1 / 48

Aluminium

7. Aluminiumlegierungen 7.1 Aluminium (Al) Ordnungszahl 13 Relative Atommasse 26,982 u Schmelzpunkt 660 °C Schmelzwärme 403 J/g Elektrische Leitfähigkeit 37,8 m/  mm² Wärmeleitfähigkeit 238 W/m K Spezifische Wärme 0,917 J/g K Ausdehnungskoeffizient 23,8  10 -6 1/K

caelan
Download Presentation

Aluminium

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. 7. Aluminiumlegierungen • 7.1 Aluminium (Al) • Ordnungszahl 13 • Relative Atommasse 26,982 u • Schmelzpunkt 660 °C • Schmelzwärme 403 J/g • Elektrische Leitfähigkeit 37,8 m/ mm² • Wärmeleitfähigkeit 238 W/m K • Spezifische Wärme 0,917 J/g K • Ausdehnungskoeffizient 23,8  10-6 1/K • Dichte 2,70 g/cm³ • Kristallstruktur kfz • Gitterkonstante 4,04  10-10 m (RT) • Elastizitätsmodul 72.000 N/mm² • Querkontraktionszahl 0,34 VL7 Aluminium

  2. Al-Knetlegierungen • zur Herstellung von Halbzeugen • Prozeßkette: Formate gießen  Hochglühen  Warmumformen  Halbzeug ( Wärmebehandlung  Zerspanen  etc.) • wichtige Eigenschaft: plastische Verformbarkeit • geringe Gehalte an Legierungselementen • überwiegender Gefügebestandteil: Al-Mischkristall • Al-Gußlegierungen • zur Herstellung von Formgußteilen • Prozeßkette: Formen gießen ( Wärmebehandlung  etc.) • wichtige Eigenschaft: Gießbarkeit • höhere Gehalte an Legierungselementen, nahe der eutektischen Zusammensetzung • überwiegender Gefügebestandteil: Eutektikum VL7 Aluminium-Knetlegierungen / Gußlegierungen

  3. VL7 Aluminium-Knetlegierungenchemische Zusammensetzung

  4. VL7 Aluminium-Gußlegierungenchemische Zusammensetzung

  5. EN AW-XXXX EN = Europäische Norm, A = Aluminium, W = Knetlegierung (Wrought). 1. Ziffer = Legierungssystem 1XXX = Aluminium > 99% 2XXX = Al-Cu 3XXX = Al-Mn 4XXX = Al-Si 5XXX = Al-Mg 6XXX = Al-Mg-Si 7XXX = Al-Zn-Mg 8XXX = Al-Sonstige • EN AW-1XXX • 2. Ziffer = Anzahl absichtlich hinzuge- fügter Legierungselemente • 3.+4. Ziffer = Mindestanteil Al in 99,XX % • Bsp. EN AW-1098 = EN AW-Al 99,98 • EN AW-2XXX bis 8XXX • 2. Ziffer = Legierungsabwandlung 0 = Original, 1 = 1. Abwandlung, etc. • 3.+4. Ziffer = Zählnummern • Bsp. EN AW-2024 = EN AW-AlCu4Mg1 VL7 Bezeichnung von Aluminium-KnetlegierungenInternationales Nummernsystem nach EN 573

  6. X.XXXX 1. Ziffer = Hauptgruppe3 = Leichtmetalle (Al,Mg,Ti)3.0000 – 3.4999 = Al3.5000 – 3.5999 = Mg3.7000 – 3.7999 = Ti 2. Ziffer = Legierungselement mit höchstem Anteil0 = keine / andere1 = Cu2 = Si3 = Mg4 = Zn 3. Ziffer = Legierungselement mit zweithöchstem Anteilwie zweite Ziffer, bzw.5 = Mn, Cr6 = Pb, Bi, etc.7 = Ni, Co8 = Ti, Zr, etc.9 = Fe 4. Ziffer = Anteil Legierungselement mit höchstem Anteil0-2 = gering3-6 = mittel7-9 = hoch 5. Ziffer0-3 = Gußlegierung4 = Luftfahrtlegierung5-9 = Knetlegierung Bsp. 3.1354 = EN AW 2024 = EN AW AlCu4Mg1 VL7 Bezeichnung von Aluminium-KnetlegierungenDeutsches Nummernsystem (alt) nach DIN 1725

