Aluminium-Verlag ^JA r\ D G yj* r\ r^ r*\ ^-A 15. Auflage Dr. Catrin Kammer Herausgeber: Aluminium-Zentrale Düsseldorf Band 1: Grundlagen und Werkstoffe
Inhaltsverzeichnis 1. Aluminium - Bedeutung und Gewinnung 1 1.1. Produktion und Verbrauch von Aluminium 1 1.2. Gewinnung von Aluminium 11 1.2.1. Primäraluminium 11 1.2.1.1. Grundlagen 11 1.2.1.2. Rohstoffe 13 1.2.1.3. Gewinnung von Aluminiumoxid 14 1.2.1.4. Erzeugung von Primäraluminium 18 1.2.2. Reinstaluminium 25 1.2.3. Sekundäraluminium/Recycling 27 1.2.3.1. Knetlegierungen 29 1.2.3.2. Gußlegierungen 30 1.2.4. Aluminium-Vorlegierungen 30 1.3. Lieferformen 31 1.3.1. Masseln 31 1.3.1.1. Masseln aus unlegiertem Aluminium 31 1.3.1.2. Masseln aus Aluminiumlegierungen 32 1.3.2. Granalien, Grieß, Pulver 32 1.3.3. Formate 32 1.3.4. Flüssigaluminium 33 1.4. Herstellung des Vormaterials für die Halbzeugfertigung 34 1.4.1. Schmelzflüssiges Aluminium 34 1.4.1.1. Schmelzen 34 1.4.1.2. Gießen 34 1.4.1.3. Temperaturmessungen 34 1.4.2. Walz- und Preßbarren (Formate) 35 1.4.2.1. Vertikalstranggießen 35 1.4.2.2. Horizontalstranggießen 37 1.4.2.3. Bearbeitung der Barren 38 1.4.3. Bänder, Drähte 39 1.4.3.1. Gießwalzen 41 1.4.3.2. Gießen zwischen Stahlbändern 42 1.4.3.3. Gießen zwischen umlaufenden Raupenkokillen 42 1.4.3.4. Gießen zwischen Rad oder Walze oder Stahlband 44 Literatur zu Kapitel 1 46 V
Eigenschaften von reinem Aluminium 51 1. Physikalische Eigenschaften 52 1.1 Dichte 54 1.2 Wärmeausdehnungskoeffizient 55 1.3 Spezifische Wärme 55 1.4 Elastizitätseigenschaften 56 1.5 Elektrische Leitfähigkeit 56 1.6 Wärmeleitfähigkeit 59 1.7 Verhalten im Magnetfeld 60 1.8 Kernphysikalische Eigenschaften 60 1.9 Reibungseigenschaften 60 1.10 Optische Eigenschaften 61 2. Mechanische Eigenschaften 66 Literatur zu Kapitel 2 68
Zustandsdiagramme der Aluminium-Legierungen 1 Aluminiumlegierungen 71 2 Bedeutung des Zustandsschaubildes 71 3 Zustandsschaubilder des Aluminiums 75 3.1 Binäre (Zweistoff-) Systeme 76 3.1.1. Aluminium-Silicium 76 3.1.2 Aluminium-Kupfer 77 3.1.3 Aluminium-Magnesium 79 3.1.4 Aluminium-Mangan 80 3.1.5 Aluminium-Eisen 81 3.1.6 Aluminium-Lithium 82 3.1.7 Aluminium-Zink 82 3.1.8 Aluminium-Titan 83 3.1.8 Weitere binäre Systeme 83 3.2 Ternäre (Dreistoff-) Systeme 85 3.2.1 Aluminium-Eisen-Silicium 85 3.2.2 Aluminium-Magnesium-Silicium 88 3.2.3. Aluminium-Kupfer-Magnesium 89 3.2.4 Aluminium-Kupfer-Silicium 90 3.2.5 Aluminium-Zink-Magnesium 91 3.2.6 Aluminium-Mangan-Eisen 92 3.2.7 Aluminium-Magnesium-Lithium 94 3.2.8. Aluminium-Kupfer-Lithium 94 3.3 Höhere Systeme 94 4. Ungleichgewichtsschaubilder 98 Literatur zu Kapitel 3 100
