Duraluminium

Bereits 1900 entwickelte Georges Charpy ein Verfahren zur Ausscheidungshärtung. Dr. Alfred Wilm wendete dieses Verfahren erfolgreich für Aluminiumlegierungen an und erfand 1909 das Duraluminium, das sich die Dürener Metallwerke sogleich als eingetragenes Warenzeichen schützen ließen.

Duraluminium war ein Pionierwerkstoff im Luftschiffbau. Es wurde 1911 im britischen Luftschiff HMA No. 1 „Mayfly“ eingesetzt und ab 1914 in den deutschen Zeppelinen LZ 16 und Z XII verbaut. Es ermöglichte die Entwicklung von Leichtflugzeugen mit Ganzmetallrümpfen, wie der Junkers F 13, und unterstützte die Monocoque-Bauweise.

Duraluminium ist ein vielseitiger Werkstoff, der eine Reihe attraktiver Vorteile bietet, aber auch Nachteile birgt:

• Festigkeit: Die Zugfestigkeit von Duraluminium beträgt zwischen 180 und 450 N/mm². Im Vergleich dazu bietet reines Aluminium lediglich eine Zugfestigkeit von etwa 80 N/mm².
• Langlebigkeit: Dank der Ausscheidungshärtung verfügt Duraluminium über eine äußerst stabile Grundstruktur und behält seine Festigkeit über vergleichsweise lange Zeit.
• Dichte: Duraluminium verfügt über eine Dichte von etwa 2,5 bis zu 2,8 g/cm3. Damit liegt die Dichte nur wenig höher als bei reinem Aluminium.
• Korrosionsanfälligkeit: Grundsätzlich ist Duraluminium korrosionsanfälliger als Reinaluminium. Durch Maßnahmen wie Eloxieren, Aluminium-Überzüge (Alclad) oder Lackierungen kann die Korrosionsbeständigkeit aber verbessert werden.
• Schweißbarkeit: Duraluminium ist nur bedingt schweißbar.
• Verformbarkeit: Duraluminium lässt sich gut verformen. Maßnahmen wie das Glühen können die Verformbarkeit weiter steigern.

Durch seine hohe Festigkeit und sein geringes Gewicht eignet sich Duraluminium hervorragend für vielseitige industrielle Einsatzbereiche:

• Luftfahrt: Duraluminium ist ein zentraler Werkstoff im Flugzeugbau, mit modernen Legierungen wie 2017, 2117 oder 2024, die in Flugzeugteilen, Tragflächen und Triebwerken verwendet werden.
• Fahrzeugbau: Egal ob Land Rover, Honda, Peugeot oder Austin-Healey – Duraluminium kommt in vielseitigen Anwendungen zum Einsatz, z. B. Motorblöcke, Zylinderköpfe, Getriebe, Räder, Karosserie, Tank, Stoßstange etc.
• Präzisionswerkzeuge: Durch seine hohe Festigkeit und gute Bearbeitbarkeit eignet sich Duraluminium hervorragend zur Herstellung von Präzisionswerkzeugen.
• Jagd- und Sportwaffen: Aufgrund seiner Robustheit und Leichtigkeit ist Duraluminium auch ein bevorzugtes Material für Repetier- und Kipplaufwaffen.
• Bauwesen: Für Leichtbaukonstruktionen und Brücken ist Duraluminium ein wertvoller Baustoff.
• Sportgeräte: Auch Sportgeräte wie Fahrräder und Skier profitieren vom geringen Gewicht und der hohen Festigkeit dieses Materials.

Duraluminium gehört zu den Aluminiumlegierungen der Gruppe AlCuMg (Werkstoffnummer 2000 bis 2999). Je nach Legierungszusammensetzung unterscheiden sich auch Eigenschaften wie die Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit, Verarbeitbarkeit, Schweißbarkeit und der Preis.

Die Werkstoffnummern für Duraluminium bzw. die geltenden Normen können sich regional unterscheiden. In Europa nutzen wir sowohl die EN-Norm (z. B. EN AW-2020) als auch die Aluminium-Association-Norm (z. B. AA2020). In den USA wird vor allem auf die AA-Norm gesetzt.

Anhand der ersten Ziffer ihrer Werkstoffnummer lassen sich zwei Hauptsorten klassifizieren. Folgende Tabelle beschreibt einige der wichtigsten Duraluminium-Sorten.

Die Ausscheidungshärtung oder Auslagerungshärtung, ist eine Wärmebehandlung zur Steigerung der Festigkeit und Härte von Legierungen wie Duraluminium. Dadurch wird das Material deutlich fester als Reinaluminium. Dieses Verfahren umfasst drei wesentliche Schritte:

• Lösungsglühen: Zunächst wird die Duraluminiumlegierung auf eine hohe Temperatur erhitzt, bei der Legierungselemente wie Kupfer oder Mangan im Aluminium gelöst werden.
• Abschrecken: Anschließend wird das Material schnell abgekühlt, oft durch Eintauchen in Wasser oder Öl. Dabei wird eine übersättigte feste Lösung erzeugt und die gelösten Atome werden im Grundmetall „eingefroren“.
• Ausscheidung/Auslagern: Im letzten Schritt wird das Material bei Raumtemperatur oder bei erhöhter Temperatur über einen längeren Zeitraum gelagert. Dabei bilden sich feine Teilchen aus den gelösten Elementen (Sekundärphasen). Diese Ausscheidungen blockieren die Bewegung von Versetzungen im Metallgitter, was die Festigkeit und Härte der Legierung erhöht.

Die jeweiligen Legierungselemente und ihre Konzentration sind entscheidend für das Ergebnis der Ausscheidungshärtung:

• Kupfer ist die Basis für die Ausscheidungshärtung, die Duraluminium seine hohe Festigkeit verleiht und steigert die Härte.
• Magnesium erhöht die Zugfestigkeit und Härte.
• Mangan sorgt für eine bessere Dehn- und Zugfestigkeit sowie eine höhere Korrosionsbeständigkeit.

Genau wie andere Aluminiumlegierungen eignet sich Duraluminium hervorragend zum Recycling. Die Wiederverwendung als Sekundäraluminium benötigt deutlich weniger Energie als die primäre Aluminiumherstellung. Aluminium wird mittels energieaufwendiger Schmelzflusselektrolyse aus Bauxit gewonnen. Der Energiebedarf beim Recycling von Aluminium liegt hingegen nur bei etwa 4 bis 6 % des ursprünglichen Herstellungsprozesses.

Somit spart das Recycling von Aluminium nicht nur Rohstoffe, sondern reduziert auch CO2-Emissionen. Dadurch gilt Aluminium als vergleichsweise umweltfreundlicher Werkstoff, der zu einer nachhaltigen Materialwirtschaft beiträgt.