  7. Unlegierte Aluminium-Knetlegierungen • EN AW-Al „Reinheitsgrad“ • EN = Europäische Norm, A = Aluminium, W = Knetlegierung (Wrought). • Bsp. EN AW-Al 99,98 = EN AW-1098 • Legierte Aluminium-Knetlegierungen • EN AW-Al „Symbole der Legierungs-elemente, Massenanteile in %“ • EN = Europäische Norm, A = Aluminium, W = Knetlegierung (Wrought). • Bsp. EN AW-AlCu4Mg1 = EN AW-2024 VL7 Bezeichnung von Aluminium-Knetlegierungenmit chemischen Symbolen nach EN 573

  8. Al-Mischkristall grobe Primäraus-scheidungenbeim Erstarren(Fe,Mn)3SiAl12,Mg2Si (eingeformt) + feine rekristalli-sationshemmendeAusscheidungenbeim Hochglühen(lichtmikroskopischnicht erkennbar)  100 µm  20 µm VL7 LXII 767-6/36, LXII 768-3/12 Gefüge der Al-Knetlegierung EN AW-6060 (AlMgSi)Lichtmikroskopie

  9. (Al)+L L+ (Al)+ VL7 Binary Alloy Phase Diagrams, ASM, 1986 Zustandsdiagramm Al-Cu

  10. T LG Ausscheidungs-beginn log t kontinuierlicher Abschreckverlauf in kontinuierlichem Zeit-Temperatur-Ausscheidungs-Diagramm,Problem: für Al-Legierungennicht verfügbar, s. Kapitel 7.5 Abschreckungschnell genug,keine Ausscheidung Abschreckungzu langsam,Ausscheidungen Aluminium-Taschenbuch VL7 kontinuierliches Zeit-Temperatur-Ausscheidungs-Diagramm bzw. Abschreckdauer

  11. kontinuierlicherAbschreckverlauf in isothermischemZeit-Temperatur-Ausscheidungs-Diagramm,nicht zulässig, s. Kapitel 7.5 VL7 Zschech / Ashby, Jones, 1996 Isothermisches Zeit-Temperatur-Ausscheidungs-Diagramm der Legierung AlCu4

  12. VL7 Macherauch, Praktikum in Werkstoffkunde Ausscheidungen beim Warmauslagern von Al-Cu-Legierungen

  13. lichtmikroskopisch nicht sichtbar Transmissionselektronenmikroskop VL7 Ausscheidungssequenzen von Al-Legierungen

  14. VL7 Zschech / Ashby, Jones, 1996 Verfestigung beim Warmauslagern der Legierung AlCu4

  15. Auslagerungs-temperatur , Auslagerungs-dauer , MaximaleFestigkeit  VL7 ASM Handbook, 1991 Einfluß der Auslagerungstemperatur auf dieFließspannung der Al-Legierung 2014

  16. + ggf. weitere Ziffern zur genaueren Spezifikation VL7 Bezeichnung von Wärmebehandlungszuständen

  17. VL7 Teilchenarten in Al-Knetlegierungen

  18. EN AW-2024EN AW-AlCu4Mg1 1,7 at.% Cu 1,5 at.% Mg 1,5 at.% Mg (Al) 500°C (Al) = Al-MK  = Al2Cu S = Al2CuMg 96,8 at.% Al 1,7 at.% Cu Ternary Alloys,VCH, 1991 VL7 Ternäres Zustandsdiagramm Al-Cu-MgProjektion der Solvus-Linien

  19. [DIN 1725]EN 573 [E-AlMgSi] [E-AlMgSi0,5] AlMgSi AlSiMg(A) AlSi1MgMn AlMg1SiCu AlMgSiPb AlCu6BiPb AlCu4PbMgMn nur Kaltauslagern AlCu4MgSi(A) AlCu4Mg1 AlCu4SiMg nur Kaltauslagern nur Kaltauslagern AlZn4,5Mg1 AlZn5Mg3Cu AlZn5,5MgCu VL7 Aluminium-Taschenbuch, 1988 Ausscheidungshärten von Al-KnetlegierungenLösungsglühtemperatur und Auslagern