Aufbau der Aluminiumlegierungen 103 Aufbau der naturharten Aluminium-Knetwerkstoffe 103 1. AlFeSi und Reinaluminium 104 2 AIMn-Knetlegierungen 104 3 AlMg- und AlMgMn-Knetlegierungen 105 Aushärtbare Aluminiumlegierungen 108 1. AlMgSi-Knetlegierungen 108 2 AICuMg- und AICuSiMn-Knetlegierungen 110 3 AlZnMg-Knetlegierungen 112 4 AlZnMgCu-Knetlegierungen 113 5 Aluminium-Knetlegierungen mit Pb 114 Sonstige Aluminium-Knetlegierungen 114 Aufbau der Aluminium-Gußwerkstoffe 114 1. AISi-Gußlegierungen 115 2. AISiMg-Gußlegierungen 115 3. AISiCu-Gußlegierungen 117 4. AlMg-Gußlegierungen 118 5. AICuTi-Gußlegierungen 120 6. AlZnMg-Gußlegierungen 121 7. Weitere Aluminium-Gußlegierungen 122 Literatur zu Kapitel 4 123
5. Eigenschaften von Aluminiumlegierungen 129 5.1. Mechanische Eigenschaften 130 5.1.1. Härte 131 5.1.2. Festigkeit im Zugversuch 131 5.1.3. Druck-, Biege-, Scher- und Torsionsversuch 133 5.1.4. Festigkeitseigenschaften bei höheren Temperaturen 135 5.1.4.1. Übersicht 135 5.1.4.2. Anlaßbeständigkeit 136 5.1.4.3. Warmfestigkeitseigenschaften im Kurzzeitversuch 138 5.1.4.4. Zeitstandverhalten 143 5.1.5. Festigkeitseigenschaften bei tieferen Temperaturen 146 5.1.6. Dauerfestigkeit 151 5.1.6.1. Grundbegriffe 151 5.1.6.2. Einfluß des Werkstoffzustandes 153 5.1.6.3. Einfluß der Beanspruchung 158 5.1.6.4. Einfluß von Spannungsspitzen (Kerbwirkung) 162 5.1.6.5. Einfluß von Oberflächenzustand und Umgebung 163 5.1.6.6. Einfluß des Schweißens 164 5.1.6.7. Einfluß der Temperatur 164 5.1.7. Festigkeit bei schlagartiger Beanspruchung 168 5.2. Bruchverhalten 169 5.2.1. Bruchmechanik 169 5.2.2. Bruchmechanische Kennwerte 170 5.2.3. Andere Kenngrößen 174 5.3. Technologische Eigenschaften 174 5.3.1. Abriebfestigkeit 174 5.3.2. Blechumformbarkeit 174 5.3.3. Umformbarkeit bei Strangpreß- und Ziehprodukten 178 5.3.4. Spanbarkeit 178 5.4. Physikalische Eigenschaften 180 5.4.1. überblick 180 5.4.2. Dichte 182 5.4.3. Wärmeausdehnungskoeffizient 182 5.4.4. Spezifische Wärme 183 5.4.5. Elastizitätseigenschaften 184 5.4.6. Dämpfungseigenschaften 185 5.4.7. Elektrische Leitfähigkeit 186 5.4.8. Wärmeleitfähigkeit 192 5.4.9. Verhalten im Magnetfeld 192 5.4.10. Kernphysikalische Eigenschaften 192 5.4.11. Reibungseigenschaften 194 5.4.12. Optische Eigenschaften 196 Literatur zu Kapitel 5 197 IX
