Aluminium Taschenbuch 2 (eBook)

Volltextsuche 0
Aluminium-Taschenbuch 2 1
Impressum / Copyright 5
Vorwort 6
Inhaltsverzeichnis 9
1 Umformung von Aluminium-Werkstoffen 20
1.1 Grundlagen der Umformtechnik und -technologie 20
1.1.1 Charakteristische Merkmale 20
1.1.2 Ansprüche und Ziele moderner Umformtechnik 34
1.1.2.1 Allgemeine Anforderungen 34
1.1.2.2 Prozessstufenarme endabmessungsnahe Umformung 36
1.1.2.3 Prozess- und Qualitätssicherheit 37
1.1.2.4 Integrierte Prozesssteuerung, -automatisierung 37
1.1.2.5 Prozessmodellierung 39
1.1.2.6 Prozesskettensimulation 42
1.1.2.7 Produktqualität 42
1.1.2.7.1 Qualitätsmerkmale 42
1.1.2.7.2 Strukturempfindliche Eigenschaften 43
1.1.2.7.3 Maß- und Formgenauigkeit 43
1.1.2.7.4 Oberflächenbeschaffenheit 45
1.1.3 Verfahrensarten der Umformung 46
1.1.3.1 Klassifizierung nach Kraftwirkungen 46
1.1.3.2 Klassifizierung nach Erzeugnisarten 49
1.1.3.2.1 Halbzeugherstellung 49
1.1.3.2.2 Teilefertigung 50
1.1.3.3 Kalt-, Halbwarm-, Warmumformung 50
1.1.3.3.1 Zuordnungskriterien 50
1.1.3.3.2 Kaltumformung 51
1.1.3.3.3 Halbwarmumformung 51
1.1.3.3.4 Warmumformung 52
1.1.3.3.5 Thermomechanische Behandlung 53
1.1.4 Kennzeichnende technologische Parameter 53
1.1.4.1 Fließbedingung 53
1.1.4.2 Umformgrade, Umformgeschwindigkeiten 55
1.1.4.3 Technologieparameter bei technisch wichtigen Verfahren 58
1.1.5 Tribologie der Umformung 59
1.1.5.1 Reibung und Verschleiß 59
1.1.5.2 Schmierstoffe 61
1.1.5.3 Schmiermittelträger 62
1.2 Umformverhalten und Umformeigenschaften 63
1.2.1 Umformverhalten 63
1.2.2 Fließkurven 63
1.2.2.1 Fließkurven der Kaltumformung 63
1.2.2.1.1 Werkstoff- und verfahrensbedingte Einflussgrößen 63
1.2.2.1.2 n-Wert 66
1.2.2.2 Fließkurven der Warmumformung 68
1.2.2.2.1 Grundtypen und Informationsgehalt 68
1.2.2.2.2 Werkstoff- und verfahrensbedingte Einflussgrößen 70
1.2.2.2.3 Mathematische Modellierung 73
1.2.2.2.4 Experimentelle Ermittlung 73
1.2.3 Statische Entfestigung nach der Warmumformung 74
1.2.4 Gefügeentwicklung bei der Umformung 75
1.2.4.1 Kaltumformung 75
1.2.4.2 Warmumformung 75
1.2.5 r-Wert 78
1.2.5.1 Senkrechte Anisotropie 78
1.2.5.2 Planare Anisotropie 79
1.2.6 Textur 79
1.2.6.1 Texturarten 79
1.2.6.2 Rekristallisationstexturen 81
1.2.6.3 Anisotropie der Eigenschaften 81
1.2.6.4 Zipfelbildung 82
1.2.6.5 Presseffekt 82
1.2.7 Umformbedingte Oberflächenveränderungen 83
1.2.7.1 Fließfiguren 83
1.2.7.2 Orangenhaut-Parabeln 84
1.2.7.3 Oberflächenglanz, Oberflächenmattigkeit 84
1.2.7.4 Oberflächenstrukturierung 85
1.2.8 Umformung – Ausscheidung – Phasenumwandlung 86
1.2.9 Mechanisch-technologische und physikalische Eigenschaften nach Kaltumformung 87
