Aluminiumguss bietet Vorteile wie hohe Festigkeit, hervorragende Korrosionsbest?ndigkeit und leichte Bearbeitbarkeit, was ihn zu einem beliebten Werkstoff in Branchen wie der Automobilindustrie, der Luft- und Raumfahrt, der Elektronik und der Konsumgüterindustrie macht. In diesem Artikel werden wir die Zusammensetzung von Aluminiumguss, Herstellungsverfahren, Eigenschaften, Anwendungen, Qualit?tskontrolle und neue Trends er?rtern.?

Was ist Aluguss?

Aluminiumgusslegierungen sind Legierungen auf Aluminiumbasis, die durch eine Art Gie?verfahren in Form gebracht werden. Im Gegensatz zu Knetaluminium, das durch mechanische Verfahren wie Walzen oder Strangpressen in Form gebracht wird, wird Gussaluminium geschmolzen und in Formen gegossen, dann abgekühlt und in die gewünschte Form gebracht. Das Gie?verfahren erm?glicht die Herstellung sehr komplexer Geometrien, die mit anderen Methoden nur schwer zu realisieren sind.

Zusammensetzung von Aluminiumgusslegierungen

Aluminiumgusslegierungen bestehen haupts?chlich aus Aluminium (Al) zusammen mit einem oder mehreren Legierungselementen wie Silizium (Si), Kupfer (Cu), Magnesium (Mg), Zink (Zn) und Mangan (Mn).

Diese Elemente werden als Legierungselemente hinzugefügt, um bestimmte Eigenschaften zu verbessern. 

Elemente	Auswirkungen
Silizium (Si)	Verbessert die Flie?f?higkeit, reduziert die Schrumpfung und erh?ht die Verschlei?festigkeit.
Kupfer (Cu)	Erh?ht die Festigkeit und H?rte, kann aber die Korrosionsbest?ndigkeit verringern.
Magnesium (Mg)	Verbessert die Festigkeit und Korrosionsbest?ndigkeit, insbesondere in Meeresumgebungen.
Zink(Zn)	Verbessert die Gie?barkeit und Festigkeit, wird h?ufig in hochfesten Legierungen verwendet.
Mangan(Mn)	Verbessert die Z?higkeit und Rissbest?ndigkeit.

Arten von Aluminiumguss

Die Klassifizierung von Aluminiumgusslegierungen basiert haupts?chlich auf der elementaren Beschaffenheit der wichtigsten Legierungselemente, die wiederum die Eigenschaften der Legierung entscheidend beeinflussen. Es gibt vier Hauptkategorien: A1-Si, Al-Mg, Al-Cu und Al-Zn. Jede hat ihre eigenen Merkmale und eignet sich für verschiedene Aufgaben in unterschiedlichen Branchen.

Aluminium-Silizium-Legierungen (Al-Si)

Aluminium-Silizium-Legierungen geh?ren aufgrund ihrer au?ergew?hnlichen Gie?eigenschaften und ihrer guten Verschlei?festigkeit zu den in der Fertigung am h?ufigsten verwendeten Aluminiumgusslegierungen. Diese Legierungen enthalten Silizium zwischen 10% und 25% und haben eine geringe Dichte, einen niedrigen W?rmeausdehnungskoeffizienten und eine hohe spezifische Festigkeit. Aufgrund dieser Eigenschaften eignen sie sich gut für Bauteile wie Motorbl?cke, Zylinderk?pfe und R?der.

Beispiele für Güteklassen: A356, A360, A413

Aluminium-Magnesium-Legierungen (Al-Mg)

Al-Mg-Legierungen sind aufgrund ihrer Korrosionsbest?ndigkeit, ihrer mittleren bis hohen Festigkeit und ihrer guten Schwei?barkeit nach wie vor von Bedeutung. Mit einem Magnesiumgehalt, der in der Regel zwischen 0,5-12% liegt, weisen diese Legierungen verbesserte mechanische Eigenschaften auf, die in der Luft- und Raumfahrt auf der Suche nach hochfesten und leichten Materialien wie Schiffsstrukturen, Flugzeugfahrwerken sowie Lebensmittel- und Getr?nkeverpackungen zum Einsatz kommen. 