6. Beeinflussung der Eigenschaften durch thermische und mechanische Behandlung 209 6.1. Grundlagen 209 6.2. Verfestigung 216 6.3. Entfestigung 219 6.3.1. Erholung 220 6.3.2. Rekristallisation 222 6.3.2.1 Einfluß des Umformgrades 222 6.3.2.2 Einfluß von Begleitelementen 224 6.3.2.3 Einfluß des Gießverfahrens 226 6.3.2.4 Einfluß der thermisch-mechanischen Vorgeschichte 226 6.4. Weichglühen, Stabilisieren 227 6.5. Entspannungsglühen 227 6.6. Hochglühen, Homogenisieren 228 6.7. Aushärten 229 6.7.1. Lösungsglühen 229 6.7.2. Abschrecken 233 6.7.3. Auslagern 233 6.7.3.1 Kaltauslagern 233 6.7.3.2 Warmauslagern 235 6.7.3.3 Überalterung 235 6.7.4. Rückbildung 235 6.8. Einfluß einer Umformung auf das Aushärtungsverhalten 236 6.8.1. Kaltumformen und Kaltaushärten 237 6.8.2. Kaltumformen und Warmaushärten 240 6.9. Aushärtungsverhalten verschiedener Knetwerkstoffe 240 6.9.1. AICuMg, AICuSiMn 242 6.9.2. AlMgSi 244 6.9.3. AlZnMg 246 6.9.4. AlZnMgCu 249 6.10. Aushärtungsverhalten verschiedener Gußlegierungen 249 6.11. Überlagerung von Entfestigungs- und Ausscheidungsprozessen 252 6.11.1 Reinaluminium 255 6.11.2 Aluminiumlegierungen 257 Literatur zu Kapitel 6 262 X
Neue Werkstoffentwicklungen 273 1. Aluminium - Verbundwerkstoffe 273 1.1. Künstliche faser- und teilchenverstärkte Aluminiumverbundwerkstoffe.275 1.1.1. Verstärkungskomponenten für MMC auf Aluminiumbasis 278 1.1.2 Herstellung von MMC's 282 1.1.3 Eigenschaften und Anwendungsbeispiele von MMC's 287 1.2. Natürliche" Faserverbundwerkstoffe - Eutektika 293 2. Pulvermetallurgisch hergestellte dispersionshärtende Aluminiumwerkstoffe 296 2.1. Verfahrenstechnik 297 2.2. Eigenschaften ausgewählter PM-Legierungen 299 3. Aluminium - Lithium - Legierungen 303 4. Schaumaluminium 308 Literatur zu Kapitel 7 312
Chemisches Verhalten von Aluminium 323 1. Aluminiumoberfläche 324 1.1. Bildung von Oxid- und Deckschichten unter Umgebungseinfluß 325 1.1.1. Natürliche Oxidschichten an Luft 325 1.1.2. Oxidische Deckschichten unter Witterungseinfluß 326 1.1.3. Deckschichten durch Leitungs- oder Naturwasser 327 1.2. Verstärkung der natürlichen Oxidschicht 327 2. Korrosion 328 2.1. Grundlagen 329 2.2. Einflüsse auf die Korrosion 330 2.2.1. Legierungselemente, Beimengungen 330 2.2.2. Thermische oder mechanische Behandlungen 331 2.2.3. Oberflächenbeschaffenheit 332 2.3. Korrosionsarten 332 2.3.1. Begriffe 332 2.3.2. Korrosion ohne mechanische Beanspruchung 333 2.3.2. Korrosion unter mechanischer Beanspruchung 345 2.4. Korrosionsschutz 354 2.4.1. Deckschicht 354 2.4.2. Oberflächenschutz 354 2.4.3. Inhibitoren 354 3. Chemisches Verhalten gegenüber anderen Stoffen 355 3.1. Stoffe und Verhalten 355 3.2. Prüfen der chemischen Beständigkeit 382 3.2.1. Prüfmethodik 382 3.2.2. Prüfverfahren 384 3.3. Gesundheitliche Unbedenklichkeit 385 Literatur zu Kapitel 8 388
