Duraluminium
Duralumin(ium), kurz Dural, ist eine Aluminiumlegierung, die besonders im Vergleich mit Reinaluminium durch die erzielte hohe Festigkeit und Härte ein neues Zeitalter für Aluminium eröffnete.
Entwicklung
1906 entwickelte Alfred Wilm im Rahmen von Untersuchungen zur Festigkeitssteigerung von Aluminiumlegierungen die erste ausschließliche Knetlegierung. Seine Entdeckung war, die Härte der Legierung dadurch zu steigern, dass man die in der Stahlherstellung gebräuchlichen Verfahren zur Festigkeitssteigerung auf eine Aluminiumlegierung übertrug. Es wurde zufällig festgestellt, dass Legierungsproben, die man nach dem Abschrecken noch einige Tage liegen ließ, tatsächlich eine erhöhte Festigkeit aufwiesen. Das zugrundeliegende Prinzip bezeichnet man als Ausscheidungshärtung.
Das neue Material wurde ab 1909 von den Dürener Metallwerken hergestellt und der Name Duralumin nebst einigen ähnlichen (DURAL) als eingetragene Warenzeichen geschützt. Wilms Legierung aus Aluminium, 3,5 bis 5,5 Prozent Kupfer, 0,5 bis 0,8 Prozent Magnesium und 0,6 Prozent Mangan sowie bis zu 1 Prozent Silizium und 1,2 Prozent Eisen wurde auch zum Patent angemeldet. Der Name wurde abgeleitet vom lateinischen durus für „hart“ (oder besser: „ausdauernd“ im Sinne von beständig, widerstandsfähig), wobei in der Literatur gelegentlich auch ein Zusammenhang zum Arbeitsort Düren beschrieben wird, sowie vom Hauptbestandteil der Legierung Aluminium. Inzwischen gibt es zahlreiche vergleichbare Legierungen, die den Herstellernamen in die Legierungsbezeichnung eingefügt haben.
Materialeigenschaften
Duraluminium gehört zu den Aluminiumlegierungen der Gruppe AlCuMg (Werkstoffnummer 2000 bis 2999) und wird vor allem kaltausgehärtet verwendet. Es ist nicht sehr korrosionsbeständig, nur bedingt anodisierbar und schweißbar.<ref>J. Gobrecht: Werkstofftechnik – Metalle. ISBN 978-3-486-57903-1.</ref> Heute wird der Name Duraluminium vorwiegend zu lexikalischer Definition verwendet. Ähnliche Legierungen werden indessen weiterhin in der Luftfahrt verwendet.
Gegenüber reinem Aluminium hat Duraluminium eine geringfügig größere Dichte. Die Zugfestigkeit beträgt jedoch zwischen 180 und 450 N/mm² (laut anderer Quelle bis zu 800 N/mm²<ref name="nasser" />) und damit bis zu dem zehnfachen von reinem Aluminium, das nur etwa 80 N/mm² aufweist.<ref name="LexLuft">Niels Klußmann, Arnim Malik: Lexikon der Luftfahrt. ISBN 978-3-540-49095-1.</ref> Auch die technisch sehr wichtige Dehngrenze liegt bei über 250 N/mm² gegenüber 30 N/mm² bei reinem Aluminium.<ref name="LexLuft" /> Ähnlich verhält es sich bei der Brinellhärte, wo ein HB-Wert von etwa 125 gegenüber 22 bei Reinaluminium erreicht wird.<ref name="LexLuft" /> Die Bruchdehnung wird mit 22 Prozent als dreifach höherer Wert gegenüber 7 Prozent bei Reinaluminium angegeben. Ein weiterer wichtiger Punkt ist, dass Duraluminium durch Alterung an seiner Festigkeit nichts einbüßt.<ref name="nasser" />
Die Grundlage für die Härtung gegenüber Reinaluminium liegt darin, dass nach schneller Abkühlung der Legierung nach einiger Zeit eine bei der Abschreckung zunächst unterdrückte Ausscheidung einer Zweitphase (der intermetallischen Verbindung CuAl2) im Grundgefüge der Legierung stattfindet, ein Vorgang, der eine deutliche Festigkeitssteigerung zur Folge hat. Diese Ausscheidung der festigkeitssteigernden Zweitphase kann bei sowohl Raumtemperatur als auch bei erhöhten Temperaturen erfolgen („Kaltauslagern“ – „Warmauslagern“) und erreicht ihr Optimum nach zwei Tagen.