  20. VL7 Aluminium-Taschenbuch, 1988 Ausscheidungshärten von Al-KnetlegierungenLösungsglühdauer

  21. EN573 AlCu4MgSi(A) AlSi1MgMn AlMgSi VL7 Aluminium-Taschenbuch, 1988 Ausscheidungshärten von Al-KnetlegierungenAbschreckgeschwindigkeit

  22. Ausscheidungs-härten: • 540°C 30min / Abschrecken / 175°C 600min • GP-Zonen (nadelförmig) bzw. ‘ Mg2Si (stäbchenförmig) • Härte 90 HV Al <100>  200 nm VL7 TEM 4067 Gefüge der Al-Knetlegierung EN AW-6060 (AlMgSi)Transmissionselektronenmikroskopie

  23. Li- bzw. Sc-Atome Anzahl/Elementarzelle = 8 x 1/8 = 1 Al-Atome Anzahl/Elementarzelle = 6 x 1/2 = 3 Geordnete Überstruktur des kfz-Gitters Kohärent zum Kfz Al-Mischkristall Gittermisfit Al3Li/Al:  = -0,3% Al3Sc/Al:  = 1,3% VL7 Al3Li bzw. Al3ScL12-Struktur

  24. VL7 Typische Zusammensetzungen und Eigenschaftenvon Al-Li-Legierungen

  25. Sprühkompaktieren Strangguss Temperatur [°C] Abkühlrate während der Erstarrung [K/s] Toropova et al. Sc-Konzentration [Gew.%] Hyde et al. VL7 Zustandsdiagramm Aluminium-Scandium;Scandiumlöslichkeit abhängig von Erstarrung

  26. 1h 1d 1000 Al-0,4Sc-0,15Zr 600 Härte [MPa] Al-0,4Sc 200 10 103 105 107 550 TA=350°C Auslagerungszeit [s] 450 Rekristallisationstemp. [°C] 300 0 0.3 0.6 Konzentration [Gew.%] Davydov et al. Davydov et al. VL7 Auslagerungsverhalten Aluminium-Scandium;Rekristallisationshemmende Wirkung

  27. Al-Mn-Knetlegierungen: Mn-Gehalte < ca. 1,5 Ma. % Zustandsdiagramme Al-Mg und Al-Si, Al-reiche Seite:gleicher Typ    VL7 Aluminium-Taschenbuch, 1988 Nichtaushärtbare Al-KnetlegierungenZustandsdiagramm Al-Mn

  28. Erzeugung desÜMK durchLösungsglühenund Abschecken Abschreck-geschwindigkeitgeringer als beiaushärtbarenAl-Legierungen VL7 Ashby, Jones, 1998 MischkristallverfestigungIsothermisches Zeit-Temperatur-Ausscheidungs-Diagramm von AlMg5,5

  29. VL7 Aluminium-Taschenbuch, 1988 MischkristallverfestigungAl-Mn- und Al-Mg-Knetlegierungen

  30. VL7 Aluminium-Taschenbuch, 1988 VersetzungsverfestigungAl-Mn- und Al-Mg-Knetlegierungen

  31. Bezeichnung von Versetzungsverfestigungszuständen HXX H = „Strain Hardened“ 1. Ziffer: 1 = nur kaltumgeformt 2 = kaltumgeformt und geglüht 3 = kaltumgeformt und stabilisiert* * Al-Mg, kurzzeitiges Glühen bei 120-175°C, Vorwegnahme einer Entfestigung (Erholung), die sonst bei RT und langen Zeiten auftritt 2. Ziffer: 8 = voll hart (75% Querschnittsreduzierung beim Kaltumformen) 6 = 3/4 hart** 4 = 1/2 hart** 2 = 1/4 hart** ** 3/4, 1/2 bzw. 1/4 der Zugfestigkeit des Zustands „voll hart“ Bsp. 5052 (AlMg2,5) H38: Rp0,2 255 N/mm² VL7 Bezeichnung vonVersetzungsverfestigungszuständen

