanische Behandlung Grundlagen Verfestigung Entfestigung Erholung Rekristallisation Einfluss des Umformgrades Einfluss von Begleitelementen Einfluss des Gießverfahrens Einfluss der thermisch-mechanischen Vorgeschichte Weichglühen, Stabilisieren Entspannungsglühen Hochglühen, Homogenisieren Aushärten Lösungsglühen Abschrecken Auslagern Kaltauslagern Warmauslagern Überalterung Rückbildung Einfluss des Umformens auf das Aushärtungsverhalten Kaltumformen und Kaltaushärten Kaltumformen und Warmaushärten Aushärtungsverhalten verschiedener Knetwerkstoffe AlCuMg, AlCuSiMn [2xxx] AlMgSi [6xxx] AlZnMg [7xxx] AlZnMgCu Aushärtungsverhalten verschiedener Gusslegierungen Überlagerung von Entfestigungs- und Ausscheidungsprozessen Reinaluminium [1xxx] Aluminiumlegierungen Superplastizität Literatur X

7 7. Werkstoffentwicklungen Pulvermetallurgisch hergestellte Aluminiumwerkstoffe Verfahrenstechnik Al-Sinterwerkstoffe Dispersionshärtende PM-Al-Werkstoffe Eigenschaften ausgewählter Aluminiumsinterwerkstoffe Eigenschaften dispersionshärtender Al-PM-Werkstoffe Aluminium-Verbundwerkstoffe, MMC Künstliche faser- und teilchenverstärkte Aluminiumverbundwerkstoffe Verstärkungskomponenten für MMC auf Aluminiumbasis Herstellung von MMC s Eigenschaften und Anwendungsbeispiele von MMC »Natürliche«Faserverbundwerkstoffe (Eutektika) Werkstoffverbunde Verbundhalbzeug aus Aluminium mit Metallen Aluminium - Aluminium Stahl - Aluminium Aluminium-Stahl Aluminium-Kupfer Kupferplattierte Aluminiumdrähte und -stangen Stahlplattierte Aluminium-Strangpressprofile Sonstiges metallplattiertes Aluminiumhalbzeug Verbundelemente aus Aluminium und anderen Metallen Verbundhalbzeug aus Aluminium und Nichtmetallen Aluminium-Holz, -Papier, -Karton Aluminium-Kunststoff/Textilien Körperschallgedämpfte Aluminiumbänder Sandwich-Bauelemente Sandwich-Bauelemente für geringere Beanspruchung Sandwich-Bauelemente für hohe Beanspruchung Aluminium-Lithium-Legierungen Aluminiumschäume Schaumherstellung Verarbeitung von Metallschäumen Eigenschaften Anwendung von Aluminiumschäumen Aluminide Literatur XI

8 8. Chemisches Verhalten von Aluminium Aluminiumoberfläche Bildung von Oxid- und Deckschichten unter Umgebungseinfluss Natürliche Oxidschichten an Luft Oxidische Deckschichten unter Witterungseinfluß Deckschichten durch Leitungs- oder Naturwässer Verstärkung der natürlichen Oxidschicht Korrosion Grundlagen Einflüsse auf die Korrosion Legierungselemente, Beimengungen Thermische oder mechanische Behandlungen Oberflächenbeschaffenheit Begriffe, Korrosionsarten Begriffe Korrosion ohne mechanische Beanspruchung Korrosion unter mechanischer Beanspruchung1) Korrosionsschutz Deckschicht Oberflächenschutz Inhibitoren Chemisches Verhalten gegenüber anderen Stoffen Stoffe und Verhalten Prüfen der chemischen Beständigkeit Prüfmethodik Prüfverfahren Gesundheitliche Unbedenklichkeit Literatur XII

9 9. Werkstoffbezeichnungen nach Legierungszusammensetzungen und mechanischen Kennwerten Werkstoffbezeichnungen Begriff»Aluminium« Bezeichnung nach Herkunft oder Reinheit Bezeichnungen nach Verarbeitung oder Lieferform Knetwerkstoffe Gusswerkstoffe Vorlegierungen Blockmetalle Legierungsbezeichnungen nach chemischer Zusammensetzung bzw. Nummernkombinationen Bezeichnung nach chemischer Zusammensetzung Bezeichnungen nach Nummernkombinationen Knetlegierungen EN AW Gusslegierungen EN AC Bezeichnung der Werkstoffzustände Aluminiumknetlegierungen Gusslegierungen Bezeichnung nach der Aushärtbarkeit Bezeichnung nach der Anwendung Werkstoffauswahl für Sondereinsatzzwecke Genormte mechanische Werkstoffkennwerte Normenübersicht Aluminium-Knethalbzeug Aluminiumguss Literatur XIII

