Aluminiumlegierung AlMg1 hohe Korrosionsbeständigkeit

Das Leichtmetall Aluminium ist ein recht junger Werkstoff. 1825 wurde es durch den dänischen Physiker Hans Christian Oersted erstmals in unreiner Form isoliert. Die Herstellung von Reinaluminium gelang zwei Jahre später dem deutschen Chemiker Friedrich Wöhler. Schnell stellte sich heraus, dass dieses Metall zwar wunderbar leicht, mit spanenden Werkzeugen jedoch nicht sauber zu bearbeiten ist. Erst durch das Legieren mit anderen Elementen erhält es Eigenschaften, die eine technische Verwendung möglich machen. Eine dieser Legierungen ist AlMg1, eine Aluminium-Magnesium-Legierung, die sich durch mittlere Festigkeit, gute Schweißbarkeit und hohe Korrosionsbeständigkeit auszeichnet.

Was sind Legierungen und seit wann werden sie genutzt?

Legierungen sind Stoffgemische aus mindestens zwei chemischen Elementen, wobei wenigstens eines ein Metall sein muss. Das Verb „legieren“ entstammt dem lateinischen „ligare“ und bedeutet so viel wie verbinden, zusammenbinden oder vereinigen. Bildet das Legierungselement mit dem Grundelement eine feste Lösung, handelt es sich um eine einphasige Legierung, deren Eigenschaften insbesondere von ihrer chemischen Zusammensetzung bestimmt werden. Bilden sich mehrere Phasen (mehrphasige Legierung), werden die jeweiligen Spezifika im Wesentlichen durch die Phasenverteilung (Gefüge) beeinflusst.
Eine der ersten von Menschen geschaffene Legierung war die aus Kupfer und Zinn bestehende Bronze, nach der eine ganze Kulturepoche (Bronzezeit) benannt wurde. In der Antike wurde Zink mit Kupfer zu Messing legiert. Auch Eisen-Legierungen waren bereits in der Zeit der Griechen und Römer zu finden. Allerdings wurden diese damals ausschließlich aus Meteoriten gewonnen und hatten daher großen Seltenheitswert. Erst um 300 bis 2000 v. Chr. kam verhüttetes Eisen hinzu, das wertvoller als Gold war und zunächst überwiegend für religiöse Zwecke verwendet wurde. Der erste einfache härtbare Stahl wurde wahrscheinlich um die Mitte des ersten Jahrtausends v. Chr. hergestellt. Aufgrund seiner größeren Härte und Festigkeit verdrängte das Eisen allmählich die Bronze. Damit wurde auch die Bronzezeit von der Eisenzeit abgelöst.
Aluminiumlegierungen kamen erst viel später hinzu. Der österreichische Erfinder Ludwig Mach, ältester Sohn des Physikers Ernst Mach, entwickelte 1894 eine Legierung aus Reinaluminium und Magnesium, die er Magnalium nannte. Im Rahmen seiner Experimente entdeckte er, dass sich die Legierungen, abhängig vom jeweiligen Magnesium-Anteil, unterschiedlich verhielten. Bei 10 % Magnesium wiesen die Stoffgemische dieselben mechanischen Eigenschaften auf wie gewalztes Zink. Mit 15 % Magnesium entsprachen sie einem guten Messingguss. Fügte er 20 % Magnesium hinzu, erhielt er eine Legierung, die weichem Rotguss oder hartgezogenem Messingdraht ähnelte, und bei 25 % eine, die gewöhnlichem Rotguss gleichkam.
Das Verfahren zur Herstellung der ersten hochfesten Aluminiumlegierung, dem Duraluminium, meldete der deutsche Chemiker, Metallurge und Hütteningenieur Alfred Wilm im Jahr 1909 zum Patent an. Diese Erfindung ebnete dem Leichtmetall den Weg als Konstruktionswerkstoff und damit auch den Zugang zu zahlreiche neue Anwendungsgebieten.

Welche Bestandteile haben Aluminium-Legierungen?

Als Basismaterial für Aluminium-Legierungen dient in der Regel 99,5%iges Reinaluminium. Dessen Eigenschaften lassen sich bereits durch geringe Zusätze von Legierungselementen in hohem Maße beeinflussen. Die Hauptlegierungselemente Kupfer, Magnesium, Mangan, Silicium und Zink erhöhen beispielsweise durch die sogenannte Mischkristallverfestigung die Festigkeit des Werkstoffes. Für hohe Festigkeiten kommen insbesondere Kupfer oder Zink (zusammen mit Magnesium) zur Anwendung. Mittlere Festigkeiten werden durch Zugabe von Magnesium, Mangan oder Silicium erreicht, wobei Letzteres auch die Gießbarkeit verbessert.
Darüber hinaus gibt es Sonderlegierungselemente wie Titan, Chrom, Zirkonium und Vanadium, die zur Kornfeinung genutzt werden. Bereits ein Minimum dieser Elemente kann dafür sorgen, dass die Schmelze beim Gießen an vielen Stellen zugleich erstarrt, wodurch sich ein feineres Gefüge und damit auch eine höhere Festigkeit ergib.
Blei, Wismut und Schwefel dienen dazu, das Brechen der Späne beim Bohren, Fräsen und Drehen zu verbessern, während Scandium und Lithium die Dichte verringern und daher vor allem im Bereich der Luft- und Raumfahrt zur Anwendung kommen.
Eher unerwünscht ist das in vielen Legierungen enthaltene Eisen, das aus dem Elektrolyseprozess bei der Aluminiumherstellung stammt. Dieses kann sich schon bei geringen Anteilen negativ auf die Festigkeit des Werkstoffs auswirken. Eisen lässt sich jedoch auch einsetzen, um Silizium zu binden und damit die elektrische Leitfähigkeit zu verbessern und die Klebneigung zum Druckgießen vorgesehenen Legierungen zu senken.