  32. VL7 Quelle: Aluminium-Taschenbuch, ASM Metals Handbook Aluminium-Knetlegierungen

  33. VL7

  34. VL7

  35. XXX.X 1. Ziffer = Legierungssystem 1XX.X = Aluminium > 99% 2XX.X = Al-Cu 3XX.X = Al-Si-Cu, Al-Si-Mg 4XX.X = Al-Si 5XX.X = Al-Mg 7XX.X = Al-Zn 8XX.X = Al-Sn 9XX.X = Al-Sonstige Legierungsmodifikationen:fortlaufende BuchstabenAXXX.X, BXXX.X, etc. • 1XX.X • 2.+3. Ziffer = Mindestanteil Al in 99,XX % • 4. Ziffer = Produktform 0 = Formguß 1 = Formateguß • Bsp. 150.1 = Al99,5 Formateguß • 2XX.X bis 9XX.X • 2.+3. Ziffer = Zählnummer • 4. Ziffer = Produktform 0 = Formguß 1 = Formateguß • Bsp. 356.0 = AlSi7Mg Formguß VL7 Bezeichnung von Aluminium-GußlegierungenNummernsystem Aluminum Association (AA), USA

  36. EN AC-XXXXX EN = Europäische Norm, A = Aluminium, C = Gußlegierung (Cast). 1. Ziffer = Legierungssystem 2. Ziffer = Legierungsgruppe 21XXX = Al-Cu42XXX = AlSi7Mg43XXX = AlSi10Mg 44XXX = Al-Si45XXX = AlSi5Cu46XXX = AlSi9Cu51XXX = Al-Mg EN AC-Al „Symbole der Legierungs-elemente, Massenanteile in %“ EN = Europäische Norm, A = Aluminium, C = Gußlegierung (Cast). Bsp. EN AC-AlSi7Mg = EN AC-42100 VL7 Bezeichnung von Aluminium-GußlegierungenEuropäisches Nummernsystem undBezeichnung mit chem. Symbolen nach EN 1780

  37.  Unterkühlbarkeit der veredelten Legierungen  VL7 Aluminium-Taschenbuch, 1988 Al-GußlegierungenZustandsdiagramm Al-Si

  38. EutektikumAl-Mischkristall + Si Al-Mischkristall  100 µm  10 µm VL7 LXIII 613-5/24, LXIII 613-6/35 Gefüge der Al-Gußlegierung AlSi7MgLichtmikroskopie

  39. nach Warmauslagern VL7 Aluminium-Taschenbuch, 1988 Ausscheidungshärten der Al-Gußlegierung AlSi10MgLösungsglühdauer und Warmauslagern

  40. Wasser Wasser Wasser Wasser Wasser Wasser Wasser VL7 Aluminium-Taschenbuch, 1988 Ausscheidungshärten von Al-GußlegierungenLösungsglühen, Abschrecken, Auslagern

  41. VL7 Quelle: Aluminium-Taschenbuch, ASM Metals Handbook Aluminium-Gußlegierungen

  42. Aluminiumanteil im Automobilbau • Aluminiumanteil im Automobilbau (mit Stahlkarosserie) • für kleine PKW ca. 2-4%, • für mittlere PKW ca. 4-8%, • für große PKW bis zu 15% des Gewichts. • Dieser Anteil setzt sich zusammen aus • ca. 82% Gußteilen, • ca. 2% Schmiedeteilen, • ca. 8% Strangpreßteilen, • ca. 8% Blechteilen. VL7 Aluminium-Taschenbuch 1997; F. Ostermann 1992, 1998 Ke813

  43. Fertigungsketten von Aluminiumbauteilen VL7 Ke812

  44. Aluminiumlegierungen im Automobilbau VL7 Ke815

  45. Aluminiumbauteile im Automobilbau VL7 Ke814

  46. Al Fibre  Fibre  Al Fibre  Fibre  Al VL7 Applied Composite Materials, 2003 FML Fibre Metal Laminates

  47. Al-Legierung,Dicke je Lage 0,3-0,5 mm GlasfaserverstärkterPolymerwerkstoff,Dicke je Lage 0,25-0,5 mmmind. zwei verschiedeneFaserrichtungen je Lage Dichte GLARE  90% Dichte Al GLARE 3/2 VL7 Applied Composite Materials, 2003 GLARE Glass Reinforced

  48. VL7 Applied Composite Materials, 2003 GLARE Qualitäten

More Related