Hochfeste Aluminiumlegierungen Al 7075, Al 6061 & Scalmalloy im 3D-Druck
Lösungsansätze gegen Heißrissbildung bei Al 7075 und Al 6061: Nanopartikel-Inokulation, Scalmalloy (Al-Mg-Sc) und Hochtemperatur-LPBF.
Klassische Luftfahrt-Aluminiumlegierungen der 7000er- (Al-Zn-Mg-Cu wie 7075) und 6000er-Reihe (Al-Mg-Si wie 6061) galten im additiven Schmelzprozess lange als unschweißbar: Durch ihr breites Erstarrungsintervall neigen sie extrem zu Heiß- und Erstarrungsrissen. Durch Zulegieren von Zirkon- oder Scandium-Keimbildnern (Scalmalloy) sowie Nanopartikel-Funktionalisierung gelingt heute der rissfreie Druck mit Streckgrenzen über 480 MPa.
- Standard-Al7075 reißt beim Laserschmelzen entlang dendritischer Korngrenzen.
- Scalmalloy (Al-Mg-Sc-Zr) bildet feinstes äquiaxiales Gefüge und erreicht >520 MPa Zugfestigkeit.
- Nanopartikel-Impfung (z.B. TiB2 oder TiC) erzeugt Millionen Keime und eliminiert Heißrisse zuverlässig.
Technische Kennwerte & Verfahrensvergleich
ISO/ASTM 52900| Legierung | Streckgrenze Rp0.2 | Zugfestigkeit Rm | Bruchdehnung | Rissrisiko im AM |
|---|---|---|---|---|
| AlSi10Mg (Standard AM) | 220 - 260 MPa | 360 - 410 MPa | 6 - 9 % | Sehr gering (Gusslegierung) |
| Scalmalloy (Al-Mg-Sc-Zr) | 460 - 510 MPa | 520 - 560 MPa | 12 - 15 % | Rissfrei durch Kornfeinung |
| Al 7075 (unmodifiziert) | Nicht messbar (Bauteil zerbricht) | - | - | Extrem hoch (Kollaps) |
| Al 7075-RAM (mit TiB2 Keimen) | 420 - 470 MPa | 480 - 520 MPa | 8 - 11 % | Rissfrei bei Prozessfenster |
Der Heißrissmechanismus im Aluminium-Schmelzbad
Bei 7075 erstarrt die Matrix dendritisch, während niedrigschmelzende Restphasen (Zink, Kupfer) zwischen den Dendriten flüssig bleiben. Kühlt das Bauteil ab, schrumpft das Metall. Wenn die Dehnung die Belastbarkeit der dünnen Flüssigkeitsfilme übersteigt, reißen die Korngrenzen auf. Gusslegierungen wie AlSi10Mg verhindern dies durch reichlich eutektisches Silizium, das Zwischenräume heilt – besitzen jedoch nur mäßige Festigkeit.
Die Scandium-Revolution: Scalmalloy
Scalmalloy enthält Scandium und Zirkon, die bei der Erstarrung feinstverteilte Al3(Sc,Zr)-Präzipitate bilden. Diese wirken als hocheffiziente heterogene Keimbildner. Das Gefüge erstarrt nicht kolumnar, sondern vollständig äquiaxial und feinkörnig. Nach einer einfachen Einstufen-Wärmebehandlung bei 325 °C für 4 Stunden scheiden sich weitere Nanopartikel aus, die die Festigkeit auf Schmiedeniveau anheben.
Häufig gestellte Fragen (FAQ)
Warum ist Scalmalloy teurer als AlSi10Mg?
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