(Eine
Abhandlung über Legierungen
von Knut)
Moin zusammen,
habe mir mal die Mühe gemacht, die verschiedenen
Guss-Aluminium-Legierungen an unseren Motorrädern zu analysieren
und deren typische Eigenschaften aufzulisten. Unterschiede ergeben sich
im Wesentlichen bei der Behandlung der Oberflächen für dekorative
Zwecke. Beim Reinigen, Polieren oder Eloxieren sowie beim Schweissen oder
Spanen ergeben sich aufgrund der Legierungs- zusammensetzung mehr oder
weniger gute Ergebnisse.
Einfluss der Hauptlegierungselemente auf die
Eigenschaften:
Silizium: verbessert die Gießeigenschaften, verursacht
jedoch eine Graufärbung insbesondere beim Eloxieren
Kupfer: steigert die Festigkeit auch bei erhöhten
Temperaturen, verschlechtert die Korrosionseigenschaften
Magnesium: bewirkt in Verbindung mit geringen Anteilen
von Si die Selbstaushärtung, verbessert die Korrosionseigenschaften
Zink: verbessert die Festigkeit, verstärkt die Selbstaushärtung
bei AlMg-Legierungen
Legierungsarten
Kolbenlegierungen:
etwa wie AlSi12CuNi(Mg) bestehen aus ca. 12% Silizium und je ca. 1,0%
Kupfer, Nickel und Magnesium.
Durch den hohen Siliziumgehalt wird eine gute Giessbarkeit und hohe Warmfestigkeit
gewährleistet. Die Zusätze an Cu, Ni bewirken eine Stabilisierung
der Formänderung bei späterer thermischer Beanspruchung bei
vorhergehender Wärmebehandlung (Suche auch "Hefekolben")
Werte bei 20°C: 0,2% Dehngrenze = ca. 200 MPa; Zugfestigkeit = ca.
210 MPa; Bruchdehnung < 1% !
Werte bei 200°C: 0,2% Dehngrenze = ca. 100 MPa; Zugfestigkeit = ca.
160 MPa; Bruchdehnung = 2,5%
Erstarrungsintervall 585 - 540°C
Die Legierung lässt sich sehr gut spanabhebend bearbeiten. Die Schweissbarkeit
ist je nach Giessverfahren mäßig bis gut. Die Legierung ist
gegen Witterungseinflüsse ausreichend, gegen Meerwasser jedoch nicht
beständig.
Anwendungsbeispiel: Kolben, ggf. Al-Pleuel
Legierung für Zylinder und Zylinderkopf:
Sehr ähnlich der AlSi12CuNi aber aufgrund des geringeren Preises
mit grösseren Toleranzen bei den sekundären Beimengungen wie
Fe, Mn und Ti. Dadurch auch ca. 10% geringere Festigkeit.
Giess-Legierung für Gehäuse:
etwa wie AlSi6Cu4 bestehen aus ca. 6% Silizium und 4% Kupfer bei geringen
Mangan und Magnesiumgehalten. Es ist eine günstige Legierung und
erzeugt mäßige bis gute Oberflächen im Sandgussverfahren.
Eine Wärmebehandlung wird durch die massive Verschlechterung der
Bruchdehnung bei nur mäßiger Festigkeitssteigerung nicht durchgeführt.
Werte bei 20°C: 0,2% Dehngrenze = ca. 120 MPa; Zugfestigkeit = ca.
180 MPa; Bruchdehnung < 0,5% !
Werte bei 200°C: 0,2% Dehngrenze = ca. 60 MPa; Zugfestigkeit = ca.
130 MPa; Bruchdehnung = 1,5%
Erstarrungsintervall 630 - 500°C
Die Legierung lässt sich sehr gut spanabhebend bearbeiten. Die Schweissbarkeit
ist gut, allerdings selten durchgeführt.
Die Polierbarkeit ist gut. Eine technische Eloxierbarkeit ist gut, es
bildet sich eine grau bis grau-schwarze Eloxierschicht aus. Dekorative
Schichten werden nicht angewendet. Die Legierung ist gegen Witterungseinflüsse
ausreichend, gegen Meerwasser jedoch nicht beständig.