1.2.9.1 Eigenschaftsänderung durch Kaltumformen 87
1.2.9.2 Eigenschaftsänderung durch Erholung und Rekristallisation 87
1.2.9.3 Teilentfestigung 89
1.2.10 Umformvermögen 89
1.2.10.1 Werkstoff- und verfahrensbedingte Einflussfaktoren 89
1.2.10.2 Superplastizität 91
1.2.10.3 Bestimmungsmethoden 91
1.3 Aluminium-Halbzeug 92
1.3.1 Walzen von Drähten 92
1.3.1.1 Erzeugnisse und Werkstoffe 92
1.3.1.2 Stranggießwalzenverfahren 92
1.3.2 Warmwalzen von Bändern, Blechen und Platten 93
1.3.2.1 Erzeugnisse und Werkstoffe 93
1.3.2.2 Barren-Walztechnologie 95
1.3.2.2.1 Oberflächenbearbeitung der Barren 96
1.3.2.2.2 Erwärmung 97
1.3.2.2.3 Warmbandwalzwerke, -technologie 99
1.3.2.3 Kombinierte Bandgieß- und Walzprozesse 101
1.3.2.4 Gießwalzen 102
1.3.3 Kaltwalzen von Bändern und Blechen 103
1.3.3.1 Erzeugnisse 103
1.3.3.2 Kaltwalzwerke und -technologien 108
1.3.3.3 Dicken- und Planheitsregelung 110
1.3.3.4 Qualitätsaspekte 113
1.3.3.5 Reck-, Richt- und Teilanlagen 114
1.3.4 Walzen von Folien 114
1.3.4.1 Erzeugnisse 114
1.3.4.2 Folienwalzwerke 118
1.3.4.3 Oberflächenbehandlung, Folienveredelung 120
1.3.5 Blattaluminium 123
1.3.6 Strangpressen 123
1.3.6.1 Strangpresserzeugnisse 123
1.3.6.2 Fertigungsablauf 138
1.3.6.3 Erwärmung und Erwärmungseinrichtungen 139
1.3.6.4 Strangpressverfahren 142
1.3.6.4.1 Direktes Strangpressen 142
1.3.6.4.2 Indirektes Strangpressen 143
1.3.6.4.3 Conform-Strangpressen 144
1.3.6.4.4 Hydrostatisches Strangpressen – Hydrafilmverfahren 145
1.3.6.4.5 Strangpressen von Rohren und Hohlprofilen, Strangpressen über Dorn 145
1.3.6.5 Maschinen und Werkzeuge für das Strangpressen 147
1.3.6.5.1 Bauarten und Maschinenbaugruppen 147
1.3.6.5.2 Strangpresswerkzeuge (Matrizen) 150
1.3.6.6 Spezielle Strangpresstechnologien 152
1.3.6.6.1 Isothermes Strangpressen 152
1.3.6.6.2 Kontinuierliches Strangpressen 153
1.3.6.6.3 Abgesetztes, konisches, schraubenförmiges Pressen 153
1.3.6.6.4 Runden von Profilen beim Strangpressen 154
1.3.6.6.5 Plattieren beim Strangpressen 154
1.3.6.7 Werkstoffanstrengung beim Strangpressen 154
1.3.6.7.1 Werkstofffluss 154
1.3.6.7.2 Fehler an Strangpresserzeugnissen 155
1.3.6.8 Mechanische Beanspruchung der Pressen 157
1.3.6.8.1 Umformwiderstand, Umformarbeit, Presskraft 157
1.3.6.8.2 Arbeitsdiagramm des Strangpressens 158
1.3.6.9 Arbeitsgänge nach dem Strangpressen 159
1.3.6.9.1 Gesteuerte Abkühlung aus der Umformwärme 159
1.3.6.9.2 Ausziehen, Recken, Richten 160
1.3.6.9.3 Aushärten, Warmauslagern 160
1.3.7 Durchziehen 161
1.3.7.1 Werkstoffe, Zieherzeugnisse 161
1.3.7.2 Ziehen von Drähten 163
1.3.7.3 Ziehen von Stangen, Profilen und Rohren 165
1.3.8 Freiform- und Gesenkschmieden 167
