In dieser Übersicht werden fünf gängige Aluminium-Knetlegierungen verglichen: 1050, 2024, 5052, 6063 und 7075. Die Tabellen enthalten Angaben zum Gehalt an Magnesium, Silizium, Mangan, Kupfer, Chrom, Zink und Eisen; zum Schmelzbereich, zur Dichte, zur Wärmeausdehnung, zur Wärmeleitfähigkeit, zur spezifischen Wärme und zum elektrischen spezifischen Widerstand; sowie zur Dehnung, zur Härte, zur Poisson-Zahl, zur Scherfestigkeit, zum Elastizitätsmodul, zur Zugfestigkeit und zur Streckgrenze. In den Anmerkungen werden die Einsatzbereiche, die Wärmebehandelbarkeit, die Korrosionsbeständigkeit, die Duktilität und die Bedeutung für die Luft- und Raumfahrt der Serien 1000, 2000, 5000, 6000 und 7000 erläutert. Der Artikel übernimmt die in der Quelle angegebenen Prozessbedingungen, Einheiten, Werkstoffgüten und technischen Zusammenhänge als praktische Referenz.
Aluminiumlegierungen finden aufgrund ihrer geringen Dichte und hohen spezifischen Festigkeit breite Anwendung in Raumfahrtmechanismen. Zu ihren Nachteilen zählen eine geringe Steifigkeit und Härte, ein hoher Wärmeausdehnungskoeffizient sowie die Anfälligkeit für Adhäsionsverschleiß und Abrieb, weshalb eine Oberflächenbehandlung erforderlich ist, um das tribologische Verhalten zu verbessern. Wenn ein aus einer Aluminiumlegierung bestehendes, aufeinander abgestimmtes Paar unter Vakuumbedingungen aneinander gleitet, weist es einen hohen und variablen Reibungskoeffizienten auf (μ > 0,5). In den folgenden Tabellen sind die Zusammensetzung sowie die physikalischen und mechanischen Eigenschaften gängiger Aluminiumlegierungen aufgeführt. Diese Legierungen enthalten unterschiedliche Anteile an legierungsverstärkenden Elementen wie Mg, Cu, Si und Zn.
| Aluminiumlegierung | 1050 | 2024 | 5052 | 6063 | 7075 |
|---|---|---|---|---|---|
| Chemische Zusammensetzung (Gew.-%; Rest Al) | |||||
| Mg | 0.05 | 1.2-1.8 | 2.2-2.8 | 0.45-0.9 | 2.1-2.9 |
| Si | 0.25 | 0.5 | 0.2-0.6 | ||
| Mn | 0.05 | 0.3-0.9 | |||
| Cu | 0.05 | 3.8-4.9 | 0.1 | 1.2-1.6 | |
| Cr | 0.1 | 0.15-0.35 | 0.1 | 0.18-0.28 | |
| Zn | 0.07 | 0.25 | 0.1 | 5.1-6.1 | |
| Fe | 0.4 | 0.5 | 0.35 | ||
| Physikalische Eigenschaften | |||||
| Schmelzpunkt (°C) | 650-660 | 500-640 | 593-649 | 600-652 | 477-638 |
| Dichte (g/cm3) | 2.71 | 2.77 | 2.7 | 2.71 | 2.8 |
| Wärmeausdehnungskoeffizient (×10−6/K) | 24 | 24 | 23.5 | 23.4 | 23.6 |
| Wärmeleitfähigkeit [W/(m·K)] | 237 | 113 | 135-160 | 180-218 | 121 |
| Spezifische Wärme [J/(kg·K)] | 920 | 920 | 921 | 880 | 962 |
| Elektrischer spezifischer Widerstand (μΩ·cm) | 2.67E-08 | 4.6E-08 | 5.1E-08 | 3.3E-08 | 5.7E-08 |
| Mechanische Eigenschaften | |||||
| Dehnung (%) | 40/4 | 22A/18T | 25A/7T | 15A/12T | 17A/11T |
| Härte (HB) | 18-44 | 47A/125T | 45 A/100 t | 115A/73T | 60 A/150 t |
| Härte (HV) | 8-22 | 30-50 | |||
| Charpy-Schlagzähigkeitsprüfung (ft·lb/in) | |||||
| Poisson-Zahl | −0,35 | −0,35 | −0,35 | −0,35 | −0,35 |
| Scherfestigkeit (MPa) | 30-80 | 124A/537T | 125A/175T | 69A/151T | 151A/331T |
| Zugmodul (Young-Modul) (GPa) | 70.6 | 73 | 65-75 | 67 | 72 |
| Zugfestigkeit (MPa) | 70/175 | 186A/495T | 193A/290T | 90A/290T | 227A/572T |
| Maximale Biegefestigkeit (MPa) | |||||
| Streckgrenze σ0.2 (MPa) | 28-150 | 76A/395T | 89A/255T | 48A/270T | 103A/503T |
Hinweis: „A“ steht für geglüht und „T“ für ausgehärtet.
Alle in der Tabelle aufgeführten Legierungen sind Aluminium-Knetlegierungen. Die 1000er-Reihe besteht aus handelsüblichem reinem Aluminium mit geringer Festigkeit und guter Duktilität. Die 2000er-Reihe enthält Kupfer und Magnesium, weist eine hohe Festigkeit auf und ist wärmebehandelbar, wobei Kupfer die Korrosionsbeständigkeit verringert. Magnesium ist das Hauptlegierungselement der 5000er-Reihe, die eine gute Korrosionsbeständigkeit und bessere mechanische Eigenschaften als die 1000er-, 3000er- und 4000er-Reihen aufweist. Die wärmebehandelbare 6000er-Reihe weist eine geringere Korrosionsbeständigkeit als die 5000er-Reihe auf, erfüllt jedoch allgemeine technische Anforderungen. Die 7000er-Reihe wird hauptsächlich für spezielle Anwendungen in der Luft- und Raumfahrt verwendet und ist wärmebehandelbar; Kupfer verringert die Korrosionsbeständigkeit und die Schweißbarkeit, sorgt jedoch für eine deutliche Festigkeitssteigerung.
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