Anwendungsbeispiel: Motor- Differential- und Getriebegehäuse, LiMa-Deckel,
Bremstrommeln
Giess-Legierung für Dekorteile
GK-AlMg3 mit ca. 3% Magnesium und bis zu 0,5% Silizium. Geringe Anteile
Ti und Be zur Kornverfeinerung werden heute zulegiert.
Werte bei 20°C: 0,2% Dehngrenze = ca. 80 MPa; Zugfestigkeit = ca.
150 MPa; Bruchdehnung = 5-10%
Erstarrungsintervall 650 - 600°C
Die Legierung lässt sich hervorragend mechanisch bearbeiten, die
Schweissbarkeit ist ausreichend. Im Kokillengiessverfahren dichte Oberflächen.
Die Polierbarkeit ist ausgezeichnet, Gußteile sind chemisch oder
elektrolytisch glänzbar, eine dekorative Eloxierung ist ausgezeichnet
durchführbar.
Ausgezeichnet beständig gegen Witterungseinflüsse und Meerwasser.
Anwendungsbeispiel: Dekorative Anbauteile mit dichter Oberfläche
wie Lenkungsdämpfer, Kappen der Stossdämpfer, Alu-Hülsen,
Kupplungs- und Bremshebel, Stösselführung, Alu-Felgen
Wenn die Lichtmaschine aus Al gefertigt ist, kann
es nur diese sein:
Giess-Legierung für LiMa- Rotoren und
Anker:
Reinaluminium Al99,5 wegen der ausgezeichneten elektrischen Leitfähigkeit
von bis zu 36 MS/m und der guten Zerspanbarkeit. Erstarrungstemperatur
660°C
Knut
Nachtrag:
Das beste Beispiel für die Verwendung von Magnesium im Fahrzeugbau
hat VW mit dem Getriebegehäuse des Boxers gegeben. Bis 1968 wurden
die Gußlegierungen AZ91 und AZ81 verwendet, die im wesentlichen
wegen der guten Dämpfungseigenschaften verwendet wurden.
Die Eigenschaften:
AZ91 = 9.0% Al, 0.7% Zn
Zugfestigkeit 190 MPa, 0,2% Dehngrenze = 160 MPa, Bruchdehnung 3%, el.
Leitfähigkeit = 7,1 MS/m (sprich: Mega Siemens pro Meter)
AZ81 = 8.0% Al, 0.7% Zn
Zugfestigkeit 190 MPa, 0,2% Dehngrenze = 100 MPa, Bruchdehnung 2%, el.
Leitfähigkeit = 7,3 MS/m
Als die Motorleistung mit Einführung der 1,5l
und 1,6l Motoren stieg, fiel die Kriechfestigkeit wegen der höheren
Kurbelgehäusetemperaturen (bis 150°C) ab. Dies führte zum
Kriechen der Magnesiumlegierung und zum Lockern der Kurbelgehäuseverschraubung.
Die Gehäuse waren nicht mehr sicher abzudichten. Norsk Hydro und
die TU Hannover entwickelten daraufhin zwischen 1965 und 1971 die Magnesiumlegierungen
AS41 und später AS21 für Motor- und Getriebegehäuse.
Auch für diese Werkstoffe die Eigenschaften:
AS41 = 4.0% Al, 1.0% Si
Zugfestigkeit 210 MPa, 0,2% Dehngrenze = 140 MPa, Bruchdehnung 6%, el.
Leitfähigkeit = 9,7 MS/m
AS21 = 2.0% Al, 1.0% Si
Zugfestigkeit 175 MPa, 0,2% Dehngrenze = 110 MPa, Bruchdehnung 9%, el.
Leitfähigkeit = 10,5 MS/m
Die Werte für die elektrische Leitfähigkeit
habe ich ganz bewusst mit angegeben. Wenn an den BMW Magnesiumlegierungen
verbaut wurden, können es nur die AZ91 oder AZ81 sein. Die Messung
der Leitfähigkeit mittels Sigmascope (Wirbelstromprüfung) habe
ich gerade am Motorgehäuse durchgeführt (Trommelwirbel.......)
Zwischen 15,6 und 16,4 MS/m (Motor-, Getriebe- und
Bremsgehäuse). Sollwerte für AlSi6Cu4 = 15,0 - 19,0 MS/m
Ca. 22 MS/m am Bremshebel. Sollwert für AlMg3 = 18,0 - 23,0 MS/m
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