Aluminium und Aluminiumlegierungen: Eigenschaften & Anwendungen
Aluminium gehört zu den meistverarbeiteten Metallen der Industrie. Und das aus gutem Grund. Geringe Dichte, hohe Korrosionsbeständigkeit und exzellente Zerspanbarkeit machen es zum Werkstoff der Wahl in Maschinenbau, Luft- und Raumfahrt und Elektromobilität.
Doch nicht jede Aluminiumlegierung ist gleich. Je nach chemischer Zusammensetzung unterscheiden sich Festigkeit, Schweißbarkeit und Temperaturbeständigkeit erheblich.
Dieser Leitfaden gibt einen klaren Überblick über wichtige Legierungen. Er zeigt gängige Sorten, Fertigungsverfahren und Alternativen. So treffen Sie die richtige Wahl für Ihr Projekt.
Was sind Aluminiumlegierungen?
Aluminiumlegierungen sind Werkstoffe, bei denen Aluminium als Hauptbestandteil mit weiteren Elementen kombiniert wird. So erzielt man mechanische, thermische oder chemische Eigenschaften.
Die chemische Zusammensetzung bestimmt maßgeblich die Eigenschaften von Aluminium in der jeweiligen Legierung. Sie entscheidet, ob hohe Festigkeit, bessere Schweißbarkeit oder höhere Korrosionsbeständigkeit dominieren.
Reines Aluminium besitzt von Natur aus eine geringe Dichte von ca. 2,7 g/cm³ und eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit. In seiner Reinform ist es jedoch relativ weich.
Erst durch gezieltes Legieren entstehen Aluminiumlegierungen. Zum Beispiel mit Kupfer, Magnesium, Silizium oder Zink. Sie bieten viele Eigenschaften und sind für den industriellen Einsatz attraktiv.
Die Einteilung erfolgt international nach dem vierstelligen Nummernsystem der Aluminiumlegierungen:
| Serie | Hauptlegierungselement | Merkmale |
| 1xxx | Reinaluminium (>99%) | Sehr gute Korrosionsbeständigkeit, weich |
| 2xxx | Kupfer | Hohe Festigkeit, Luft- und Raumfahrt |
| 3xxx | Mangan | Mittlere Festigkeit, gut umformbar |
| 4xxx | Silizium | Gute Schweißeignung, Druckguss |
| 5xxx | Magnesium | Hohe Korrosionsbeständigkeit, Schiffbau |
| 6xxx | Magnesium + Silizium | Universell, gut zerspanbar, schweißbar |
| 7xxx | Zink | Höchste Festigkeit, Aerospace |
Was sind die Vorteile von Aluminium?
Die Eigenschaften von Aluminium machen es zu einem der vielseitigsten Werkstoffe in der modernen Fertigung. Die wichtigsten Vorteile im Überblick:
- Geringes Gewicht bei hoher Belastbarkeit: Dank der geringen Dichte von 2,7 g/cm³ lassen sich mit verschiedenen Legierungen Bauteile herstellen. Trotz niedrigem Gewicht können sie hohen mechanischen Anforderungen standhalten. Gerade im Leichtbau ist das ein entscheidender Vorteil.
- Hohe Korrosionsbeständigkeit: Aluminium bildet an der Oberfläche eine natürliche Oxidschicht, die es vor Korrosion schützt. Durch Eloxieren oder andere Verfahren der Veredelung lässt sich dieser Schutz noch weiter steigern. Es ist ideal für Außenanwendungen oder den Kontakt mit Lebensmitteln.
- Ausgezeichnete Wärme- und Leitfähigkeit: Die hohe Wärmeleitfähigkeit von Aluminium macht es zur ersten Wahl für Kühlkörper, Wärmetauscher und elektronische Gehäuse.
- Gute Zerspanbarkeit: Aluminiumlegierungen, insbesondere der 6xxx-Serie, lassen sich hervorragend fräsen, drehen und bohren. Das erlaubt die wirtschaftliche Fertigung von komplexen Geometrien – ein Kernvorteil bei CNC-Bearbeitung.