1.3.8.1 Erzeugnisse und Werkstoffe 167
1.3.8.2 Freiformschmieden 170
1.3.8.3 Gesenkschmieden 172
1.3.8.4 Kombiniertes Gießen-Gesenkschmieden 174
1.3.8.5 Axiales Gesenkwalzen 174
1.3.9 Reckwalzen Querwalzen
1.4 Teilefertigung durch Massivumformung 176
1.4.1 Fließpressen 176
1.4.1.1 Erzeugnisse und Werkstoffe 176
1.4.1.2 Fließpressverfahren 178
1.4.1.3 Maschinen und Werkzeuge 181
1.4.2 Formstauchen 182
1.4.3 Kaltpressen, Massivprägen 183
1.5 Teilefertigung durch Blechumformung 183
1.5.1 Erzeugnisse und Werkstoffe 183
1.5.2 Tiefziehen 185
1.5.2.1 Einstufiges Tiefziehen 185
1.5.2.2 Mehrstufiges Tiefziehen 189
1.5.2.3 Halbwarmtiefziehen 190
1.5.2.4 Niederhalterloses Tiefziehen 190
1.5.2.5 Stülpziehen 192
1.5.2.6 Pressenbauarten und Werkzeuge 193
1.5.2.7 Sonderverfahren des Tiefziehens 193
1.5.3 Streckziehen 196
1.5.4 Abstreckziehen 197
1.5.5 Innenhochdruckumformung 197
1.5.5.1 Verfahrensprinzip 197
1.5.5.2 Verfahrensarten 199
1.5.6 Superplastisches Umformen 200
1.5.7 Drücken, Drückwalzen 201
1.5.8 Biegen von Blechen 204
1.5.9 Sonstige Blechumformverfahren 209
1.6 Biegen von Bändern und Langprodukten 210
1.6.1 Walzprofilieren 210
1.6.2 Biegen von Rohren und Profilen 212
1.7 Sonderumformverfahren 214
1.7.1 Thixoforming – Thixoschmieden 214
1.7.2 Laserumformung 215
1.7.3 Kugelstrahlumformung 216
1.7.4 Fügeumformung 216
1.8 Verbundwerkstoffe und Werkstoffverbunde aus Aluminium 219
1.8.1 Arten von Verbundwerkstoffen und Werkstoffverbunden 219
1.8.2 Plattierte Werkstoffverbünde 220
1.8.3 Partikelverstärkte Aluminiumlegierungen 223
1.8.3.1 Erzeugnisse und Eigenschaften 223
1.8.3.2 Verfahren und Verfahrenstechnologien 226
1.8.4 Kurz- und langfaserverstärkte Aluminium-Verbundwerkstoffe 228
1.8.4.1 Eigenschaftspotential und Erzeugnisse 228
1.8.4.2 Herstellung und Umformbarkeit 229
1.9 Wärmebehandlung zwischen und nach Umformungen 230
1.9.1 Wärmebehandlungsarten 230
1.9.2 Entfestigungsglühung 234
1.9.3 Stabilisierungsglühung 235
1.9.4 Rekristallisations- und Weichglühen 235
1.9.5 Ausscheidungshärtung 237
1.9.6 Wärmebehandlungsanlagen 243
Literatur zu Kapitel 1 245
2 Gießen von Aluminium-Teilen 264
2.1 Grundlagen des Gießereiprozesses 264
2.1.1 Verfahrensablauf im Gießereiprozess 267
2.2 Qualitätsmerkmale von Aluminium-Gussstücken 268
2.2.1 Verfahrensablauf und Gussstückqualität 272
2.3 Gießen und Gusskörperbildung 273
2.3.1 Gießen 274
2.3.2 Gusskörperbildung 276
2.3.2.1 Erstarrungsablauf 277
2.3.2.2 Erstarrungsgefüge 279
2.3.2.3 Lunkerung 281
2.3.2.4 Speisung 284
2.3.2.5 Warmrissbildung 286
2.3.2.6 Gasporosität 287
2.3.3 Modellierung und Simulation 289
2.3.3.1 Erstarrung 290
2.3.3.2 Formfüllung 294
