Anwendungstechnologie Aluminium: mit 111 Tabellen
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| 1. Verfasser: | |
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| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Berlin [u.a.]
Springer
2007
|
| Ausgabe: | 2., neu bearb. und aktualisierte Aufl. |
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| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | Auch als Internetausgabe |
| Beschreibung: | XX, 887 S. Ill., graph. Darst. |
| ISBN: | 9783540238829 3540238824 9783540711964 |
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Tabellenverzeichnis XVII
1 Einführung 1
1.1 Der Wettbewerb der Werkstoffe in den Märkten 1
1.2 Innovationsgrundlagen 3
2 Märkte und Anwendungen 9
2.1 Aluminium im Automobilbau 10
2.1.1 Aluminium im Antriebsbereich 13
2.1.2 Aluminium im Fahrwerksbereich 22
2.1.3 Aluminium im Karosseriebau 27
2.2 Aluminium im Nutzfahrzeugbau 41
2.3 Aluminium im Schienenfahrzeugbau 46
2.3.1 Entwicklung aluminiumgerechter Baukonzepte 47
2.3.2 Aluminiumwerkstoffe für die Schienenfahrzeugbau 51
2.3.3 Schweißverbindungen im Schienenfahrzeugbau 53
2.4 Aluminium im Schiffbau 58
2.5 Aluminium im Flugzeugbau 61
2.6 Architektur und Ingenieurbau 67
2.7 Sonstige Anwendungsmärkte 72
2.7.1 Maschinen-, Apparate- und Werkzeugbau 72
2.7.2 Elektrotechnik 74
2.7.3 Verpackung 75
3 Legierungsaufbau, Wärmebehandlung, Normen 79
3.1 Gefügebausteine der Aluminiumwerkstoffe 80
3.1.1 Gefügematrix 80
3.1.2 Gitterfehler 83
3.1.3 Korngrenzen 91
3.1.4 Mischkristallbildung 94
3.1.5 Primärphasen (Gußphasen) 100
3.1.6 Sekundärphasen 100
3.1.7 Warmverformungs-, Faser-, Erholungs¬
und Rekristallisationsgefüge 110
3.1.8 Poren 111
3.1.9 Oxideinschlüsse 112
3.2 Aufbau und Wärmebehandlung der Knetwerkstoffe 112
X Inhalt
3.2.1 Unlegiertes Aluminium 113
3.2.2 AIMn-Legierungen 115
3.2.3 AlMg(Mn)-Legierungen 117
3.2.4 AICu(Mg,Si)-Legierungen 131
3.2.5 AlMgSi-Legierungen 138
3.2.6 AIZnMg(Cu)-Legierungen 157
3.2.7 Sonstige Knetlegierungen 168
3.2.8 Durchführung von Wärmebehandlungen 170
3.3 Legierungsaufbau und Wärmebehandlung von Gußlegierungen 185
3.3.1 Schmelze und Schmelzereinigung 186
3.3.2 Erstarrungsvorgang (Kristallisation) 189
3.3.3 Erstarrungsfehler 196
3.3.4 Fließ- und Formfüllungsvermögen 200
3.3.5 Aluminium-Gußlegierungen 201
3.3.6 Verarbeitungs- und Anwendungshinweise 207
3.3.7 Gießgerechte Gestaltung 209
3.4 Einführung in die Normen über Aluminiumlegierungen 209
3.4.1 Einführung in die Bezeichnungssysteme der Aluminium¬
werkstoffe 210
3.4.2 Bezeichnungssystem für Knetlegierungen und deren
Werkstoffzustände 212
3.4.3 Bezeichnungssystem für Formgußlegierungen, Gießver¬
fahren und für die Werkstoffzustände von Formgußteilen.... 215
3.4.4 Halbzeugnormen 218
3.4.5 Garantierte und typische Eigenschaften 218