- Recyclingfähigkeit: Aluminium ist nahezu unbegrenzt recycelbar, ohne Qualitätsverlust. Das macht es zu einem nachhaltigen Werkstoff mit gutem CO₂-Profil über den gesamten Lebenszyklus.
Was sind die Nachteile von Aluminium?
Trotz seiner vielen Stärken hat Aluminium auch Grenzen, die bei der Materialauswahl berücksichtigt werden sollten. Hier eine Übersicht:
- Geringere Festigkeit im Vergleich zu Stahl: Selbst Legierungen mit hoher Festigkeit wie die 7075 erreichen nicht die Zugfestigkeit von hochlegiertem Stahl. Wo extreme Belastungen herrschen, stoßen auch hochwertige Aluminiumlegierungen an ihre Grenzen.
- Eingeschränkte Eignung bei höheren Temperaturen: Die mechanischen Eigenschaften von Aluminium verschlechtern sich bei höheren Temperaturen deutlich. Bereits ab ca. 150–200 °C verlieren viele Legierungen merklich an Festigkeit und Härte. Für Hochtemperaturanwendungen sind Werkstoffe wie Inconel oder Titan besser geeignet.
- Schweißen erfordert Fachkenntnis: Schweißen von Aluminiumlegierungen ist technisch anspruchsvoller als bei Stahl. Einige Legierungen sind nur eingeschränkt schweißbar und erfordern spezielle Verfahren und jahrelange Erfahrung in der Verarbeitung.
- Weiche Oberfläche: Ohne Oberflächenbehandlung ist Aluminium relativ kratzempfindlich. Abhilfe schafft die Beschichtung von Aluminium, etwa durch Harteloxieren.
Aluminium in der Fertigung: Verfahren im Überblick
Aluminiumlegierungen lassen sich mit einer Vielzahl moderner Fertigungsverfahren verarbeiten. Das macht sie so universell einsetzbar- Sei es bei Einzelteilen oder in der Serienproduktion.
CNC-Fräsen und Drehen
Die Aluminium Bearbeitung mittels CNC zählt zu den häufigsten Verfahren. Die gute Zerspanbarkeit von Aluminiumlegierungen ermöglicht hohe Schnittgeschwindigkeiten und somit kurze Taktzeiten. Besonders geeignet sind Legierungen der 6xxx-Serie (z.B. EN AW-6082) sowie 7075.
Blechbearbeitung
Teile aus Aluminium werden häufig durch Laserschneiden, Biegen und Tiefziehen gefertigt. Aluminiumbleche der 5xxx-Serie sind aufgrund ihrer guten Umformbarkeit besonders verbreitet.
Druckguss
Aluminium-Druckguss nutzt oft 4xxx-Legierungen wie AlSi9Cu3.
Er ist das bevorzugte Verfahren für komplexe Gussteile in großen Stückzahlen.
Typische Anwendungen sind Motorgehäuse, Getriebegehäuse und Strukturbauteile.
3D-Druck
Im additiven Bereich wird vor allem AlSi10Mg eingesetzt. Der 3D-Druck mit Aluminium erlaubt komplexe Formen. Diese wären mit Zerspanung kaum oder gar nicht machbar. Zum Beispiel Leichtbaustrukturen mit Gitterinfill.
Beschichtung und Veredelung
Die Beschichtung von Aluminium umfasst Verfahren wie Eloxieren (Anodisieren), Harteloxieren, Pulverbeschichten und Chromatieren. Sie verbessern Korrosionsschutz, Optik und Festigkeit und die Härte der Oberfläche.
Welche typischen Anwendungen von Aluminiumlegierungen gibt es?
Dank ihrer breiten Palette an Eigenschaften sind Aluminium und Aluminiumlegierungen in nahezu jeder Industrie vertreten:
- Luft- und Raumfahrt: In der Luft- und Raumfahrt nutzt man vor allem 2xxx- und 7xxx-Legierungen. Sie bieten hohe Festigkeit bei gleichzeitig geringem Gewicht. Typische Bauteile sind Strukturrahmen, Rippen, Verkleidungen und Fahrwerkskomponenten.