Aluminium-Kupfer-Legierungen (Al-Cu)

AI-Cu-Legierungen weisen für ihren Kupfergehalt, der im Allgemeinen zwischen 2-10% liegt, eine gute Festigkeit und ausgezeichnete Bearbeitbarkeit auf. Die wichtigsten Anwendungsbereiche sind die Luft- und Raumfahrt, die Automobilindustrie und der Hochbau.

Beispiel für Benotungen: A295

Aluminium-Zink-Legierungen (Al-Zn)

AI-Zn-Legierungen sind für ihre h?heren Festigkeiten bekannt, insbesondere wenn sie w?rmebehandelt werden. Aufgrund ihrer hohen Leistungsf?higkeit werden Al-Zn-Legierungen h?ufig in der Luft- und Raumfahrtindustrie eingesetzt.

 Beispiel für Güteklassen: A712.2

G?ngige Aluminiumgusslegierungen

A356: Ein Werkstoff für die Automobil- und Luft- und Raumfahrtindustrie mit guter Dehnbarkeit und Festigkeit.

A360: Es ist bekannt für seine Gie?barkeit, Festigkeit und Korrosionsbest?ndigkeit und wird h?ufig für Automobilteile wie R?der und Motorkomponenten verwendet.

A380: Da es als flüssigkeits- und druckdicht gilt, wird es haupts?chlich für den Druckguss verwendet.

A390: Ein vielseitiger Werkstoff mit h?herer Festigkeit, gr??erer H?rte und besserer Korrosionsbest?ndigkeit.

A413: Eine Legierung mit guter Gie?barkeit und bemerkenswerter Druckdichtigkeit; eine Alternative zu A380.

ADC12: Eine in Asien weit verbreitete Legierung für Druckguss mit guten mechanischen Eigenschaften und Gie?barkeit. 

Verfahren zum Gie?en von Aluminium

Der Schmelzvorgang ist der erste Schritt bei der Herstellung von Aluminiumguss. Dabei werden Rohstoffe geschmolzen, in der Regel Prim?raluminium, recyceltes Aluminium und Legierungselemente. Der Schmelzvorgang findet in ?fen mit 700°C bis 800°C statt. Zu den wichtigsten Aspekten beim Schmelzen geh?ren:

Schutz vor Oxidation. Aluminium oxidiert leicht, wenn es der Luft ausgesetzt wird, und bildet eine Schicht aus Aluminiumoxid (Al2O3). Um die Oxidation zu verringern, werden Inertgase oder Flussmittel eingesetzt.

Homogenit?t der Legierung. Das richtige Mischen von Legierungselementen stellt sicher, dass eine einheitliche Zusammensetzung und einheitliche Eigenschaften erzielt werden.

Für die Herstellung von Aluminiumgussteilen gibt es zahlreiche Gie?verfahren, die alle ihre Vor- und Nachteile haben.

Sandgie?en

Dieses Sandgussverfahren ist eines der ?ltesten und vielseitigsten im Aluminiumguss. Bei diesem Verfahren wird eine Dauerform aus einem Sandgemisch hergestellt und geschmolzenes Metall in diese Form gegossen. Das Verfahren eignet sich sehr gut für gr??ere, komplexere Aluminiumteile und erm?glicht Flexibilit?t in Bezug auf Gr??e und Form des Teils.

Vorteile: Geringe Kosten, geeignet für gro?e und komplexe Teile und flexible Gestaltungsm?glichkeiten.

Nachteilig: Im Vergleich zu anderen Verfahren geringere Ma?haltigkeit und Oberfl?chengüte.

Druckgie?en

Druckguss ist die Methode der Schnelligkeit und Effizienz. Bei diesem Verfahren wird geschmolzenes Aluminium unter sehr hohem Druck direkt in eine Matrize oder Form gespritzt.

Vorteile: Hohe Produktionsraten, hervorragende Ma?genauigkeit und glatte Oberfl?chen.

