Mit der Entdeckung von Duralumin(ium) begann für den technischen Einsatz von Aluminium ein neues Zeitalter. Bei Duraluminium handelt es sich um eine, im Vergleich zu Reinaluminium, besonders feste und harte Aluminiumlegierung.
Entwicklung
Alfred Wilm entwickelte 1906 im Rahmen verschiedener Versuche zur Steigerung der Festigkeit von Aluminiumlegierungen die erste reine Knetlegierung. Er fand heraus, dass sich manche zur Herstellung von besonders festem Stahl gebräuchlichen Verfahren auf Aluminiumlegierungen durchaus übertragen lassen. Dazu ließ er abgeschreckte Proben einfach einige Tage lang ruhen und untersuchte dann ihre Festigkeit. Sie waren tatsächlich fester als zuvor. Das Prinzip, welches dieser Methode zugrunde liegt, trägt in der Technik die Bezeichnung Ausscheidungshärtung.
Das neu entwickelte Material bekam den Namen Duralimin. Dieser Name sowie einige ähnlich klingende, wie etwa DURAL, ließen sich die Dürener Metallwerke 1909 als eingetragenes Warenzeichen schützen. Damit trat das Duraluminium seinen technischen Siegeszug an.
Materialeigenschaften von Duraluminium
Duraluminium gehört zur Aluminiumlegierungsgruppe AlCuMg und wird unter den Werkstoffnummern 2000 bis 2999 geführt. In der Praxis findet es vorwiegend im kaltausgehärteten Zustand Verwendung. Dabei ist Duraluminium nicht besonders korrosionsbeständig, lediglich bedingt anodisierbar und schwer schweißbar. Seinen Einsatz findet es heute vor allen Dingen in der Luft- und Raumfahrtindustrie, wobei die Bezeichnung Duraluminium vorwiegend nur noch als lexikalischer Begriff dient.
Duraluminium besitzt gegenüber reinem Aluminium nur eine geringfügig höhere Dichte. Allerdings beträgt seine Zugfestigkeit zwischen 180 und 450 N/mm. Damit ist sie rund zehn Mal so hoch, wie die Zugfestigkeit von reinem Aluminium. Auch bezüglich der technisch bedeutenden Dehngrenze punktet Dualaluminium gegenüber reinem Aluminium (30 N/mm²) mit immerhin 250 N/mm². Ähnlich stellt sich das Verhältnis der Brinellhärte dar, die bei reinem Aluminium bei 22 HB, bei Dualaluminium jedoch bei etwa 125 HB liegt. Die Bruchdehnung von Dualaluminium ist etwa drei Mal höher. Außerdem verliert es im Zuge des Alterungsprozesses keinerlei Festigkeit.
Vergleichstabelle Materialwerte für Aluminium und andere Werkstoffe:
|
Material |
Dichte in kg/dm³ |
E-Modul in N/mm² |
Zugfestigkeit in N/mm² |
Bruchdehnung in % |
Brinellhärte HB |
|
Dural AlCu4Mg1 |
2,75 – 2,87 |
73.000 |
420 – 500 |
< 22 |
115 – 135 |
|
Reinaluminium Al99,5 |
2,7 |
70.000 |
75 – 110 |
< 7 |
22 – 35 |
|
Stahl S355 |
7.9 |
200.000 |
510 |
19 |
120 – 140 |
|
V2A Chrom-Nickel-Stahl |
7.9 |
200.000 |
500 – 750 |
40 |
130 – 190 |
Grundlagen der Härtung von Duraluminium
Bei schneller Abkühlung (Abschrecken) der Aluminiumlegierung wird zunächst die Ausscheidungsphase, bei der sich das Gefüge ändert und die eine bedeutende Steigerung der Festigkeit zur Folge hat, unterdrückt. Diese Ausscheidung geschieht erst in der Zweitphase, entweder bei Raumtemperatur oder unter Wärmeeinwirkung. Dabei spricht man vom Kaltauslagern oder Warmauslagern des Werkstoffs. Nach etwa zwei Tagen ist der Prozess abgeschlossen und die höchste Festigkeit erreicht.
Ansonsten hat das Härten von Duraluminium kaum etwas mit dem Härten von Stahl gemeinsam. Beim Stahl sinkt die Festigkeit nach einer wiederholten Erwärmung, während sie bei Aluminiumlegierungen ansteigt.
Merke: Infolge des Aushärtprozesses kann Duralaluminium annähernd die gleichen Festigkeitswerte erreichen, wie weicher Stahl. Der gegenüber Reinaluminium bestehende Nachteil bezüglich Korrosion lässt sich durch Oberflächenbeschichtung, wie etwa Lackieren oder Eloxieren, begegnen.