Die Rolle verschiedener Zusatzelemente in Aluminiumlegierungen

Silizium (Si)
Silizium (Si) ist der Hauptbestandteil zur Verbesserung der Fließfähigkeit. Die beste Fließfähigkeit wird im eutektischen bis hypereutektischen Zustand erreicht. Kristallisierendes Silizium (Si) neigt jedoch zur Bildung harter Stellen, was die Schneidleistung verschlechtert. Daher darf der eutektische Punkt grundsätzlich nicht überschritten werden. Darüber hinaus kann Silizium (Si) die Zugfestigkeit, Härte, Schneidleistung und Festigkeit bei hohen Temperaturen verbessern und gleichzeitig die Dehnung verringern.
Magnesium (Mg) Aluminium-Magnesium-Legierungen weisen die beste Korrosionsbeständigkeit auf. Daher sind ADC5 und ADC6 korrosionsbeständige Legierungen. Der Erstarrungsbereich ist sehr groß, daher ist die Legierung spröde und die Gussteile neigen zur Rissbildung, was das Gießen erschwert. Magnesium (Mg) als Verunreinigung in AL-Cu-Si-Werkstoffen, Mg2Si, macht die Gussteile spröde, daher liegt der Standardwert im Allgemeinen bei 0,3 %.

Eisen (Fe): Obwohl Eisen (Fe) die Rekristallisationstemperatur von Zink (Zn) deutlich erhöhen und den Rekristallisationsprozess verlangsamen kann, stammt Eisen (Fe) beim Druckgussschmelzen aus Eisentiegeln, Schwanenhalsrohren und Schmelzwerkzeugen und ist in Zink (Zn) löslich. Das von Aluminium (Al) getragene Eisen (Fe) ist extrem klein, und wenn das Eisen (Fe) die Löslichkeitsgrenze überschreitet, kristallisiert es als FeAl3. Die durch Fe verursachten Defekte erzeugen meist Schlacke und schwimmen als FeAl3-Verbindungen. Das Gussteil wird spröde und die Bearbeitbarkeit verschlechtert sich. Die Fließfähigkeit des Eisens beeinträchtigt die Glätte der Gussoberfläche.
Eisenverunreinigungen (Fe) bilden nadelförmige FeAl3-Kristalle. Da Druckgussteile schnell abgekühlt werden, sind die ausgeschiedenen Kristalle sehr fein und stellen keine schädlichen Bestandteile dar. Bei einem Gehalt unter 0,7 % ist die Entformung erschwert, daher ist ein Eisengehalt von 0,8–1,0 % für Druckgussteile besser geeignet. Bei einem hohen Eisengehalt (Fe) bilden sich Metallverbindungen, die harte Stellen bilden. Übersteigt der Eisengehalt (Fe) 1,2 %, verringert sich die Fließfähigkeit der Legierung, die Qualität des Gussteils wird beeinträchtigt und die Lebensdauer der Metallkomponenten in der Druckgussanlage verkürzt.

Nickel (Ni) erhöht wie Kupfer (Cu) die Zugfestigkeit und Härte und hat einen erheblichen Einfluss auf die Korrosionsbeständigkeit. Manchmal wird Nickel (Ni) hinzugefügt, um die Hochtemperaturfestigkeit und Hitzebeständigkeit zu verbessern, dies wirkt sich jedoch negativ auf die Korrosionsbeständigkeit und die Wärmeleitfähigkeit aus.

Mangan (Mn) kann die Warmfestigkeit von Legierungen mit Kupfer (Cu) und Silizium (Si) verbessern. Überschreitet es einen bestimmten Grenzwert, können leicht quaternäre Al-Si-Fe-P+o {T*T f;X Mn-Verbindungen entstehen, die leicht harte Stellen bilden und die Wärmeleitfähigkeit verringern können. Mangan (Mn) kann den Rekristallisationsprozess von Aluminiumlegierungen verhindern, die Rekristallisationstemperatur erhöhen und die Rekristallisationskörner deutlich verfeinern. Die Verfeinerung der Rekristallisationskörner ist hauptsächlich auf die hemmende Wirkung von MnAl6-Verbindungspartikeln auf das Wachstum der Rekristallisationskörner zurückzuführen. Eine weitere Funktion von MnAl6 besteht darin, verunreinigtes Eisen (Fe) aufzulösen, um (Fe, Mn)Al6 zu bilden und die schädlichen Auswirkungen von Eisen zu reduzieren. Mangan (Mn) ist ein wichtiges Element von Aluminiumlegierungen und kann als eigenständige binäre Al-Mn-Legierung oder zusammen mit anderen Legierungselementen hinzugefügt werden. Daher enthalten die meisten Aluminiumlegierungen Mangan (Mn).

Zink (Zn)
Ist unreines Zink (Zn) vorhanden, versprödet es bei hohen Temperaturen. In Kombination mit Quecksilber (Hg) zu stabilen HgZn2-Legierungen führt es jedoch zu einer deutlichen Verstärkung. JIS schreibt einen Zinkgehalt von unter 1,0 % vor, ausländische Normen erlauben bis zu 3 %. Hier geht es nicht um Zink (Zn) als Legierungsbestandteil, sondern um seine Rolle als Verunreinigung, die zu Rissen in Gussteilen führen kann.

Chrom (Cr)
Chrom (Cr) bildet in Aluminium intermetallische Verbindungen wie (CrFe)Al7 und (CrMn)Al12, die die Keimbildung und das Wachstum der Rekristallisation behindern und die Legierung verstärken. Es kann außerdem die Zähigkeit der Legierung verbessern und die Empfindlichkeit gegenüber Spannungsrisskorrosion verringern. Es kann jedoch die Abschreckempfindlichkeit erhöhen.

Titan (Ti)
Schon eine geringe Menge Titan (Ti) in der Legierung kann deren mechanische Eigenschaften verbessern, aber auch die elektrische Leitfähigkeit verringern. Der kritische Titangehalt (Ti) in Legierungen der Al-Ti-Reihe für die Ausscheidungshärtung liegt bei etwa 0,15 % und kann durch die Zugabe von Bor reduziert werden.

Blei (Pb), Zinn (Sn) und Cadmium (Cd)
Aluminiumlegierungen können Calcium (Ca), Blei (Pb), Zinn (Sn) und andere Verunreinigungen enthalten. Da diese Elemente unterschiedliche Schmelzpunkte und Strukturen aufweisen, bilden sie mit Aluminium (Al) unterschiedliche Verbindungen, was sich unterschiedlich auf die Eigenschaften von Aluminiumlegierungen auswirkt. Calcium (Ca) weist eine sehr geringe Feststofflöslichkeit in Aluminium auf und bildet mit Aluminium (Al) CaAl4-Verbindungen, die die Schneidleistung von Aluminiumlegierungen verbessern können. Blei (Pb) und Zinn (Sn) sind niedrigschmelzende Metalle mit geringer Feststofflöslichkeit in Aluminium (Al), was die Festigkeit der Legierung verringern, aber ihre Schneidleistung verbessern kann.

Eine Erhöhung des Bleigehalts (Pb) kann die Härte von Zink (Zn) verringern und seine Löslichkeit erhöhen. Überschreitet jedoch der Blei- (Pb), Zinn- (Sn) oder Cadmiumgehalt (Cd) in einer Aluminium-Zink-Legierung die angegebene Menge, kann es zu Korrosion kommen. Diese Korrosion ist unregelmäßig, tritt nach einer gewissen Zeit auf und ist besonders ausgeprägt bei hohen Temperaturen und hoher Luftfeuchtigkeit.