Nachteilig: Hohe anf?ngliche Werkzeugkosten, begrenzt auf kleinere Gussstücke.

Feinguss

Beim Feinguss wird ein Wachsmodell mit einem keramischen Schlamm beschichtet, um eine Form herzustellen, die dann erhitzt wird, um das Wachs zu schmelzen, und dann mit geschmolzenem Aluminium gefüllt wird. Es eignet sich gut für die Herstellung von dünnwandigen Aluminiumgussteilen mit einer Mindestwandst?rke von 0,40 mm. 

Vorteile: Hohe Pr?zision, hervorragende Oberfl?chengüte und die M?glichkeit, komplexe Formen zu erzeugen.

Benachteiligungen: Kostspieliger und zeitaufw?ndiger Prozess.

Kokillengie?en

Bei der Dauerformgusstechnik werden Metallformen verwendet, die wiederverwendet werden k?nnen. Bei diesem Verfahren wird geschmolzenes Aluminium durch Schwerkraft oder geringen Druck in die Dauerform gegossen. Dieses Verfahren eignet sich für m??ige Mengen von Aluminiumgussteilen.

Vorteile: Gute Oberfl?chengüte, Ma?genauigkeit und schnellere Produktionszeit im Vergleich zum Sandguss.

Nachteilig: Die Werkzeuge sind teurer und auf einfache Geometrien beschr?nkt.

Eigenschaften und Vorteile von Gussaluminium

Mechanische Eigenschaften

Aluminiumgusslegierungen weisen je nach ihrer Zusammensetzung und den vorherrschenden W?rmebehandlungen eine Reihe von mechanischen Eigenschaften auf.

Zugfestigkeit	Streckgrenze	Dehnung	H?rte	Dichte
100-565 MPa	30-525 MPa	0.5-28%	25-170 HB	2,57-2,95 g/cm3

Leichtes Gewicht

Leichtigkeit ist ein weiteres gro?artiges Attribut von Aluminiumguss, es wiegt etwa 2,57-2,95 g/cm3, was es leicht macht im Vergleich zu Materialien wie Gusseisen und Stahl. Dieses geringere Gewicht sorgt für ein gutes Verh?ltnis zwischen Festigkeit und Gewicht, was von Vorteil ist, wenn sowohl Festigkeit als auch geringes Gewicht erforderlich sind.

Korrosionsbest?ndigkeit

Aluminiumgusslegierungen sind an der Oberfl?che mit einer Oxidschicht überzogen, die einen Schutzschild bildet und diesen Legierungen eine ausgezeichnete Korrosionsbest?ndigkeit verleiht. Aus diesem Grund werden sie für Anwendungen in korrosiven und feindlichen Umgebungen verwendet, z. B. für Schiffs- und Automobilkomponenten.

Hohe thermische und elektrische Leitf?higkeit

Aluminiumguss eignet sich für W?rmetauscher, Elektronikgeh?use und elektrische Bauteile, da sich Aluminium auch durch eine hohe thermische und elektrische Leitf?higkeit auszeichnet.

W?rmeleitf?higkeit: 87-233 W/m-K

Elektrische Leitf?higkeit: 21-45 %

Hohe Qualit?t 

Aluminiumgusslegierungen bieten eine gute Ma?haltigkeit und Oberfl?chengüte. Die Ma?toleranz liegt normalerweise zwischen IT6 und IT7 und kann in bestimmten F?llen IT4 erreichen. Die Oberfl?chenrauheit liegt in der Regel im Bereich von Ra 5 bis Ra 8, was den Bedarf an weiterer Nachbearbeitung reduziert. Es sei auch darauf hingewiesen, dass gegossene Aluminiumlegierungen eine h?here Festigkeit und H?rte aufweisen als sandgegossene Teile, wobei die Festigkeit normalerweise um über 25% bis 30% erh?ht und die Dehnung um etwa 70% verringert wird. Die mechanischen Eigenschaften sind trotz des Rückgangs der Dehnung für viele Anwendungen geeignet. Darüber hinaus k?nnen mit Aluminiumguss dünnwandige und komplexe Teile gegossen werden, wie z. B. Gussteile aus Zinklegierungen mit einer Mindestwandst?rke von 0,3 mm und Aluminiumgussteile mit einer Mindestst?rke von 0,5 mm; die Produktion weist Gussl?cher mit einem Durchmesser von nur 0,7 mm auf, und die Gewinde haben eine Mindeststeigung von nur 0,75 mm.?

