Aluminiumlegierung AlMg3 vielfältig einsetzbar dank zahlreicher Vorteile

Die AlMg3-Legierung zeichnet sich durch eine mittlere Festigkeit, gute Umformbarkeit und Schweißbarkeit sowie eine gute Korrosionsbeständigkeit, insbesondere gegen Meerwasser, aus. Sie lässt sich überall dort einsetzen, wo keine hohen Ansprüche bezüglich der mechanischen Belastbarkeit gestellt werden. Zu ihren Haupteinsatzgebieten zählen der Behälter- und Apparatebau, der Maschinenbau, die chemische und die Nahrungsmittelindustrie sowie die Verpackungsmaschinen-Herstellung. Was genau sich hinter der Kurzbezeichnung AlMg3 verbirgt, weshalb Reinaluminium überhaupt mit Magnesium legiert wird und wer auf diese Idee kam, erfahren Sie hier.

Aluminium-Magnesium-Legierungen – wofür sind sie erforderlich und wer hat sie erfunden?

1825 gelang es dem dänischen Physiker Hans Christian Oersted als Erstem, noch unreines Aluminium zu isolieren, indem er Aluminiumchlorid mit Kalium reduzierte. Der deutsche Chemiker Friedrich Wöhler verbesserte Oersteds Methode und extrahierte erstmals Reinaluminium. Aus Wöhlers Verfahren entwickelten der französische Chemiker Henri Étienne Sainte-Claire Deville eine technische Gewinnungsmethode auf Basis der Reduktion eines Gemisches aus Natrium- und Aluminiumchlorid mithilfe von Natrium. Allerdings war diese Methode viel zu aufwendig für die Massenproduktion.
Erst im Jahr 1886 erfanden der amerikanische Erfinder, Ingenieur und Unternehmer Charles M. Hall und der Paul-Louis Toussaint Héroult und der französische Chemiker Paul Louis Toussaint Héroult unabhängig voneinander eine kostengünstige Möglichkeit, reines Aluminium per Schmelzflusselektrolyse herzustellen. Das als Hall-Héroult-Prozess bezeichnete Verfahren findet, mit verschiedenen Verbesserungen, auch heute noch Verwendung.
Reinaluminium war somit zu Beginn des 20. Jahrhunderts in großen Mengen verfügbar. Allerdings hatte sich bereits herausgestellt, dass es sich mit schneidenden Werkzeugen nicht sauber bearbeiten ließ und seine wertvollste Eigenschaft, sein geringes spezifisches Gewicht, daher nicht in gewünschtem Maße nutzbar war. Erste Versuche, das Element mit Magnesium zu legieren, wurden bereits kurz nach seiner Entdeckung durchgeführt. Sie scheiterten jedoch zum einem an fehlerhaften Mischungsverhältnissen und zum anderen daran, dass beide Legierungskomponenten nicht in ausreichender Reinheit verfügbar waren, sondern wahrscheinlich je nach Herstellungsmethode auch noch größere Spuren von Kohlenstoff, Natrium oder Stickstoff enthielten.
Eine erste brauchbare Lösung für das Problem fand Ludwig Mach, der älteste Sohn des österreichischen Physikers Ernst Mach, der 1894 eine Aluminium-Legierung mit zwei bis dreißig Prozent Magnesium entwickelte, der er den Namen Magnalium gab. Bei seinen Experimenten fand Mach heraus, dass Legierungen mit 10 % Magnesium dieselben mechanischen Eigenschaften aufweisen wie gewalztes Zink, während Legierungen mit 15 % Magnesium einem guten Messingguss entsprechen. Bei 20 % Magnesium besitzt die Legierung die Spezifika von weichem Rotguss oder hartgezogenem Messingdraht und bei 25 % die des gewöhnlichen Rotgusses.

Was steckt hinter der Kurzbezeichnung AlMg3?

Al steht für Aluminium, Mg für Magnesium und die 3 für den prozentualen Magnesiumgehalt. Es handelt sich hierbei also um eine Aluminium-Magnesium-Legierung mit einem Magnesium-Anteil von rund 3 % (2,6 bis 3,6 %). Weiterhin enthalten sind Spuren von Silicium, Eisen, Kupfer, Mangan, Chrom, Zinn und Titan. Die Werkstoffnummer dieser Legierung lautet 3.3535, die Bezeichnung nach Europäischer Norm EN AW-5754.
Reine AlMg-Legierungen wie diese zählen zu den mittelfesten, naturharten Legierungen. Sie lassen sich gut Walzen, Schmieden und bei Mg-Gehalten ab 3 % auch gut schweißen. Der Schweißzusatz richtet sich dabei nach dem jeweiligen Magnesium-Gehalt. Durch Strangpressen werden sie seltener verarbeitet, da eine nachträgliche Festigkeitsänderung bei Strangpressprofilen vermieden werden muss.

Welche Eigenschaften hat die AlMg3-Legierung?

