KURZER INHALT 1 Die Leichtmetalle Allgemeine Einführung Eigenschaften von Leichtmetallen u KURZINHALT Einführung in die Aluminiummetallurgie Aluminium als Konstruktionswerkstoff Die Entwicklung von KURZINHALT Erster Teil – Konstruktionsprinzipien Grundprinzipien Risikobasiertes metallurgisches Design
000 MPa Zugfestigkeit 50 MPa Bruchdehnung 40% Härte 20 HB Normalpotential -1, 66 V Bedingt durch die niedrige Dichte hat Aluminium eine gute spezifische Festigkeit. Von besonderer technischer Bedeutung sind die hohe elektrische Leitfähigkeit und das unter den Metallen beste Verhältnis der elektrischen Leitfähigkeit zur Dichte. Daher werden Hochspannungskabel, die im Freien hängen, aus Aluminium und nicht aus dem leitfähigen Kupfer gemacht. Auch die Wärmeleitfähigkeit von Aluminium ist sehr gut. Aluminium ist paramagnetisch. WT1 Aluminium | Alles einfach erklärt - Technikermathe. Die Anwendung von Aluminium als Konstruktionswerkstoff schränkt sein niedriger E-Modul ein. Aluminium kristallisiert im kubisch-flächenzentrierten Gitter und hat keine allotropen Modifikationen. Das kubisch-flächenzentrierte Gitter bewirkt eine gute Umformbarkeit von Aluminium. Aluminium lässt sich sehr gut bearbeiten, fast alle Fertigungsverfahren sind einsetzbar. Das Normalpotential von Aluminium hat einen sehr negativen Wert. Das Metall ist - elektrochemisch gesehen - unedel.
Amorphe Metalle gehören, wie beispielsweise Fensterglas, zu den amorphen Feststoffen und werden somit auch als Metallische Gläser bezeichnet, sind jedoch für das menschliche Auge nicht durchsichtig, sondern unterscheiden sich äußerlich nicht von einem gewöhnlichen Metall (Bild 2a). Bild 2: a: Eine amorphe Platte aus einer Zirkoniumlegierung. Durch den Gießprozess werden deutlich sichtbar die Bearbeitungsriefen der Kokille abgeformt; b: Darstellung einer 3 mm dicken Platte vor und nach einem angeschlossenen Walzprozess; c: Thermoplastisch abgeformte Struktur einer Geldmünze. Die Gebrauchsspuren auf der Münze sind deutlich abgeformt. (Bild: Universität des Saarlandes) Amorph erstarrende Legierungen gibt es heutzutage in unterschiedlichen Legierungssystemen, auf beispielsweise Zirkonium-, Titan-, Eisen- oder Kupferbasis oder aber auch in Systemen auf Edelmetallbasis wie Gold oder Platin. Aluminium als konstruktionswerkstoff 2019. Erst kürzlich wurde am Lehrstuhl für Metallische Werkstoffe der Universität des Saarlandes unter der Leitung von Prof. Dr. Ralf Busch in Kooperation mit dem Technologieunternehmen Heraeus eine neuartige Legierungsklasse amorpher Metalle entdeckt [1].
Beim Laserschneiden von Aluminium liegt die technische Herausforderung im Energiemanagement. Dieses muss für eine hohe Qualität der Schnitte und schmale Spalte optimal auf das Alublech und die Schneidearbeiten abgestimmt sein, um ausreichend Material abzuschmelzen, ohne zugleich durch die starke Wärmeableitung von Aluminium Leistungsverluste zu erleiden. Aluminium als konstruktionswerkstoff 2020. Zugleich müssen die Spalte genügend breit sein, um die Aluschmelze mit Schneidgas austreiben zu können. Der Fokus des Lasers wird beim Alu-Laserschneiden auf die Blechunterseite gelegt, um die Schmelze schnellstmöglich auszutreiben. Zugleich muss die Strahlqualität besonderen Anforderungen genügen, um den Schneidvorgang auch an der Blechoberseite aufrechtzuerhalten. Die Düse der Schneidgaszufuhr liegt beim Alu-Laserschneiden in unmittelbarer Nähe der Schnittkante und erreicht somit einen hohen Staudruck, der zum Austrieb der Aluschmelze führt.
Die notwendige Erhöhung der Festigkeit des Leichtmetalls ist bei der Anwendung im Werkzeugbau nur eins der Probleme, die sich durch die Zugabe von Legierungselementen wie Kupfer, Zink, Magnesium oder Mangan, aber auch spezielle Verarbeitungsverfahren lösen lassen. Neben der geringen Zugfestigkeit von nur knapp 50 N/mm² des reinen Aluminiums besitzt das Metall typische Eigenschaften, die zum Teil seine Bearbeitung erschweren. Die Zugfestigkeit lässt sich durch die Wahl geeigneter Legierungen entweder natürlich oder durch Umformung aushärtbar erhöhen. Aluminium als konstruktionswerkstoff translation. Eine vorteilhafte Eigenschaft bei der spanenden Bearbeitung ist die hohe Wärmeleitfähigkeit des Metalls, die eine gute Wärmeabfuhr an der Schnittstelle zur Folge hat und damit die Anforderungen an die Kühlung reduziert beziehungsweise die mit einer gegebenen Kühlung erzielbare Schnittgeschwindigkeit erhöht. Eine für die Zerspanung negative Eigenschaft des Aluminiums ist das Verhalten des Metalls bei einer Erwärmung. Im Gegensatz zum Stahl kann Aluminium bei der spanenden Bearbeitung unter ungünstigen Bedingungen so weich werden, dass es Schnitt- oder Schleifwerkzeuge verschmiert und diese beschädigt oder zerstört werden.
Insbesondere die darin enthaltenen glasbildenden Titanlegierungen zeigen hervorragende Eigenschaften für den industriellen Einsatz als Konstruktionswerkstoff. Herstellung und Verarbeitung Bei der Herstellung von amorphen Metallen muss generell die Kristallisation, also die Ausbildung eines Kristallgitters, vermieden beziehungsweise unterdrückt werden. Dies geschieht zum einen durch ein aufwendiges Entwickeln bestimmter Legierungszusammensetzungen, zum anderen aber durch ausreichend hohe Abkühlgeschwindigkeiten im jeweiligen Verarbeitungsprozess. Dies kann durch ein sogenanntes Zeit-Temperatur-Umwandlungsdiagramm (ZTU-Diagramm), welches ebenfalls bei der Stahlherstellung eine entscheidende Rolle spielt, dargestellt werden (Bild 3). Konstruktionswerkstoff. Dabei ist illustriert wieviel Zeit innerhalb eines Temperaturfensters zur Verfügung steht, bis die Kristallisation einsetzt. Bild 3: Schematisches Zeit-Temperatur-Umwandlungsdiagramm (ZTU-Diagramm) einer glasbildenden Legierung. Die gestrichelte Linie 1 zeigt die erforderliche Abkühlrate beim Gießprozess, um die Kristallisation zu vermeiden.
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