Duralumin

Duralumin ist eine Knetlegierung aus Aluminium mit etwa 93-97% Aluminium, Kupfer als Hauptverstärkungselement mit etwa 3,5-4,5% sowie kleineren Mengen Mangan (0,4-0,8%), Magnesium (1,2-1,8%) und Spuren von Eisen und Silizium. Die Legierung wurde 1906 in Deutschland entwickelt und nach den Dürener Metallwerken benannt, wo sie entstand. Die Legierung verbindet die niedrige Dichte von Aluminium mit einer Festigkeit, die der von Baustahl nahekommt, wodurch sie etwa doppelt so fest wie reines Aluminium ist, aber 30% leichter als Stahl bleibt.

Der entscheidende Unterschied zwischen Duralumin und anderen Aluminium-Legierungen liegt in der Wärmebehandlung. Die Legierung wird einer Lösungsglühbehandlung bei etwa 500°C unterzogen, dann in Wasser abgeschreckt und anschließend bei 130-180°C künstlich ausgelagert. Dieser Auslagerprozess, Ausscheidungshärtung genannt, ermöglicht die Bildung kupferreicher Phasen innerhalb der Kornstruktur und erhöht Härte und Zugfestigkeit erheblich. Ohne diesen Auslagerschritt bleibt die Legierung relativ weich. Die Festigkeit erreicht nach korrekter Wärmebehandlung typischerweise 420-480 Megapascal Zugfestigkeit mit guter Ermüdungsfestigkeit.

Varianten und Grenzen

Moderne Normen unterscheiden mehrere Duralumin-Varianten. Britische und amerikanische Standards (2017-T4 und ähnliche Bezeichnungen) beschreiben die Legierung in verschiedenen Zustandsformen. Der Zustand T4 stellt lösungsgeglühtes und natürlich ausgelagertes Material dar; T6 stellt lösungsgeglühtes und künstlich ausgelagertes Material für maximale Festigkeit dar. Abweichungen im Kupfergehalt und in Spurenelementen erzeugen unterschiedliche Eigenschaften für spezifische Luft- und Raumfahrtanwendungen, von Beplankungsteilen mit guter Umformbarkeit bis zu Strukturträgern mit maximaler Festigkeit.

Die Legierung hat echte Nachteile. Ihre Korrosionsbeständigkeit ist im Vergleich zu reinem Aluminium schlecht; Seewasser und Chloridbelastung verursachen Lochfraß und Spannungsrisskorrosion, besonders entlang von Korngrenzen. Flugzeuge aus Duralumin erfordern Schutzmaßnahmen einschließlich Überzüge aus reinem Aluminium an der Oberfläche oder chemische Umwandlungsschichten. Der hohe Kupfergehalt macht Duralumin auch teuer und schwer zu recyceln mit anderen Aluminium-Verschneiden.

Obwohl die moderne Luft- und Raumfahrt zunehmend 7075-Aluminium-Legierungen und Faserverbundstoffe für höhere Festigkeits-Gewichts-Verhältnisse einsetzt, bleibt Duralumin auf älteren Flugzeugen und in Anwendungen in Betrieb, wo seine Kombination aus angemessener Festigkeit, vernünftiger Korrosionsbeständigkeit und Bearbeitbarkeit zum Entwurf passt. Ihre historische Bedeutung liegt darin, dass sie im frühen zwanzigsten Jahrhundert die vollmetallische Flugzeugkonstruktion ermöglichte und Gewebe- und Holzrahmen ersetzte.