Aluminium Lexikon – der Werkstoff von A–Z

Webers "Taschenlexikon Aluminium" beinhaltet die wichtigsten Fachbegriffe der Aluminium-Industrie und informiert über Wissenswertes rund um das Thema Aluminium von A wie Alaun bis Z wie Ziehen. Es ist als Einstieg in die Beschäftigung mit dem Werkstoff gedacht.

Wärmebehandlung

Die Eigenschaften der Metalle sind mehr oder weniger temperaturabhängig. So nimmt mit steigender Temperatur die Festigkeit ab, hingegen die Löslichkeit von Legierungselementen meist zu. Diese beiden Umstände werden in der Verarbeitung in großem Umfang genutzt, um vor allem die Eigenschaft Festigkeit gezielt mit einer Wärmebehandlung zu beeinflussen. Deren vier wichtigste Varianten sind:

  • Vorwärmen: Das Umformen von Aluminiumwerkstoffen ist bei Temperaturen über 200 °C stark erleichtert, weshalb man zum Beispiel stranggegossene Barren oder Bolzen vor dem Walzen oder Strangpressen auf 400 bis 500 °C erwärmt. Aber auch andere Formgebungsverfahren im festen Zustand, zum Beispiel das Schmieden, nutzen vorgewärmte Werkstoffe.
  • Homogenisieren bzw. Lösungsglühen: Aluminiumwerkstoffe  haben nach dem Gießen, vor allem bei hohem Legierungsgehalt, ein Korngefüge mit  ungleichmäßig verteilten und oft als zweite Phase ausgeschiedenen Legierungselementen. Um dem Produkt möglichst homogene  Materialeigenschaften zu geben, müssen diese Ungleichmäßigkeiten beseitigt werden. Durch "Glühen" bei Temperaturen (je nach Legierung) von 500 bis 600 °C lösen sich allfällige Ausscheidungen der in Aluminium leicht löslichen Elemente wie Kupfer, Magnesium, Silizium oder Zink auf und verteilen sich gleichmäßig. Ausscheidungen schwer löslicher Elemente wie Eisen und Mangan vergröbern sich und verlieren ihre eckige Form ("Einformung").  Beide Wirkungen verbessern das Umformvermögen. Die gelösten Elemente bleiben aber nur bei rascher Abkühlung in Lösung, bei langsamer scheiden sie sich wieder ausiehe Oft wird das Homogenisieren mit der Vorwärmung zum Umformen verbunden.
  • Weichglühen: Beim Kaltumformen, zum Beispiel beim Walzen von Bändern und Folien, verfestigt sich der Werkstoff mit jedem Walzgang (Stich) und wird spröder. Um ihn ohne Probleme weiterverarbeiten zu können, "glüht" man ihn bei 300 bis 400 °C, bis er wieder den Zustand "weich" erreicht hat und gut weiterverformt werden kann.

    Bei diesen Temperaturen tritt eine Rekristallisation ein: In dem kaltverformten und daher stark gestörten Korngefüge wachsen aus Keimen (kleinsten, idealen Kristallkörnern) neue Kristallkörner. Auf diese Weise bildet sich das gesamte Korngefüge neu, was für das weitere Umformen günstig ist.

 

  • Entfestigen, ein Glühen ("Tempern") bei etwa 250 °C, also unterhalb der Rekristallisationstemperatur von Aluminium (je nach Legierung ungefähr 300 °C), bewirkt eine Verringerung der Festigkeit in den Zustand "dreiviertelhart" oder "halbhart", bei gleichzeitig großer Erhöhung der Duktilität (Dehnbarkeit).
  • Aushärten bzw. Vergüten, nur bei aushärtbaren Legierungen: Wie beim Homogenisieren gehen zunächst bei 450 bis 550 °C die Legierungselemente in Lösung. Es folgt das Abschrecken des Werkstücks auf Temperaturen unter 200 °C, je nach Legierung unterschiedlich rasch, zum Beispiel in bewegter Luft,  Wassernebel oder Kaltwasser. Dabei bleibt den Legierungselementen keine Zeit, sich wieder auszuscheiden, sie bleiben vorerst in Lösung. Allerdings ist die Lösung "übersättigt", weil mehr von den Elementen gelöst ist als dem natürlichen Gleichgewicht bei diesen niedrigeren Temperaturen entspricht. Daher setzt nun eine langsame Ausscheidung ein, welche die Festigkeit weit über die mit Kaltumformen erreichbare erhöht. Dieses Aushärten dauert bei Raumtemperatur mehrere Tage (Kaltauslagern), kann aber durch Temperaturen zwischen 140 und 190 °C verstärkt und beschleunigt werden (Warmauslagern).


Für jede Art Wärmebehandlung gibt es besondere, mit Gas, Öl oder elektrisch beheizte und automatisch temperaturgeregelte Öfen. Das Werkstück wird darin in der Regel von Heißluft oder von einer Schutzgasatmosphäre umspült.