3.4.6 Legierungsauswahl - frei oder eingeschränkt? 220
4 Physikalische Eigenschaften 221
4.1 Physikalischen Eigenschaften des Aluminiums 221
4.1.1 Dichte 222
4.1.2 Elektrische Leitfähigkeit 223
4.1.3 Magnetische Eigenschaften 223
4.1.4 Wärmeleitfähigkeit 223
4.1.5 Reflexions- und Emissionseigenschaften 224
4.2 Physikalische Eigenschaften von Aluminiumoxid 225
5 Korrosionsverhalten von Aluminium 227
5.1 Allgemeine Grundlagen 227
5.1.1 Einflüsse auf das Korrosionsverhalten 228
5.1.2 Korrosionsverhalten von Aluminium in Freibewitterung
und Meerwasser 229
5.2 Oxidschicht und Korrosionsmechanismus des Aluminiums 232
5.2.1 Aufbau und Bedeutung der Oxidschicht 232
5.2.2 Verstärkung der natürlichen Oxidschicht 234
5.2.3 Beständigkeit der Oxidschicht 234
5.2.4 Korrosionsmechanismus 236
Inhalt XI
5.2.4 Freie und kritische Korrosionspotentiale 238
5.2.5 Stromdichte-Potentialkurven 241
5.3 Einfluß der Legierungselemente 242
5.3.1 Bedeutung der Gefügestruktur 242
5.3.2 Korrosionsbeständigkeit 243
5.4 Erscheinungsformen der Korrosion bei Aluminium und seinen
Legierungen 246
5.4.1 Lochkorrosion (LK) 246
5.4.2 Selektive Korrosion (SK) 248
5.4.3 Spannungsrißkorrosion (SpRK) 252
5.4.4 Interkristalline Korrosion unter Spannung 255
5.4.5 Spaltkorrosion 256
5.4.6 Kontaktkorrosion 258
5.4.7 Korrosionsermüdung 263
5.4.8 Reibkorrosion 271
5.4.9 Filiformkorrosion 272
5.5 Beispiele für korrosionsgerechtes Konstruieren 272
6 Mechanische Eigenschaften 279
6.1 Statische mechanische Kennwerte 280
6.2 Fließkurve, Verfestigung, Anisotropie, Verformbarkeit 286
6.3 Bruchvorgang und Bruchverhalten 298
6.4 Schwingfestigkeitsverhalten von Aluminiumwerkstoffen 318
6.4.1 Phänomenologie der Ermüdungsschädigung 321
6.4.2 Zyklisches Spannungs-Dehnungsverhalten 334
6.4.3 Rißfortschrittsverhalten 337
6.4.4 Dehnungs-Wöhlerkurve (s/N-Kurve) 344
6.4.5 Spannungs-Wöhlerkurve (S/N-Kurve) 350
6.4.6 Langzeitfestigkeit („Dauerfestigkeit ) von Aluminium¬
werkstoffen 353
6.4.7 Mittelspannungsempfindlichkeit 355
6.4.8 Einfluß von Kerben auf die Schwingfestigkeit 359
6.4.9 Wirkung von Eigenspannungen auf die Schwing¬
festigkeit 364
6.5 Einfluß hoher Dehngeschwindigkeit 368
6.6 Verhalten bei unterschiedlichen Temperaturen 376
6.6.1 Elastizitätsmodul bei unterschiedlichen Temperaturen 377
6.6.2 Mechanische Eigenschaften bei tiefen Temperaturen 378
6.6.3 Mechanische Eigenschaften bei höheren Temperaturen 380
6.6.4 Umformbarkeitseigenschaften bei höheren Temperaturen 384
6.7 Einfluß des Spannungszustands 388
6.7.1 Fließbedingungen (Fließhypothesen) 388
6.7.2 Fließortkurven 391
6.7.3 Grenzformänderung bei ebenem Spannungszustand 394
6.7.4 Einfluß der Mehrachsigkeit auf die Duktilität 397
I
XII Inhalt
7 Gießverfahren 399
7.1 Stranggießverfahren 399
7.2 Formgießverfahren 402
7.3 Vergleich der Formgießverfahren 419