2.3.3.3 Ergebnisse und Auswertung der Simulationsrechnungen 296
2.4 Aluminium-Gusswerkstoffe 309
2.4.1 Werkstoffgruppen 310
2.4.1.1 Al-Si-Legierungen 312
2.4.1.2 Aluminium-Magnesium-Legierungen 325
2.4.1.3 Aluminium-Kupfer-Legierungen 328
2.4.1.4 Aluminium-Zink-Legierungen 328
2.4.1.5 Aluminium-Sonderlegierungen 329
2.4.1.5.1 Verschleißfeste und warmfeste Al-Legierungen 329
2.4.1.5.2 Aluminium-Lithium-Legierungen 329
2.4.1.5.3 Aluminium-Verbundwerkstoffe 330
2.4.2 Normung der Aluminium-Gusswerkstoffe 334
2.5 Verfahren der Gussteilherstellung 356
2.6 Formherstellungs-, Kernherstellungs- und Gießverfahren 362
2.6.1 Verfahren der Sandformherstellung 362
2.6.1.1 Verfahren für tongebundene Formen 362
2.6.1.2 Form- und Kernformstoffe 366
2.6.1.3 Maskenformverfahren (Croning-Verfahren) 372
2.6.1.4 Vollformgießen 373
2.6.1.5 Feingussverfahren 378
2.6.1.6 Sonderformverfahren 381
2.6.2 Kernherstellungsverfahren 387
2.6.3 Dauerform-Gießverfahren 399
2.6.3.1 Kokillenguss 399
2.6.3.1.1 Schwerkraft-Kokillenguss 400
2.6.3.1.2 Kipp-Kokillenguss 401
2.6.3.1.3 Niederdruck-Ko 402
2.6.3.1.4 Gegendruck-Kokillenguss 404
2.6.3.1.5 Druck-Kokillenguss 404
2.6.3.1.6 Verdrängungs-Kokillenguss 405
2.6.3.1.7 Kokillen (Gießformen) 405
2.6.3.2 Druckguss 415
2.6.3.2.1 Verfahrensprizip und Maschinentechnik 418
2.6.3.2.2 Sonderverfahren 424
2.6.3.2.3 Formen (Werkzeuge) 427
2.6.3.3 Sondergießverfahren 433
2.6.3.4 Schleuderguss 439
2.6.3.5 Verbundguss 439
2.6.4 Sonderverfahren 440
2.6.4.1 Gießschmieden 440
2.6.4.2 Rapid Prototyping 442
2.7 Anschnitt- und Speisetechnik 443
2.7.1 Anschnitttechnik 444
2.7.1.1 Dimensionierung des Anschnittsystems 445
2.7.2 Speisetechnik 450
2.8 Schmelztechnik 458
2.8.1 Schmelzführung 465
2.8.2 Schmelzebehandlung 467
2.8.2.1 Schmelzebehandlung mit Salzen 467
2.8.2.2 Schmelzebehandlung durch Filtrieren 467
2.8.2.3 Entgasungsbehandlung 468
2.8.2.4 Schmelzebehandlung zur Beeinflussung des Gefüges 471
2.8.2.4.1 Kornfeinungs-Behandlung 471
2.8.2.4.2 Veredelung von Al-Si-Legierungen 473
2.8.3 Schmelz- und Warmhalteöfen 482
2.8.3.1 Tiegelöfen 484
2.8.3.2 Tiegellose Öfen 487
2.8.4 Gießeinrichtungen 489
2.9 Wärmebehandlung der Gussstücke 491
2.9.1 Wärmebehandlung zur Beeinflussung der Festigkeitseigenschaften 491
2.9.2 Wärmebehandlung für Sonderzwecke 495
2.10 Nacharbeiten von Rohgussstücken 497
2.11 Qualitätsmanagement und Qualitätssicherung 501
Literatur zu Kapitel 2 511
3 Oberflächenbehandlung von Aluminium 528
3.1 Mechanische Oberflächenbehandlung 529
3.1.1 Entgraten und Putzen 530
3.1.2 Schleifen 530
3.1.3 Mattschleifen, Mattbürsten 535
3.1.4 Polieren 535
3.1.5 Strahlen 537
3.1.6 Dessinieren 539