Werkstoffbezeichnungen und mechanische Werkstoff kenn werte..399 1. Werkstorfbezeichnungen 400 1.1. Begriff Aluminium" 400 1.2. Bezeichnung nach Herkunft oder Reinheit 400 1.3. Bezeichnung nach Verarbeitung und Lieferform 401 1.4. Bezeichnung nach der chemischen Zusammensetzung und damit verwendete Zustandsbezeichnungen 402 1.4.1. Zusammensetzung 402 1.4.2 Werkstoffzustand 403 1.5. Numerisches Bezeichnungssystem mit Werkstoffnummern 405 1.5.1. Bezeichnung nach DIN 17007 T.4 405 1.5.2. Bezeichnung nach DIN EN 408 1.6. Bezeichnung nach der Aushärtbarkeit 424 1.7. Bezeichnung nach der Anwendung 424 1.8. Werkstoffauswahl für Sonderzwecke 425 2. Genormte mechanische Werkstoffkennwerte 425 2.1. Normenübersicht 425 2.2. Aluminium-Knethalbzeug 437 2.3. Aluminiumguß 460 Literatur zu Kapitel 9 478
Werkstoffprüfung und Gütesicherung 479 1. Prüfen der chemischen Zusammensetzung 479 1.1. Allgemeines 479 1.2 Probenahme und Probenvorbereitung 480 1.3 Automatische Schnellanalyse 481 1.4 Referenzanalysen 481 2. Untersuchung des Gefüges 484 2.1. Makroskopische Untersuchungen 485 2.2. Lichtmikroskopische Untersuchungen an Mikroschliffen 487 2.3. Elektronenmikroskopische Untersuchungen 492 2.4 Mikrosonde 494 3. Prüfung von Hüttenerzeugnissen, Halbzeug, Gußstücken 494 3.1. Prüfumfang, Probenahme 507 3.2. Prüfziele, Verfahren 507 3.2.1. Oberflächenprüfung 508 3.2.2. Zerstörungsfreies Prüfen auf innere Fehler 509 3.2.3. Zerstörendes Prüfen auf innere Fehler 511 3.2.4. Prüfen des Werkstoffzustandes über Leitfähigkeitsmessungen 511 3.3. Prüfung der mechanischen Eigenschaften bei RT 511 3.3.1. Zugfestigkeit, 0.2%-Dehngrenze, Bruchdehnung 511 3.3.2. Härteprüfung 512 3.3.3. Druckfestigkeit, 0.2%-Stauchgrenze, Bruchstauchung 513 3.3.4. Prüfung sonstiger mechanischer Eigenschaften bei RT 514 3.4. Prüfung der Dauerfestigkeit 515 4. Prüfen von Schweißverbindungen und Schweißnähten 516 5. Gütesicherung 519 5.1. Gütesicherung für Halbzeug und Gußstücke 520 5.2. Gütesicherung bei der Weiterverarbeitung 522 Literatur zu Kapitel 10 523
Anhang A Anhang: Zusammensetzungen und Gegenüberstellung vergleichbarer Aluminiumwerkstoffe 535 Anhang 1 Werkstoffe nach DIN 537 Anhang 2 Nichtgenormte deutsche Gußwerkstoffe 548 Anhang 3 Werkstoffe nach Werkstoffleistungsblättern 549 Anhang 4 Werkstoffe nach dem Internationalen Legierungsregister und der AA-Liste Gußlegierungen 554 Anhang 5 Gegenüberstellung internationaler Werkstoffbezeichnungen 584 Anhang 6 Gegenüberstellung von Zustandsbezeichnungen 592 Anhang 7 Werkstoffe für den Automobilbau 596 Anhang 8 Lager- und Sinterwerkstoffe 598 Anhang 9 Gegenüberstellung deutscher Firmen- und Markenbezeichnungen....603 Stichwortverzeichnis 607 XV