Aluminium 1100: Zusammensetzung, Eigenschaften, Zustandsübersicht & Anwendungsgebiete

Umfassender Überblick

1100 gehört zur 1xxx-Serie von Aluminiumlegierungen und wird als technisch reines Aluminium mit einem Mindestaluminiumgehalt von etwa 99 % klassifiziert. Die 1xxx-Serie zeichnet sich durch sehr geringe Legierungszusätze aus und ist im Vergleich zu anderen Serien wie 3xxx oder 6xxx für ihre ausgezeichnete chemische Reinheit bekannt.

Die wesentlichen Legierungselemente in 1100 liegen nur als kontrollierte Verunreinigungen vor: Silizium, Eisen, Kupfer, Mangan, Magnesium und Zink erscheinen alle in Spuren- bis Zehntelprozentbereichen. Da die Legierung keine nennenswerten festigkeitssteigernden Zusätze enthält, wird ihre mechanische Festigkeit fast ausschließlich durch Kaltverfestigung (Kaltumformung) und nicht durch Ausscheidungshärtung erzielt.

Wichtige Eigenschaften von 1100 sind ausgezeichnete Umformbarkeit, sehr gute Korrosionsbeständigkeit in atmosphärischen und vielen chemischen Umgebungen sowie herausragende Wärme- und elektrische Leitfähigkeit im Vergleich zu stärker legierten Legierungen. Die Schweißbarkeit ist im geglühten Zustand generell sehr gut, da die Legierung duktil ist und keine Nachbehandlung durch Wärmen erforderlich macht. Die mechanische Festigkeit ist jedoch im Vergleich zu kaltverfestigten und wärmebehandelbaren Legierungen gering.

Typische Einsatzbereiche für 1100 sind die chemische Verfahrenstechnik, Lebensmittelverarbeitung, Beschilderungen, architektonische Zierleisten, Elektronik (z. B. Kühlkörper) sowie Anwendungen, die hohe Umformbarkeit und Korrosionsbeständigkeit bei geringem Kostenaufwand erfordern. Ingenieure wählen 1100, wenn maximale Duktilität, Leitfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit in Relation zu den Kosten wichtiger sind als hohe statische Festigkeit.

Zustandsvarianten

Zustand	Festigkeitsniveau	Dehnung	Umformbarkeit	Schweißbarkeit	Hinweise
O	Niedrig	Hoch (20–40 %)	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet	Vollständig geglüht und technisch reiner Zustand für maximale Duktilität
H12	Moderat	Moderat (10–20 %)	Sehr gut	Sehr gut	Teilweise Kaltverfestigung mit begrenztem Duktilitätsverlust
H14	Moderat-hoch	Niedrig-moderat (8–15 %)	Gut	Sehr gut	Häufiger kaltverfestigter Zustand mit guter Balance zwischen Festigkeit und Umformbarkeit
H16	Hoch	Niedrig (6–12 %)	Mittel bis gut	Gut	Stärkere Kaltverfestigung für höhere Festigkeit bei geringerem Umformvermögen
H18	Sehr hoch	Niedrig (4–10 %)	Begrenzt	Gut	Nahe an der maximal handelsüblichen Festigkeit durch Kaltverfestigung
H24	Moderat (stabil)	Moderat	Gut	Sehr gut	Kaltverfestigt und durch Teilglühen/Passivierung stabilisiert

Der Zustand hat einen entscheidenden Einfluss auf die Eigenschaften von 1100, da die Legierung nicht wärmebehandelbar ist. Kaltumformung erhöht die Streck- und Zugfestigkeit, reduziert jedoch die Dehnbarkeit und das Umformvermögen. Die Wahl des passenden H-Zustands ist ein Kompromiss zwischen Umformschritten und Endfestigkeit; viele Verarbeiter wählen O für Tiefziehen und H14/H16 für leichte Bauplatten.

Chemische Zusammensetzung

Element	%-Bereich	Hinweise
Al	Rest (≥ 99,0 %)	Hauptbestandteil; typischerweise > 99 % Gewichtsanteil bei handelsüblichem 1100
Si	≤ 0,95	Häufige Verunreinigung; leicht reduzierte Leitfähigkeit und verbesserte Gießbarkeit in kleinen Mengen
Fe	≤ 0,95	Verunreinigung, die intermetallische Verbindungen bildet und Festigkeit sowie Oberflächenqualität beeinflusst
Mn	≤ 0,05	Geringe Verunreinigung; kaum festigungswirksam in diesen Mengen
Mg	≤ 0,05	Vernachlässigbar in 1100; keine Ausscheidungshärtung
Cu	≤ 0,05	Sehr gering gehalten zur Erhaltung der Korrosionsbeständigkeit und Leitfähigkeit
Zn	≤ 0,10	Spurengehalte; höhere Zn-Anteile würden Duktilität und Korrosionsbeständigkeit mindern
Ti	≤ 0,15	Oft als Kristallfeinkornbildner vorhanden; kleine Mengen verbessern die Mikrostrukturkontrolle
Sonstige	≤ 0,05 jeweils, gesamt ≤ 0,15	Spurenelemente innerhalb der handelsüblichen Grenzwerte

Die im Wesentlichen reine Aluminium-Matrix bestimmt die Leistungsfähigkeit: Elektrische und thermische Leitfähigkeit nehmen mit steigendem Legierungsanteil ab, während die mechanische Festigkeit stark von der Kaltverfestigung und dem Vorhandensein von intermetallischen Si- und Fe-Partikeln beeinflusst wird. Die Kontrolle von Nebenbestandteilen wie Ti dient hauptsächlich der Kornfeinung während Gießen/Walzen und weniger der Festigkeitssteigerung.