8 Walzen 423
8.1 Walzprozeß 423
8.2 Qualitätsmerkmale von Warm- und Kaltwalzblechen 425
8.3 Oberflächenbeschichtete Walzfabrikate 430
8.4 Verbundhalbzeuge 432
9 Strangpressen 435
9.1 Strangpreßverfahren 436
9.2 Grundformen von Profilen und Werkzeugen 439
9.3 Strangpreßbarkeit von Aluminiumlegierungen 440
9.4 Prozeßkette im Strangpreßwerk 444
9.5 Strangpreßgerechte Profil- und Werkzeuggestaltung 446
9.6 Gestalten von Strangpreßprofilen 450
9.6.1 Funktionalitätsgruppen 450
9.6.2 Konstruktionen mittels Profilverbindungen 452
9.7 Sonderverfahren des Strangpressens von Aluminium 455
9.7.1 Strangpressen nach dem „Conform -Verfahren 455
9.7.2 Hydrostatisches Strangpressen 455
9.7.3 Verbundstrangpressen 456
9.7.4 Warmbiegen von Profilen beim Preßvorgang 456
10 Schmieden von Aluminium 459
10.1 Prozeß des Gesenkschmiedens 460
10.2 Schmiedegesenke 462
10.3 Stofffluß und Faserverlauf 464
10.4 Schmiedelegierungen, Vormaterial, Gefüge und Arbeitsablauf 467
10.5 Gestalten von Schmiedeteilen 473
11 Kaltfließpressen von Aluminium 475
11.1 Charakteristische Merkmale von Kaltfließpreßteilen 475
11.2 Aluminium für technische Fließpreßteile 477
11.2.1 Vormaterial: Butzen 477
11.2.2 Aluminiumlegierungen für das Kaltfließpressen 479
11.2.3 Alternative Ausgangszustände für das Kaltfließpressen 481
11.3 Fließpreßverfahren 484
11.3.1 Grundverfahren des Fließpressens 484
11.3.2 Werkzeuge für das Kaltfließpressen 487
11.3.3 Kraftbedarf beim Kaltfließpressen 487
12 Aluminiumblechumformung 491
12.1 Werkstoffeigenschaften für die Blechumformung 492
Inhalt XIII
12.1.1 Werkstoffeigenschaften aus Zugversuchen 492
12.1.2 Werkstoffeigenschaften aus technologischen Prüfungen 493
12.1.3 Biegefähigkeit 502
12.1.4 Rückfederung 509
12.1.5 Aluminiumlegierungen für Karosserieanwendungen 511
12.2 Tribologisches Verhalten 516
12.2.1 Reibungsmechanismus 516
12.2.2 Das Tribosystem Blech-Werkzeug-Schmierstoff 518
12.3 Scherschneiden 525
12.3.1 Trennvorgang beim Normalschneiden 526
12.3.2 Genauschneiden 531
12.3.3 Feinschneiden 533
13 Sondergebiete der Umformtechnik 535
13.1 Weiterverarbeitung von Profilen und Rohren 535
13.1.1 Biegen und Biege verfahren 536
13.1.2 Örtliche Querschnittsänderungen 542
13.1.3 Innenhochdruckumformen 545
13.2 Halbwarmumformen 547
13.3 Superplastische Umformung 549
13.3.1 Mechanismen und Werkstoffe 549
13.3.2 Verfahren der superplastischen Blechumformung 552
14 Spanende Formgebung von Aluminium 555
14.1 Spanbildung 556
14.2 Spanformen bei Aluminiumwerkstoffen 559
14.3 Aluminiumwerkstoffe für Zerspanungszwecke 561
14.4 Zerspanbarkeit 564
14.5 Werkzeugverschleiß 565
14.6 Schneidwerkstoffe für die Aluminiumzerspanung 568
14.7 Kühlschmierstoffe 570
14.8 Oberflächen spanend bearbeiteter AI-Werkstoffe 572
14.9 Funkenerosive Bearbeitung 573
