Materialkunde der Nichteisenmetalle und -legierungen

Jens Freudenberger, Martin Heilmaier

• Verlag: Wiley-VCH
• Jahr: 2020
• ISBN drucken: 9783527346288
• eBook-ISBN: 9783527822553
• Auflage: 1
• Thema: Technik & Maschinenbau
• Thema: Werkstoffwissenschaft

Aktuelles Lehrbuch zur Materialkunde der Nichteisenmetalle - kompakt, übersichtlich, verständlich Die Werkstoffklasse der Nichteisenmetalle ist groß: man teilt sie ein in Leicht-, Bunt-, Alkali- und Erdalkalimetalle, hochschmelzende und Refraktärmetalle sowie Metalle der Platingruppe und Edelmetalle. Diese Vielfalt der (teilweise überlappenden) Klassifizierungen entspricht den unzähligen Anwendungsmöglichkeiten der Nichteisenmetalle, die im Blick auf die technische und wirtschaftliche Bedeutung den eisenbasierten Werkstoff en in nichts nachstehen. Daher spielen die Nichteisenmetalle auch in der Hochschullehre für Studierende der Material- und Werkstoffwissenschaften und des Maschinenbaus eine immer größere Rolle.
Materialkunde der Nichteisenmetalle und -legierungen gibt eine Einführung in die Materialphysik der Nichteisenmetalle und ihrer Legierungen mit dem Fokus auf Darstellung, Konstitution, Gefüge, mechanische und physikalische Eigenschaften, die den Einsatz in der Anwendung bestimmen. Kompakt und klar strukturiert erlangen die Leserinnen und Leser einen Überblick über die Leistungsfähigkeit der Nichteisenmetalle und deren Grenzen und erwerben die Kompetenz, die Einsatzmöglichkeiten anhand der jeweiligen Eigenschaften zu bewerten. * Klar strukturiert: in einheitlich aufgebauten Kapiteln werden die wichtigsten Nichteisenmetalle und ihre Legierungen dargestellt, stets im Zusammenhang mit ihren Anwendungen
* Top Team: die Autoren verfügen über langjährige Lehrerfahrung und gehören zu den bekanntesten Werkstoffwissenschaftlern Deutschlands Materialkunde der Nichteisenmetalle und -legierungen richtet sich an Bachelor- und Master-Studenten der Materialwissenschaften, Master-Studenten der Physik und Chemie, Ingenieurstudenten, sowie an Materialwissenschaftler und Metallurgen.

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Aluminium und Aluminiumlegierungen

Aluminium ist ein silbrig-weißes Leichtmetall. Mit einem Gehalt von circa 8,2% ist es das in der Erdkruste am häufigsten vorkommende metallische Element. Allerdings kommt Aluminium aufgrund seines unedlen Charakters in der Natur nicht gediegen, sondern ausschließlich in gebundener Form vor. Die Herstellung von metallischem Aluminium ist daher sehr aufwändig. Hinzu kommt, dass die Gewinnung von Aluminium in einem großtechnischen Maßstab an die Verfügbarkeit von elektrischer Energie geknüpft ist. Die wirtschaftliche Verarbeitung des Aluminiums geschah deshalb erst ab dem Ende des 19. Jahrhunderts, als elektrische Energie in ausreichender Menge zur Verfügung stand und der sogenannte Hall-Héroult-Prozess zur elektrolytischen Reduktion von Al₂O₃ zu flüssigem Metall bereitstand. Zuvor war Aluminium ein Symbol von Macht und Reichtum.^1,2 Heute sind die Anwendungsmöglichkeiten vielfältig und reichen von Getränkedosen, Haushaltsgegenständen bis hin zu Fahrzeugkomponenten und Anlagen für die chemische Industrie. Der Großteil der Aluminiumlegierungen wird im Verkehrssektor verarbeitet, s. Abb. 1.1.