Mechanische Eigenschaften

Das Zugverhalten von 1100 ist typisch für ein niedrigfestes, hochduktiles, kubisch-flächenzentriertes Metall. Im geglühten O-Zustand zeigt die Legierung geringe Streck- und Zugfestigkeiten bei Dehnungen typischerweise im zweistelligen Prozentbereich, was umfangreiche plastische Verformung ohne Bruch ermöglicht. Kaltumformung erhöht die Versetzungsdichte und führt zu signifikanten Festigkeitssteigerungen, allerdings auf Kosten von Duktilität und Umformbarkeit.

Streck- und Zugfestigkeit hängen stark vom Zustand und der Blechdicke ab; dünnere Bleche, die kaltgewalzt sind, erreichen aufgrund höherer Verformungsgrade bei der Verarbeitung höhere Festigkeiten. Die Härte korreliert mit dem Zustand und wird häufig als schnelles Produktionskontrollmaß für kaltverfestigte Bleche verwendet; Brinellhärtewerte sind im O-Zustand niedrig und steigen mit zunehmender Kaltverfestigung vorhersehbar an. Das Ermüdungsverhalten ist generell durch die geringe statische Festigkeit und Oberflächenbeschaffenheit begrenzt; Polieren und Strahlen können die Ermüdungsfestigkeit verbessern, dennoch ist die Legierung für zyklisch belastete Bauteile Schwächeren höherfester Serien unterlegen.

Die Dicke hat praktisch einen Einfluss, da dickere Platten schwerer zu hohen Härtewerten kaltumgeformt werden können und eher mehr geglühte Eigenschaften behalten; Konstrukteure müssen beim Spezifizieren von Festigkeit oder Umformleistung die Wechselwirkung Zustand/Dicke berücksichtigen.

Eigenschaft	O/Geglüht	Wichtiger Zustand (z. B. H14)	Hinweise
Zugfestigkeit (UTS)	~55–115 MPa (typisch)	~110–180 MPa (typisch)	Große Spannweiten abhängig von Dicke und genauem Verfestigungsgrad; Werte sind ungefähr
Streckgrenze	~30–70 MPa (typisch)	~90–150 MPa (typisch)	Streckgrenze steigt deutlich mit Kaltverfestigung; keine Ausscheidungshärtung
Dehnung	~30–40 %	~8–18 %	Duktilität nimmt mit steigendem Zustand von O zu höheren H-Zahlen ab
Härte (Brinell)	~20–30 HB	~30–60 HB	Härte steigt mit der Versetzungsdichte durch Kaltverfestigung

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Hinweise
Dichte	2,71 g/cm³	Typisch für Aluminium und nahe bei anderen niedriglegierten Aluminiumlegierungen
Schmelzbereich	~660 °C (Solidus ≈ 657–660 °C)	Als nahezu reine Legierung liegt der Schmelzpunkt nahe dem von elementarem Al
Wärmeleitfähigkeit	~200–230 W/m·K	Hohe Wärmeleitfähigkeit; leicht niedriger als bei reinem Al durch Verunreinigungen
Elektrische Leitfähigkeit	~53–60 % IACS (typisch)	Sehr gute elektrische Leitfähigkeit für nicht reine Legierungen; abhängig vom Verunreinigungsgrad
Spezifische Wärme	~0,9 J/g·K	Typischer Wert nahe dem von reinem Aluminium bei Raumtemperatur
Thermische Ausdehnung	~23–24 µm/m·K	Thermischer Ausdehnungskoeffizient typisch für Aluminiumlegierungen

Die hohe Wärme- und elektrische Leitfähigkeit von 1100 resultiert aus der geringen Konzentration an Legierungselementen; diese Eigenschaften machen es attraktiv für Anwendungen als Wärmekonduktor und Leiter. Der relativ hohe thermische Ausdehnungskoeffizient muss in Baugruppen mit unterschiedlichen Werkstoffen berücksichtigt werden, um durch thermisch bedingte Spannungen verursachte Verformungen oder Dichtungsprobleme zu vermeiden.