Das Härten von Aluminiumlegierungen hat ansonsten nichts mit den bei der Stahlhärtung stattfindenden Prozessen zu tun. Dort sinkt die Festigkeit nach einer Wiedererwärmung des abgeschreckten Stahls, bei den Al-Legierungen steigt sie an.<ref name="nasser">Nasser Kanani: Werkstoffkunde für Oberflächentechniker und Galvaniseure. ISBN 978-3-446-40741-1.</ref>
| 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 |
| Unlegierter Stahl (S355) | 7,9 | 200.000 | 510 | 19 | 120–140 |
| Chrom-Nickel-Stahl | 7,9 | 200.000 | 500–750 | 40 | 130–190 |
| 54SiCr6<ref name="dew">1.7102. 54SiCr6. Cr-Si-legierter Federstahl (PDF; 1,1 MB).</ref> (Federstahl) | 7,46 | 210.000 | 1450–1750 | 6 | 230–280 |
Durch das Aushärten erreicht Duraluminium also fast die Festigkeit weicher Stähle. Der gegenüber Reinaluminium höheren Anfälligkeit für Korrosion begegnet man durch eine Plattierung mit Reinaluminium, Eloxieren oder Lackierung.<ref>Wolfgang Bergmann: Werkstofftechnik, Teil 2. ISBN 978-3-446-41711-3.</ref>
Anwendungen
Durch die verbesserten Materialeigenschaften wurde der Ersatz von Stahl durch eine Aluminiumlegierung in der Luftfahrt und Waffentechnik überhaupt erst sinnvoll. Frühere Legierungen wie die Zink-Aluminium-Legierungen waren bedeutend anfälliger für Spannungskorrosion und erreichten bei weitem nicht die erforderliche Festigkeit.<ref name="Helmut Maier">{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref><ref name="Otto Brandt, H. Dubbel, W. Franz, R. Hänchen, O. Heinrich, Otto Kienzle, R. Kühnel, H. Lux, K. Meller, W. Mitan, W. Quack, E. Sachsenberg">{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref>
Bereits 1911 fand Duraluminium eine großtechnische Anwendung für das Traggerüst des britischen Luftschiffs HMA No. 1 Mayfly.<ref name="FLIGHT, May 27, 1911"/> Ab 1914 wurde es auch für den Bau der deutschen Zeppelin-Luftschiffe (erstmals beim LZ 16 / Z XII) eingesetzt.<ref name= "_220"/> 1929 wurde ein Ganzmetall-Luftschiff – das amerikanische ZMC-2 – gefertigt. Es bestand inklusive einer Blech-Gashülle vollständig aus Duraluminium.
Neben den Luftschiffbauern wurde auch Hugo Junkers angeregt, Duraluminium bei der Junkers J 7 (1917) einzusetzen. Eines der ersten Passagierflugzeuge, die Junkers F 13 (1919), war ein Vollmetall-Verkehrsflugzeug, bei dem Duralumin als Werkstoff für das Chassis verwendet wurde.<ref name="Philipp Hassinger">{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref><ref name="Hans Otto Frøland, Mats Ingulstad, Jonas Scherner">{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref> Duraluminium zeigte sich auch gut geeignet für die damals neue Monocoque-Konstruktion von Flugzeugzellen. Im modernen Flugzeugbau ist Duraluminium heute als Werkstoff 2017, 2117 oder 2024 bekannt.<ref>Rambabu, P & Eswara Prasad, N & V. Kutumbarao, V & Wanhill, Russell. (2017). Aluminium Alloys for Aerospace Applications. 29-52. 10.1007/978-981-10-2134-3_2.</ref>
Der Einsatz im Kraftfahrzeugbau war anfangs durch den hohen Preis und die schwierigere Verarbeitung nur eingeschränkt möglich. Der Einsatz hochfester Aluminiumlegierungen im PKW-Bau hat aus Leichtbaugründen insbesondere seit den 2000er Jahren stark zugenommen, z. B. als Karosseriebeplankungsteile aus AlMgSi-Legierungen, als Strukturgussbauteile oder Versteifungsbleche aus AlMg-Legierungen. Kupferhaltige AlCuMg-Legierungen wie Duraluminium sind dagegen in Serienanwendungen aufgrund der geringen Korrosionsbeständigkeit unüblich.<ref>{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref>
Beispiele für den Einsatz sind besonders Karosserieteile. Motorhauben und Kofferraumklappen sind inzwischen weitgehend durch dünnwandigen Präzisionsdruckguss ersetzt (EVACAL- und PORAL-Verfahren).<ref name="Friedrich Ostermann">{{#invoke:Vorlage:Literatur|f}}</ref>
Literatur
- Paul Krais: Werkstoffe. Band 2, A. Barth, Leipzig 1921, S. 517–518.
- Eintrag zu Duralumin. In: Römpp Online. Georg Thieme VerlagVorlage:Abrufdatum
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- A. von Zeerleder: Technologie der Leichtmetalle. Rascher, Zürich 1947.
- Stephan Hasse. Gießerei-Lexikon. 19. Auflage. Schiele und Schön, Berlin 2007, ISBN 978-3-7949-0753-3, siehe: Duraluminium.
Weblinks
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Einzelnachweise
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</references>
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- Wikipedia:Vorlagenfehler/Vorlage:Toter Link
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