Aluminium-Gusslegierungen

Metallurgy
Sand-, Kokillen-, Feinguss- und Druckgusslegierungen nach DIN EN 1706. Wesentlich sind die Legierungsgruppen von Al-Si-Legierungen, Al-Mg-Legierungen und Al-Cu-Legierungen. Herstellungsverfahren und Fertigungsabläufe sind dem Hersteller überlassen.

Aluminium-Silizium-Gusslegierungen



Die eutektische Zweistofflegierung mit 12 % Si zeichnet sich durch hervorragende Giesseigenschaften aus. Eutektische und untereutektische Al-Si-Legierungen erstarren in der Regel anormal, wobei an Stelle eines feinkörnigen Eutektikums grobkörnige Silizium-Primärkristalle entstehen, die das Festigkeitsverhalten und die mechanische Bearbeitbarkeit verschlechtern.

Die anormale eutektische Erstarrung kann durch Veredelungsmaßnahmen verhindert werden. Vorzugsweise benutzt man hierzu geringe Natrium- oder Strontiumzusätze, (Veredlung). Die Bildung von Silizium-Primärkristallen ist vor allem bei langsamer Erstarrung gegeben, so insbesondere bei Sandguss. Bei dünnwandigem Kokillenguss oder bei Druckguss ist im allgemeinen keine Veredelung notwendig.

Übereutektische Legierungen haben aber in der Technik besondere Bedeutung gewonnen, weil mit steigenden Siliziumgehalten eine Verminderung der linearen Wärmeausdehnung verbunden ist: dieses Verhalten ist für solche Gussstücke besonders wichtig, die bei einer Wärmebeanspruchung noch eine au sreichend hohe Maßbeständigkeit besitzen müssen, zum Beispiel Kolben, Zylinder und Zylinderköpfe von Verbrennungskraftmaschinen.

Übereutektische Al-Si-Legierungen eignen sich nur für Gießverfahren mit rascher Erstarrung, insbesondere Kokillenguss. Vielfach werden Mehrstofflegierungen mit Kupfer, Nickel- und Magnesiumgehalten verwendet. Die Bildung grobkristallinen Siliziums im Gefüge muss durch Kornfeinungsmaßnahmen verhindert werden; hierzu dienen hauptsächlich Phosphorzusätze. Veredelungsmittel bewirken hier das Gegenteil und sind nur für eutektische und untereutektische Al-Si-Legierungen anwendbar, (Kolbenlegierung und übereutektische Al-Si-Gusslegierung).

Aluminium-Magnesium-Gusslegierungen



Diese Legierungsgruppe zeichnet sich durch hohe Korrosions-, Witterungs- und Meerwasserbeständigkeit aus; hinzu kommt ihre Eignung für dekorative anodische Oxidationsverfahren.

Aluminium-Kupfer-Gusslegierungen



In der Technik gebräuchlich sind AlCuTi-Werkstoffe, die als besonders hochfeste Legierungen anzusehen sind, deren Zugfestigkeit Werte bis zu 400 N/mm2 erreicht und die hauptsächlich für mechanisch und dynamisch hochbeanspruchte Gusstücke eingesetzt werden.

Aluminium-Zink-Gusslegierungen



Werkstoffe dieser Gruppe sind teilweise selbstaushärtend sind, das heißt, sie weisen im Gusszustand nach einigen Tagen Auslagerung bei Raumtemperatur, also ohne Wärmebehandlung, einen deutlichen Härte- und Festigkeitsanstieg auf. Interessant sind solche Werkstoffe besonders für größere Gussstücke, die wegen ihrer Abmessungen schwer wärmebehandelbar sind. In der Norm ist die Legierung EN AC-AlZn10Si8Mg enthalten, eine sehr gut gießbare, bearbeitbare und polierbare Legierung von hoher Festigkeit und Härte.

Aluminium-Lithium-Gusslegierungen



Eine besondere Werkstoffgruppe sind die Aluminium-Lithium-Gusslegierungen, die nicht genormt sind. Sie enthalten etwa 2 bis 4 % Li und haben dadurch eine um etwa 10 % niedrigere Dichte als übliche Aluminiumgusswerkstoffe. Weitere Legierungsbestandteile sind Kupfer und Magnesium in geringen Gehalten, durch die der Werkstoff aushärtbar wird und hohe Festigkeit und Zähigkeit erreicht. In Erprobung sind Al-Li-Legierungen unter anderem für Feinguss in der Luftfahrtindustrie. Nachteilig ist ihre hohe Reaktivität mit Luft und Wasser. In Berührung mit Feuchtigkeit oder Wasser neigen Schmelzen mit über 1,5 % Li zu explosionsartigen Reaktionen. Es muss daher unter Schutzgas geschmolzen und gegossen werden.

Anforderungen an legiertes Aluminium im Masseln sind in DIN EN 1676 genormt.

Wärmebehandlung



Sand-, Kokillen- und Feinguss aus Aluminiumlegierungen ist zum Teil härtbar durch Ausscheidungshärtung. Man unterscheidet Kalt- und Warmaushärtung (Aushärtung) sowie Teilaushärtung. Aushärtbar sind Legierungen des Typs AlSiMg und Al-CuTi. Durch Aushärtung werden 0,2-Grenze, Zugfestigkeit und Härte, zum Beispiel auch die Dehnung erhöht.

Taschenbuch der Gießerei-Praxis

Jährlich aktualisierte Ausgabe des Nachschlagewerks für das Gießereiwesen.