15 Oberflächenbehandlung 577
15.1 Reinigungsprozeß 579
15.2 Vorbehandlung 582
15.3 Beschichtungen 583
15.3.1 Anodische Oxidation 583
15.3.2 Metallische Beschichtungen aus wäßrigen Lösungen 586
15.3.3 Verschleißfeste Oberflächen durch thermisches Spritzen 588
15.3.4 Beschichten mit organischen Stoffen (Lackieren) 588
16 Schmelzschweißen von Aluminium 591
16.1 Schweißeignung der Aluminiumwerkstoffe 592
16.2 Eigenschaften von Aluminiumschweißverbindungen 602
XIV Inhalt
16.3 Schmelzschweißverfahren für Aluminium 607
16.3.2 Strahlschweißverfahren 616
16.4 Schweißimperfektionen 621
17 Widerstandsschweißen 625
17.1 Widerstandspunktschweißen (WPS) 625
17.1.1 Verfahrensprinzip 625
17.1.2 Übergangswiderstände der Fügeteiloberfläche 627
17.1.3 Elektrodenverschleiß und Elektrodenreinigung 629
17.1.4 Schweißeignung von Legierungen 630
17.1.5 Maschinen und Elektroden 630
17.1.6 Festigkeitsverhalten von Aluminium-WPS-Verbindungen 634
17.2 Buckelschweißen 636
18 Mechanisches Fügen 639
18.1 Merkmale mechanischer Fügetechniken 639
18.2 Durchsetzfügen 642
18.3 Nieten 646
18.3.1 Vollniete 647
18.3.2 Blindniete 647
18.3.3 Schließringbolzen 648
18.3.4 Stanzniet 649
18.4 Schraubverbindungen 652
18.5 Festigkeitseigenschaften mechanisch gefügter Verbindungen 655
19 Sonderverfahren der Fügetechnik 659
19.1 Rührreibschweißen (Friction Stir Welding / FSW) 659
19.2 Reibschweißen 664
19.3 Explosivschweißen 668
19.4 Hartlöten 669
20 Einführung in das Konstruieren mit Aluminium 677
20.1 Gestaltungsgrundsätze 677
20.2 Elastizitätsmodul und Leichtbau 680
20.3 Schweißkonstruktionen 686
20.3.1 Grundsätze zur Gestaltung von Schweißverbindungen 686
20.3.2 Eigenspannungen in Schweißverbindungen 691
20.3.3 Schwingfestigkeitsnachweis von Schweißverbindungen 699
20.3.4 Nachbehandlung zur Schwingfestigkeitsverbesserung 713
21 Sonderwerkstoffe 717
21.1 Aluminiumpulvermetallurgie 717
21.1.1 Herstellen von Legierungspulvern 717
21.1.2 Kompaktieren von Pulvern zu Formteilen 720
21.1.3 Sprühkompaktieren 722
21.1.4 PM-Legierungen 724
Inhalt XV
21.2 Aluminiummatrix-Verbundwerkstoffe 725
22.2.1 Grundlagen und Eigenschaften 725
21.2.2 Anwendungsbeispiele 729
21.3 Aluminiumschaumwerkstoffe 731
21.3.1 Metallschaumherstellung 732
21.3.2 Eigenschaftsspektrum metallischer Schäume 733
21.3.3 Anwendungsaspekte 734
22 Gewinnung, Recycling, Ökologie 737
22.1 Primäraluminium 737
22.1.1 Vorkommen, Bauxiterze 737
22.1.2 Gewinnungsprozeß 739
22.2 Sekundäraluminium 742
22.2.1 Ressourcen und Verwendung 743
22.2.2 Materialkreislauf („Recycling ) 743
22.3 Versorgungslage in Deutschland 745
22.4 Ökologische Betrachtungen 746
22.4.1 Ökobilanzen (Life Cycle Assessment) 746
22.4.2 Energiefragen der Aluminiumgewinnung 749
Anhang 753
Literatur 803
Sachverzeichnis 871
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