- Automotive und E-Mobilität: Karosserieteile, Batteriegehäuse und Strukturbauteile in Elektrofahrzeugen bestehen zunehmend aus hochwertigen Aluminiumlegierungen, um Gewicht und damit Reichweite zu optimieren.
- Maschinenbau: Gehäuse, Halterungen, Führungsschienen und Hydraulikkomponenten sind im Maschinenbau weit verbreitet. Teile aus Aluminium werden per CNC-Bearbeitung gefertigt. Die Qualität bleibt dabei gleichbleibend hoch.
- Schiffbau: 5xxx-Legierungen mit hoher Korrosionsbeständigkeit gegen Salzwasser sind im Schiffbau für Aufbauten, Decks und Rümpfe etabliert.
- Lebensmittel- und Pharmaindustrie: Aluminium ist physiologisch unbedenklich und korrosionsbeständig. Mit der Veredelung durch Eloxieren eignet es sich sehr gut. Es ist ideal für den Kontakt mit Lebensmitteln und Pharmaprodukten.
- Elektronik: Kühlkörper, Gehäuse und Wärmemanagementbauteile profitieren von der hohen Wärmeleitfähigkeit des Werkstoffs.
Aluminiumlegierungen: Übersicht gängiger Sorten
| Legierung | Serie | Zugfestigkeit | Besonderheiten | Typische Anwendung |
| EN AW-6082 | 6xxx | ~310 MPa | Sehr gut zerspanbar, schweißbar | Maschinenbau, Strukturteile |
| EN AW-7075 | 7xxx | ~570 MPa | Hohe Festigkeit, schwer schweißbar | Luft- und Raumfahrt, Sport |
| EN AW-5083 | 5xxx | ~290 MPa | Hohe Korrosionsbeständigkeit | Schiffbau, Meeresanwendungen |
| EN AW-2024 | 2xxx | ~470 MPa | Hohe Ermüdungsfestigkeit | Aerospace, Fahrzeugbau |
| AlSi10Mg | 4xxx | ~330 MPa | Ideal für Druckguss und 3D-Druck | Gussteile, additive Fertigung |
| EN AW-1050 | 1xxx | ~95 MPa | Weich, sehr gute Korrosionsbeständigkeit | Lebensmittel, Chemie |
Welche Alternativen zu Aluminiumlegierungen gibt es?
Die folgende Übersicht zeigt die wichtigsten Alternativen mit gleichbleibender hoher Qualität. Je nach Anforderungsprofil können sie Aluminiumlegierungen ersetzen. Die Tabelle stellt die Optionen kompakt gegenüber.
| Werkstoff | Dichte | Stärken | Schwächen | Typischer Einsatz |
| Aluminium | 2,7 g/cm³ | Leicht, gut zerspanbar, korrosionsbeständig | Begrenzte Hochtemperaturfestigkeit | Maschinenbau, Automotive, Elektronik |
| Titan | 4,5 g/cm³ | Sehr hohe Festigkeit, biokompatibel | Teuer, schwer zerspanbar | Medizintechnik, Luft- und Raumfahrt |
| Edelstahl | 7,9 g/cm³ | Hohe Festigkeit, robust | Schwer, aufwändige Zerspanung | Statisch hochbelastete Bauteile |
| Inconel/Hastelloy | ~8,4 g/cm³ | Extrem temperaturbeständig | Sehr teuer, schwer bearbeitbar | Hochtemperatur, Chemie |
| Magnesium | 1,7 g/cm³ | Leichter als Aluminium | Teuer, eingeschränkt schweißbar | Spezialleichtbau |
| CFK/GFK | 1,5–1,8 g/cm³ | Extrem leicht bei hoher Festigkeit | Komplex und teuer in der Fertigung | Aerospace, Hochleistungssport |
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