Wirtschaftlicher Nutzen

Aufgrund der gro?en Genauigkeit und Oberfl?chengüte von Aluminiumgussteilen erfordern im Allgemeinen keine oder nur geringe zus?tzliche Bearbeitungsschritte. Diese Verbesserung bezieht sich auf die Nutzung von Metallen, die Verringerung umfangreicher Bearbeitungsmaschinen und die Einsparung von Arbeitskr?ften. Au?erdem sind Aluminiumgussteile aufgrund der Effizienz des Gie?verfahrens relativ billiger. 

Qualit?tskontrolle bei der Herstellung von Aluminiumguss

Defekt-Erkennung

Porosit?t, Schrumpfung, Risse und Einschlüsse sind einige der Fehler, die beim Gie?en von Aluminium auftreten k?nnen. Es gibt verschiedene Methoden zur Erkennung von Fehlern, darunter:

• Visuelle Inspektion: Beobachtung von Oberfl?chenfehlern.
• R?ntgenaufnahmen und CT-Scans: Erkennen von inneren Defekten.
• Ultraschallprüfung: Messung der inneren Festigkeit und Dicke.
• Farbeindringprüfung: Zur Aufdeckung von Oberfl?chenrissen.

Ma?genauigkeit

Die Genauigkeit beim Gie?en ist sehr wichtig, vor allem für die korrekte Funktion und Passform. Um die Ma?genauigkeit zu gew?hrleisten, werden verschiedene Techniken wie Koordinatenmessmaschinen (KMG) und Laserscanner eingesetzt.

Oberfl?che

Das Oberfl?chenfinish wird durch Eloxieren, Polieren und Beschichten erreicht. Eloxieren ist eine h?ufig verwendete Oberfl?chenbehandlung, die die Korrosionsbest?ndigkeit erh?ht und das Aussehen verbessert.

Zukünftige Trends in der Aluminiumgussproduktion

Additive Fertigung

3D-Druck von Metall erfreut sich zunehmender Beliebtheit, da es eine effiziente und schnelle M?glichkeit bietet, komplexe Geometrien zu konstruieren und dabei wenig Material zu verschwenden. Es eignet sich hervorragend für die Herstellung von Prototypen und Kleinserien. 

Nachhaltige Produktion

Metall hat eine viel l?ngere Lebensdauer, und der Recyclingprozess von Aluminium erfordert nur etwa 5% Energie und ist daher umweltfreundlicher. Die Industrie setzt erfolgreich auf geschlossene Kreislaufsysteme zur Abfallminimierung.

Fortschrittliche Legierungen

Die Forschung ist noch im Gange, um neue Aluminiumgusslegierungen zu synthetisieren, die bessere Eigenschaften wie h?here Zugfestigkeit, bessere W?rmeleitf?higkeit und Korrosionsbest?ndigkeit aufweisen. 

Schlussfolgerung

Aluminiumguss ist einer der wichtigsten Werkstoffe in der modernen Fertigung und bietet eine Mischung aus Leichtigkeit, Festigkeit und Vielseitigkeit, die von vielen Branchen gesucht wird. Das Verst?ndnis der Zusammensetzung, des Herstellungsprozesses, der Eigenschaften und der Anwendungen von Aluminiumguss erm?glicht es den Herstellern, Aluminiumguss in einer Weise zu nutzen, die sich für die Herstellung innovativer, leistungsstarker Produkte eignet. Die Industrie entwickelt sich weiter und macht Fortschritte im Leichtbau, additive Fertigungund Nachhaltigkeit werden die Horizonte des Aluminiumgusses noch erweitern. Dieser Leitfaden ist eine Fundgrube für alle, die ihr Wissen über Aluminiumguss und seine Stellung im Produktionsumfeld vertiefen m?chten.