Werkstoffkunde Aluminium – Was macht Aluminium so besonders?

Aluminium ist das dritthäufigste Element und das häufigste Metall in der Erdkruste. Trotz dieser Häufigkeit ist Aluminium nicht günstig – es ist sogar teurer als unlegierter Stahl. Der Grund: Die Herstellung von Aluminium erfordert enorm viel Energie, deutlich mehr als bei Stahl. Deshalb ist Recycling bei Aluminium besonders wichtig, da hierbei nur etwa 5 % der Energie im Vergleich zur Neuproduktion benötigt wird.

Eigenschaften von Aluminium

Leichtmetall: Aluminium ist ein echtes Leichtmetall mit einer Dichte von nur 2,7 g/cm³ – etwa ein Drittel der Dichte von Stahl.
Geringerer E-Modul: Das Elastizitätsmodul von Aluminium liegt bei etwa 60 bis 80 GPa, also nur rund ein Drittel des Werts von Stahl. Das bedeutet, dass Aluminium flexibler als Stahl ist.
Gewichtsvorteil ja, aber…: Theoretisch hebt sich der Gewichtsvorteil durch die geringere Steifigkeit auf, wenn man dieselbe Festigkeit erzielen möchte. In der Praxis lassen sich durch geschickte Konstruktion dennoch Gewichtsvorteile erzielen. Außerdem kann geringere Steifigkeit je nach Einsatz auch von Vorteil sein.

Weitere technische Eigenschaften

Wärme- und Stromleiter: Aluminium leitet Wärme und Strom sehr gut. Nur Kupfer und Silber sind bessere elektrische Leiter.
Gute Verformbarkeit: Reines Aluminium ist kubisch flächenzentriert (KFZ) kristallisiert, was es sehr zäh und gut plastisch verformbar macht, ohne schnell Risse zu bilden.
Korrosionsbeständigkeit: Trotz seiner Zugehörigkeit zu den unedlen Metallen schützt sich Aluminium durch eine dichte, zähe Oxidschicht sehr gut vor Korrosion. Diese Schicht wird durch saure Medien sogar verstärkt, allerdings können alkalische Medien sie destabilisieren.

Aluminiumlegierungen – Festigkeit und Härte

Reines Aluminium ist vergleichsweise weich und weniger zugfest.
Durch Legierungselemente wie Magnesium und Silizium kann die Zugfestigkeit auf das Vierfache von reinem Aluminium erhöht werden.
Wärmebehandlungen wie das Ausscheidungshärten steigern Steifigkeit und Zugfestigkeit zusätzlich.
Vorsicht: Ausscheidungshärten kann zu Überalterung führen, was Materialermüdung zur Folge hat. Das ist zum Beispiel bei Fahrradlenkern wichtig, die regelmäßig geprüft und ggf. ausgetauscht werden sollten.

Aluminium-Typen und Werkstoffbezeichnungen

Der Schmelzpunkt von reinem Aluminium liegt bei etwa 660 °C.
Gängige Aluminiumlegierungen sind z. B. die Typen 7.005 und 6.061. Diese Bezeichnungen stammen aus amerikanischen Normen und geben Hinweise auf die Legierungselemente:
- Die „6“ steht für Magnesium- und Siliziumlegierungen
- Die „7“ für Aluminium-Zink-Legierungen
Weitere Zahlen geben oft nur eine Katalogisierung an und sind weniger aussagekräftig ohne Nachschlagen.

Fazit

Aluminium ist ein vielseitiges, leichtes Metall mit besonderer Korrosionsbeständigkeit und hervorragender Verformbarkeit. Trotz höherer Kosten im Vergleich zu Stahl ist es aufgrund seiner Eigenschaften und Recyclingmöglichkeiten sehr beliebt – besonders in Bereichen wie Fahrradbau oder Leichtbau. Die Auswahl der richtigen Aluminiumlegierung und die Beachtung der Materialeigenschaften sind entscheidend für den optimalen Einsatz.