In schmelzflüssigem Zustand lässt sich Reinaluminium mit zahlreichen Metallen legieren, um nützliche Eigenschaften zu fördern und unerwünschte zu unterdrücken. Hierbei wird zwischen aushärtbaren und naturharten (nicht aushärtbaren) Legierungen unterschieden.
Zu den aushärtbaren Legierungen zählen unter anderem Aluminium-Kupfer-Legierungen, Aluminium-Magnesium-Silicium-Legierungen und Aluminium-Zink-Legierungen. Naturhart bzw. nicht aushärtbar sind neben den Aluminium-Magnesium-Legierungen auch Aluminium-Mangan-Legierungen und Aluminium-Silicium-Legierungen.
Eine weitere Unterscheidung erfolgt abhängig von der Verarbeitungsart in Knetlegierungen und Gusslegierungen. Aluminium-Magnesium-Legierungen gehören zu den Knetlegierungen. In dünnflüssigem Zustand lassen sie sich aber auch gießen wie Rein- und Reinstaluminium.
Mit 0,2 bis 6,2 % Magnesium erreichen Aluminium-Magnesium-Legierungen der Legierungsgruppe 5xxx die höchsten Festigkeiten im Bereich der nicht aushärtbaren Aluminiumlegierungen. Für Dicken ab circa 6 mm weisen Bleche aus der AlMg3-Legierung folgende Eigenschaften auf:

  • Zugfestigkeit: 190 bis 250 N/qmm
  • Streckgrenze: 80 bis 140 N/qmm
  • Härte: 50 bis 80 Brinell
  • Wärmeleitfähigkeit: ca. 1,1 W/cm °C
  • Bruchdehnung A5: 12 bis 30 %
  • sehr gute Korrosionsbeständigkeit (Meerwasserbeständig)
  • eloxierbar
  • gut schweißbar

Da sie anfällig für Spannungsrisskorrosion sind, eignen sich Aluminium-Magnesium-Legierungen mit mehr als 3 % Magnesium nicht für den längerfristigen Einsatz bei Temperaturen zwischen 65 und 180 °C.

Wofür lässt sich die AlMg3-Legierung einsetzen?

Während sich Rein- und Reinstaluminium für spanlose Fertigungsverfahren bestens eignen, sind sie wegen ihrer vergleichsweise geringen Festigkeitswerte für spanende Verfahren und starke mechanische Beanspruchungen weniger zu gebrauchen. Durch das Zulegieren von Magnesium lässt sich dieses Defizit gut kompensieren.
Die hohe Festigkeitssteigerung beruht auf der hohen Bindungsenergie von Leerstellen an die Magnesiumatome. Je mehr Leerstellen auf diese Weise besetzt werden, desto geringer ist die plastische Verformbarkeit des Materials.
Technisch relevante Aluminium-Magnesium-Legierungen weisen zwischen 3 und 10 % Magnesium auf. Um die günstigen Festigkeitseigenschaften gießtechnisch anspruchsvoller Legierungen mit einem Mg-Gehalt von mehr als 7 % in vollem Umfang zu nutzen, ist für diese Legierungen zusätzlich eine Homogenisierungsglühung erforderlich.
Abhängig vom Magnesium-Gehalt eignen sich reine AlMg-Legierungen für unterschiedlichste Anwendungen. AlMg1 findet beispielsweise bei Dachdeckungen, Fassaden, im Fenster- und Türenbau sowie für Beschläge Verwendung, AlMg5 für optische Geräte und Verpackungen. Reine AlMg-Legierungen mit 3 % Magnesium kommen unter anderem in folgenden Bereichen zur Anwendung:

  • Maschinen- und Apparatebau
  • Flugzeugbau
  • Formenbau
  • Fahrzeugbau (Karosserieteile)
  • Druckbehälterbau
  • Behälter für die Getränke- und Lebensmittelindustrie
  • Alubleche und Rohre für die allgemeine Anwendung
  • Blechformteile
  • Schrauben

Da poliertes Aluminium-Magnesium-Halbzeug in Innenräumen schön blank bleibt, werden AlMg-Legierungen häufig für Beschläge oder Haushaltsgeräte verwendet. Hochprozentige Aluminium-Magnesium wie AlMg7 kommen wegen ihrer guten Bearbeitbarkeit mit spanabhebenden Werkzeugen sowie durch Polieren und Schleifen als Automatenlegierung zum Einsatz.

Was ist beim Schweißen von Aluminium-Magnesium-Legierungen zu beachten?

Zwar verfügen Aluminium-Magnesium-Legierungen über gute Schweißeigenschaften, dennoch sind für gefügemäßig und korrosionsmäßig einwandfreie Schweißnähte zum Teil spezielle Maßnahmen erforderlich. Das zu verschweißende Material darf beispielsweise nicht zu viel Wasserstoff enthalten, da sich sonst während des Schweißens infolge der Gasentbindung sogenannte Doppelraupen bilden, die eine Verschlechterung der Festigungseigenschaften und des Korrosionsverhaltens bewirken.
Mit steigendem Magnesiumanteil werden die Legierungen zunehmend schweißrissempfindlich, vor allem bei Querschnittsschwankungen der zusammenzufügenden Stellen. Diese Schweißrissneigung lässt sich teilweise durch das Zusetzen von Silicium und Mangan verringern. So hat sich beispielsweise bei der Legierung AlMg3Si die Zugabe von etwa 0,5 bis 0,8 % Silicium und etwa 0,5 % Mangan bewährt.
Das Verschweißen kaltverformter höherprozentiger Aluminium-Magnesium-Legierungen birgt die Gefahr spannungskorrosionsempfindlicher Zonen im Bereich der Schweißnähte. Hingegen ist das Verschweißen weicher Aluminium-Magnesium-Halbzeuge diesbezüglich unbedenklich. Bei weichen Aluminium-Magnesium-Blechen mit bis zu 5 % Magnesium haben die Schweißnähte circa 95 bis 98 % der Festigkeitswerte des Ausgangsmaterials.

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