Woraus setzt sich die AlMg1-Legierung zusammen?

Aluminium-Magnesium-Legierungen gehören zu den wichtigsten Konstruktionswerkstoffen im Bereich der Aluminiumlegierungen. Sie eignen sich gut für die Kaltumformung, also für das Walzen, Biegen und Schmieden, und werden zum Großteil zu Blechen, aber auch zu Rohren, Drähten, Stangen sowie zu Freiform- und Gesenkschmiedeteilen verarbeitet.
Neben Aluminium und Magnesium enthält die AlMg1-Legierung diese Bestandteile:

• 0,30 % Silicium
• 0,45 % Eisen
• 0,05 % Kupfer
• 0,15 % Mangan
• 0,10 % Chrom
• 0,05 % Nickel
• 0,20 % Zinn
• 0,05 % Titan

Die exakte Bezeichnung der AlMg1-Legierung nach EN 573-3/4 lautet EN AW-5005A, die Werkstoffnummer nach DIN 1725 3.3315.

Welche Vor- und Nachteile hat die AlMg1-Legierung?

In reinem Zustand ist Aluminium ein verhältnismäßig weiches, zähes Material. Die Zugfestigkeit von Reinstaluminium beträgt 45 N/mm², die Streckgrenze 17 N/mm² und die Bruchdehnung 60 %. Bei handelsüblichem Reinaluminium liegt die Zugfestigkeit bei 90 N/mm², während die Streckgrenze 34 N/mm² und die Bruchdehnung 45 % betragen. Durch das Legieren mit Magnesium lassen sich diese Werte signifikant verbessern. AlMg1 bietet für Dicken bis zu 10 mm folgende Eigenschaften:

• Zugfestigkeit: 145 bis 185 N/mm²
• Streckgrenze: 80 bis 120 N/mm²
• Bruchdehnung: 12 bis 27 %

Mit einem Magnesiumanteil von 0,70 bis 1,10 % ist die AlMg1-Legierung ebenso korrosionsbeständig wie Reinaluminium. Wegen ihrer „schmierenden“ Eigenschaften ist sie wie AlMg3 nur mäßig zerspanbar, lässt sich jedoch sehr gut zu Feinschneidteilen verarbeiten.

Wofür lassen sich AlMg1-Legierungen verwenden?

Die AlMg1-Legierung wird vorwiegend zu Alublech verarbeitet, das sich für Dachdeckungen und Fassadenverkleidungen nutzen lässt. Stangengepresst oder gezogen ist es aber auch für Fenster, Türen und Beschläge verwendbar. Vielfältige Anwendungsmöglichkeiten finden sich in folgenden Branchen:

• Metallbau
• Fahrzeugbau
• Behälter- und Apparatebau
• Dosenherstellung

AlMg1 gehört zu den sogenannten Knetlegierungen, speziell zu den naturharten (nicht aushärtbaren) Legierungen. Deren Spezifika lassen sich durch Wärmebehandlungen wie Weichglühen (Rekristallisation) oder Rückglühen noch weiter beeinflussen. Dies findet beispielsweise Anwendung, wenn das Formänderungsvermögen beim Umformen nicht ausreicht, um die gewünschte Endform zu erreichen.
Die nötige Temperatur und Glühzeit für das Weichglühen hängt stark von der Legierungszusammensetzung und der vorausgegangenen Kaltumformung ab. Bei bestimmten Vorbedingungen führt die Rekristallisation unter Umständen zu einem ungünstigeren, groberen Gefüge, wodurch sich vor allem bei Halbzeugen und Bauteilen, welche während des Verarbeitungsprozesses örtlich unterschiedliche Verformungen erlitten haben, mitunter unerwünschte mechanische und optische Eigenschaften ergeben.
Hohe Temperaturen können sich zum Teil auch als Nachteil erweisen, etwa wenn der Wärmeeinfluss beim Löten oder Schweißen zum Verziehen des Materials oder zum Festigkeitsabfall führt. Da sich Letzterer nur durch erneutes Kaltumformen ausgleichen lässt, ist eine nachträgliche Festigkeitssteigerung im Wärmeeinflussbereich von Schweißnähten nicht möglich.

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