3.2 Chemische Oberflächenbehandlung 539
3.2.1 Reinigen und Entfetten 539
3.2.1.1 Reinigungs- und Entfettungsmittel 540
3.2.1.2 Behälterwerkstoffe 542
3.2.2 Beizen 542
3.2.2.1 Alkalische Beizlösungen 544
3.2.2.2 Saure Beizlösungen 544
3.2.2.3 Spezialbeizen 545
3.2.2.4 Behälterwerkstoffe 545
3.2.3 Ätzen 545
3.2.3.1 Dekorative Anwendung 546
3.2.3.2 Technische Anwendungen 546
3.2.4 Umwandlungsschichten 550
3.2.4.1 Chromatieren 552
3.2.4.2 Phosphatieren 554
3.2.4.3 Chromatfreie Konversionsschichten 555
3.2.4.4 Rahmentechnologie für das Chromatieren und Phosphatieren 557
3.2.5 Glänzen 559
3.2.5.1 Glänzwerkstoffe 560
3.2.5.2 Chemisches Glänzen 560
3.2.5.3 Elektrolytisches Glänzen 561
3.2.5.4 Fehler beim elektrolytischen Glänzen 562
3.2.6 Sicherheitsvorschriften bei chemischen Oberflächenbehandlungen 563
3.3 Die anodische Oxydation von Aluminium 563
3.3.1 Grundlagen der anodischen Oxydation 565
3.3.1.1 Wachstum und Aufbau anodisch erzeugter Oxydschichten 565
3.3.1.2 Werkstoffwahl für die anodische Oxydation 567
3.3.2 Technologie und Verfahren der anodischen Oxydation 567
3.3.2.1 Standard-Anodisierverfahren zur Erzeugung ungefärbter Oxydschichten 571
3.3.2.2 Verfahren zur Erzeugung farbiger Oxydschichten 571
3.3.2.3 Adsorptives Färben (Tauchfärbung) 571
3.3.2.4 Elektrolytisches Färben (Zweistufenverfahren) 572
3.3.2.5 Farbanodisation (Einstufenverfahren) 573
3.3.2.6 Kombiniertes Färben 575
3.3.2.7 Sonder-Anodisierverfahren 575
3.3.3 Eigenschaften anodisch erzeugter Oxydschichten 576
3.3.3.1 Eigenfärbung in Abhängigkeit von der Zusammensetzung des Werkstoffs 576
3.3.3.2 Aussehen, dekorative Wirkung 577
3.3.3.3 Anforderungen an die Schichtdicke bei korrosiver Belastung 577
3.3.3.4 Härte, Verschleiß- und Abriebfestigkeit 579
3.3.3.5 Temperaturbeständigkeit 579
3.3.3.6 Reflexions- und Strahlungsvermögen 579
3.3.3.7 Elektrische Isolierwirkung 580
3.3.4 Hartanodisation 581
3.3.4.1 Verfahren der Hartanodisation 581
3.3.4.2 Werkstoffe für das Hartanodisieren 582
3.3.4.3 Eigenschaften von Hartoxydschichten 583
3.3.5 Verdichten anodisch erzeugter Oxydschichten 584
3.3.5.1 Konventionelles Verdichten 584
3.3.5.2 Kaltimprägnieren 584
3.3.5.3 Belagbildung 585
3.3.5.4 Altern der Oxydschicht 586
3.3.5.5 Prüfen anodisch erzeugter, verdichteter Oxydschichten 586
3.3.6 Färben, Bedrucken, Imprägnieren unverdichteter Oxydschichten 587
3.3.6.1 Aluchromie 588
3.3.6.2 Bedrucken 588
3.3.6.3 Impal-Imprägnierverfahren 588
3.3.6.4 Imprägnieren mit lichtempfindlichen Stoffen 588
3.3.6.5 Klischeefertigung 589
3.3.7 Einfluss der Verarbeitung auf das Anodisieren 589
3.3.8 Fehlerursachen bei anodisch erzeugten Oxydschichten 590