10 10. Werkstoffprüfung und Gütesicherung Prüfen der chemischen Zusammensetzung Allgemeines Probenahme und Probenvorbereitung Automatische Schnellanalyse Referenzanalysen Betriebsmittelüberwachung Spezielle Methoden für Nichtmetalle Qualität und Wirtschaftlichkeit Untersuchung des Gefüges Makroskopische Untersuchungen Lichtmikroskopische Untersuchungen an Mikroschliffen Probenvorbereitung Schliffpräparation Gefügeentwicklung durch Ätzen Untersuchungsverfahren der Gefügestrukturanalyse Elektronenmikroskopische Untersuchungen Mikrosonde Prüfen von Hüttenerzeugnissen, Halbzeug und Gussstücken Prüfumfang, Probenahme Prüfziele, Verfahren Oberflächenprüfung Zerstörungsfreies Prüfen auf innere Fehler Zerstörendes Prüfen auf innere Fehler Prüfung des Werkstoffzustandes über Leitfähigkeitsmessungen Prüfung der mechanischen Eigenschaften bei Raumtemperatur (RT) Zugfestigkeit, 0,2%-Dehngrenze, Bruchdehnung Härteprüfung Druckfestigkeit, 0,2%-Stauchgrenze, Bruchstauchung Prüfen sonstiger mechanischer Eigenschaften bei Raumtemperatur Prüfen der Dauerfestigkeit Prüfung von Schweißverbindungen und Schweißnähten Gütesicherung Gütesicherung für Halbzeuge und Gussstücke Gütesicherung bei der Weiterverarbeitung Literatur XIV

11 Anhang Zusammensetzung und Gegenüberstellung vergleichbarer Aluminiumwerkstoffe Tafel A.1 Zusammensetzung von unlegiertem Aluminium Tafel A.2 Zusammensetzung von Aluminiumlegierungen: Knetlegierungen Tafel A.3 Zusammensetzung von Aluminiumlegierungen: Gusslegierungen nach DIN EN Tafel A.4 Zusammensetzung von Aluminiumlegierungen: Vorlegierungen Tafel A.5 Zusammensetzung von Schweißzusatzwerkstoffen für Aluminium Tafel A.6 Aluminium-Hartlote Tafel A.7 Weichlote für Aluminiumlegierungen Tafel A.8 Legiertes Aluminium in Masseln nach DIN EN Tafel A.9 Beispiele für nichtgenormte Aluminium-Gusslegierungen nach VDS-Liste Tafel A.10 Werkstoffe nach Werkstoffleistungsblättern der Deutschen Luftfahrt verglichen mit DIN-, DIN EN- und AA-Bezeichnungen Tafel A.11 Gegenüberstellung der Werkstoffnummern und Kurzzeichen für Aluminium nach DIN, EN und den Werkstoffleistungsblättern der Deutschen Luftfahrt Tafel A.12 Zusammensetzungen von Aluminium-Knetwerkstoffen nach dem Internationalen Legierungsregister Tafel A.13 Zusammensetzung von Gusswerkstoffen nach der AA-Liste Gusslegierungen Tafel A.14 Gegenüberstellung von Bezeichnungen für Aluminium und Aluminium-Knetlegierungen etwa gleicher Zusammensetzung und Eigenschaften Tafel A.15 Gegenüberstellung von Bezeichnungen nach Normen und normenähnlichen Vorschriften für Aluminiumgusslegierungen etwa gleicher Zusammensetzung und Eigenschaften Tafel A.16 Schweißzusatzwerkstoffe und Hartlote Tafel A.17 Bezeichnungen für Al-Werkstoffe nach UNI-Convenzionale, UNI-Nummer und der vergleichbaren Bezeichnung nach dem Internationalen Legierungsregister bzw. AA.Registration Record Gusslegierungen Tafel A.18 Gegenüberstellung von Bezeichnungen für den Werkstoffzustand bei Aluminiumknetlegierungen Tafel A.19 Gegenüberstellung von Bezeichnungen für den Werkstoffzustand bei Al-Gusslegierungen Tafel A.20 Aluminiumlegierungen für den Automobilbau, Beispiele Tafel A.21 Aluminium-Sinterwerkstoffe, Pulvermischungen für Massivteile XV

12 Tafel A.22 Aluminium-Sinterwerkstoffe Tafel A.23 Kennfarben für Aluminium und Aluminiumlegierungen Tafel A.24 Bezeichnungen nach dem Internationalen Einheitensystem Tafel A.25 Umrechnungen Tafel A.26 Englische und amerikanische Blech- und Drahtlehren Tafel A.27 Prüfsiebreihen für Drahtgewebe und Lochbleche nach verschiedenen Standards Tafel A.28 Physikalische und chemische Zahlenwerte von Elementen und Oxiden Tafel A.29 Periodensystem der Elemente mit den auf 12 C = bezogenen relativen Atommassen (1997) Tafel A.30 Nützliche Kontakt-Adressen Stichwortverzeichnis XVI