Die Tab. 1.1 gibt einen Überblick über die wichtigsten Eigenschaften von Aluminium und ordnet die Kennwerte in das Spektrum ausgewählter Metalle ein. Aluminium verfügt demzufolge über eine sehr geringe Dichte von nur 2,7 g/cm³, wodurch es insbesondere als Basis von Werkstoffen für den strukturellen Leichtbau gerne verwendet wird, allerdings ist dabei der vergleichsweise geringe Elastizitätsmodul zu berücksichtigen. Ebenso beachtenswert ist die Schmelztemperatur von Aluminium. Diese beträgt 660 °C, wodurch deutlich wird, dass Aluminium und Aluminiumlegierungen wohl eher nicht bei hohen Temperaturen zum Einsatz kommen. Trotz dieser unzureichenden Eigenschaften sind Aluminium und Aluminiumlegierungen gegenwärtig die wichtigsten Nichteisenmetalle. Dies liegt neben der geringen Dichte an der guten Leitfähigkeit und chemischen Beständigkeit; zudem ist Aluminium sehr gut umformbar. Die Tab. 1.2 listet die verschiedenen Eigenschaften von Aluminium auf und klassifiziert grob ihre Bedeutung für die verschiedenen Anwendungsfelder.

Abb. 1.1 Hauptanwendungsgebiete des Aluminiums für das Jahr 2015 in Deutschland. Nach: Gesamtverband der Aluminiumindustrie e.V., 2017. URL: www.aluinfo.de/absatzmaerkte.html (letzter Zugriff: 12/2018).

Tab. 1.1 Ausgewählte Kennwerte des Aluminiums. Nach: A.M. Russell und K.L. Lee. Structure-property relations in nonferrous metals. Wiley VCH, 2005.

a) engl. fcc = face centred cubic, deutsch kfz = kubisch flächenzentriert.

Tab. 1.2 Bedeutung der Eigenschaftender Aluminiumlegierungen für die verschiedenen Anwendungsfelder. Hierin bedeuten: •: sehr wichtig, o: erwünscht. Nach: C. Kammer. Aluminium Taschenbuch: Band 1: Grundlagen und Werkstoffe. Beuth, 2011.

Tab. 1.3 Herausragende positive und negative Eigenschaften von Aluminium und seinen Legierungen.

+

geringe Dichte hohe Duktilität gute Leitfähigkeit gute Umformbarkeit schützende Oxidschicht

–

geringe Härte geringe Dauerschwingfestigkeit niedriger E-Modul

---

Die Dichte von Al beträgt 2,7 g/cm³ (dies entspricht etwa einem Drittel der Dichte von Stahl). Obwohl im Vergleich zu Stahl die Zugfestigkeit gering ausfällt, ist die auf die Dichte bezogene Festigkeit, die spezifische Festigkeit, hoch. Daher rührt auch die häufige Anwendung von Aluminiumlegierungen im strukturellen Leichtbau. Betrachtet man ein Stahlkabel mit Durchmesser D = 12,5 mm, R_p0,2 = 315 MPa und ρ = 7,9 g/cm³, so kann dieses eine maximale Last von

(1.1)

aushalten, bevor es sich signifikant plastisch verformt. Das Metergewicht des Kabels berechnet sich wie folgt:

(1.2)

Im Vergleich dazu wird eine mischkristall- und ausscheidungsgehärtete Aluminiumlegierung im angelassenen Z...

Inhaltsverzeichnis

• Cover
• Inhaltsverzeichnis
• Vorwort zu Materialkunde der Nichteisenmetalle und -legierungen
• Über die Autoren
• Einordnung der Metalle
• 1 Aluminium und Aluminiumlegierungen
• 2 Titan und Titanlegierungen
• 3 Magnesium und Magnesiumlegierungen
• 4 Nickel und Nickellegierungen
• 5 Kupfer und Kupferlegierungen
• 6 Silber und Silberlegierungen
• 7 Gold und Goldlegierungen
• 8 Platinmetalle und ihre Legierungen
• 9 Refraktärmetalle und ihre Legierungen
• Stichwortverzeichnis
• Endbenutzer-Lizenzvereinbarung