3.3.9 Reinigen von anodisierten Bauteilen 595
3.3.9.1 Anforderungen an die Reinigungsmittel 595
3.3.9.2 Schutz und Reinigung bei der Montage 596
3.4 Metallische Überzüge auf Aluminium 597
3.4.1 Vorbehandeln und Aktivieren 597
3.4.2 Stromlos abgeschiedene Metallüberzüge 600
3.4.2.1 Metallüberzüge im Tauch- und Sudverfahren 600
3.4.2.2 Chemisches Vernickeln 601
3.4.3 Galvanisch abgeschiedene Überzüge 603
3.4.3.1 Verkupfern 604
3.4.3.2 Vernickeln 604
3.4.3.3 Verchromen 605
3.4.3.4 Aluminieren 607
3.4.3.5 Sonstige galvanische Überzüge 608
3.4.4 Prüfung von metallischen Überzügen 608
3.5 Thermisches Spritzen 609
3.6 Beschichtungen 612
3.6.1 Oberflächenvorbehandlung/-vorbereitung vor dem Beschichten 613
3.6.2 Beschichten mit Flüssigbeschichtungsstoffen 614
3.6.3 Beschichten mit Pulver-Beschichtungsstoffen 615
3.6.4 Coil-Coating-Verfahren 616
3.6.5 Instandsetzung 616
3.6.6 Sonstige Beschichtungsstoffe 616
3.6.7 Prüfen der Beschichtung 617
3.7 Kaschieren 618
3.8 Emaillieren 619
3.9 Sonstige Beschichtungen 621
3.10 Vakuumbeschichtung 622
3.10.1 Allgemeine Beschreibung des Verfahrens 622
3.10.2 Industriell eingeführte Verfahren zur Beschichtung von Aluminium und Aluminiumlegierungen sowie Trends 624
Literatur zu Kapitel 3 626
4 Recycling und Ökologie 638
4.1 Ökologische Betrachtung des Werkstoffes Aluminium 638
4.1.1 Grundlegende Zusammenhänge 638
4.1.2 Ökobilanzen 640
4.1.3 Weitere Instrumente zur Bewertung von Umwelteinflüssen 648
4.1.4 Aluminium – ein nachhaltiger Werkstoff 649
4.2 Grundlagen des Aluminium-Recyclings 654
4.2.1 Recyclingformen 655
4.2.2 Voraussetzungen für das Recycling 658
4.2.2.1 Bedeutung der Werkstoffeigenschaften für das Recycling 658
4.2.2.2 Recyclinggerechte Gestaltung 660
4.2.2.3 Recyclingeigenschaften 663
4.2.3 Energetische Aspekte 665
4.2.4 Materialströme des Aluminiums 666
4.2.5 Aluminium-Schrotte 672
4.2.5.1 Schrottkreisläufe – Stoffströme 673
4.2.5.2 Aufbereitung und Sortierung 684
4.3 Technische Aspekte des Aluminium-Recyclings 690
4.3.1 Grundlagen, Prinzipien 690
4.3.2 Schmelzkonzepte zur Produktion von Sekundäraluminium 693
4.3.3 Schrottausbeuten und Schmelzverluste 697
4.3.4 Elemente in der Schmelze 698
4.4 Ausgewählte Recyclingkonzepte für Aluminium 701
4.4.1 Recycling des Produktionsrücklaufes 701
4.4.1.1 Minimierung des Produktionsrücklaufes durch recyclinggerechte Konstruktion und Herstellverfahren 701
4.4.1.2 Aluminiumrückgewinnung aus Krätzen 702
4.4.2 Produktrecycling 706
4.4.3 Recycling nach Produktgebrauch 707
4.4.3.1 Verpackungen 707
4.4.3.2 Recycling im Bauwesen 718
4.4.3.3 Beispiel Automobil 721
Literatur zu Kapitel 4 728
Stichwortverzeichnis 736