Produktformen

Form	Typische Dicke/Größe	Festigkeitsverhalten	Übliche Härtegrade	Hinweise
Blech	0,2 mm – 6 mm	Festigkeit steigt durch Kaltwalzen	O, H12, H14, H16	Weit verbreitet; verwendet für Tiefziehen und dekorative Anwendungen
Platte	>6 mm – 50+ mm	Geringere erreichbare Kaltverfestigung bei dicken Platten	O, H18	Dicker Materialbestand ist meist geglüht; begrenzte Kaltverformung nach dem Walzen
Strangpressprofil	Komplexe Querschnitte bis hin zu großen Profilen	Festigkeit abhängig von nachfolgendem Kaltziehen/Auslagern	O, H12, H14	Strangpressprofile werden häufig dort eingesetzt, wo Umformbarkeit und Korrosionsbeständigkeit wichtig sind
Rohr	Durchmesser von klein bis groß	Mechanische Eigenschaften beeinflusst durch Umformverfahren	O, H14	Verbreitet in Architektur- und Chemiekonstruktionen
Stab/Rundstahl	Durchmesser bis 300 mm	Typischerweise geringere Kaltverfestigung, außer bei kaltgezogenem Material	O, H16, H18	Verwendung für Zerspanung oder weitere Umformung zu Bauteilen

Die Verarbeitungswege beeinflussen Mikrostruktur und mechanisches Verhalten: Walzen und Kaltziehen führen zu Kaltverfestigung, die die Festigkeit erhöht, während das Glühen die Mikrostruktur für die Umformung zurücksetzt. Die Produktauswahl sollte die erforderliche Umformfolge widerspiegeln; Blech im O-Zustand wird für Tiefziehen und Spinnen bevorzugt, während H-Zustände für Bauteile gewählt werden, die zusätzliche Steifigkeit und Festigkeit ohne Wärmebehandlung benötigen.

Äquivalente Legierungen

Norm	Legierung	Region	Hinweise
AA	1100	USA	Primäre amerikanische Legierungsbezeichnung für kommerziell reines Aluminium
EN AW	1050A / 1100 (am nächsten)	Europa	EN-Bezeichnungen für kommerziell reine Legierungen überschneiden sich; 1050A ist in der Praxis oft am nächsten
JIS	A1050 / A1100 (am nächsten)	Japan	JIS enthält ähnliche Kategorien für kommerziell reine Legierungen; direkte Äquivalenz variiert je nach Reinheitsgrenzen
GB/T	1060 / 1100 (ähnlich)	China	Chinesische Normen bieten vergleichbare kommerziell reine Legierungen mit leicht abweichenden Grenzwerten

Es gibt keine immer exakte Eins-zu-eins-Zuordnung zwischen den Normen, da zulässige Verunreinigungsgrenzen und Klassifikationskonventionen regional unterschiedlich sind. Beim Austausch zwischen Normen sollten spezifische chemische Grenzwerte, Härtezustände und mechanische Eigenschaftsgarantien geprüft werden, anstatt sich nur auf nominale Seriennummern zu verlassen.

Korrosionsbeständigkeit

1100 zeigt eine ausgezeichnete allgemeine Korrosionsbeständigkeit, da der hohe Aluminiumgehalt schnell eine dünne, schützende Aluminiumoxidschicht (Al2O3) bildet. In atmosphärischen und leicht korrosiven Industrieumgebungen performt 1100 gut und widersteht typischerweise Lochfraß besser als viele höher legierte Werkstoffe aufgrund des Fehlens aggressiver Legierungselemente.

In maritimen und chloridhaltigen Umgebungen widersteht 1100 gleichmäßiger Korrosion, ist jedoch anfällig für lokal begrenzte Angriffe an Spalten und kathodischen Kupplungen; Eloxieren und Schutzbeschichtungen verlängern die Lebensdauer bei stark salzhaltigen Belastungen. Spannungsrisskorrosion (SCC) ist kein großes Risiko für 1100, da es an hochfesten Mikrostrukturen und Legierungschemie fehlt, die SCC fördern; dennoch können hohe Spannungen unter bestimmten chloridreichen Bedingungen Rissbildung initiieren.

Galvanische Wechselwirkungen sind typisch für Aluminium: 1100 wirkt anodisch beim Kontakt mit edleren Metallen wie rostfreiem Stahl oder Kupfer, weshalb Konstrukteure isolierende Barrieren oder kompatible Verbindungselemente einsetzen müssen, um beschleunigte galvanische Korrosion zu minimieren. Im Vergleich zu anderen Aluminiumfamilien tauscht 1100 mechanische Robustheit gegen Korrosionsbeständigkeit und Leitfähigkeit ein, wenn man es mit 5xxx- oder 6xxx-Legierungen vergleicht, die stärker sind, aber unterschiedliche lokale Korrosionsverhalten zeigen können.

Fertigungseigenschaften

Schweißbarkeit

1100 lässt sich problemlos mittels TIG, MIG (GMAW) und Widerstandsschweißen mit geringem Risiko für Heißrisse schweißen, sofern bewährte Verfahren eingehalten werden. Übliche Schweißzusatzwerkstoffe sind ER1100, ER4043 und ER5356 abhängig von den Anforderungen; ER1100 erhält Leitfähigkeit und Duktilität, während 4043/5356 das Nahtbild und die mechanischen Eigenschaften verbessern können. Eine Erweichung im Wärmeeinflussbereich (HAZ) ist kein Hauptthema, da die Legierung keine Eigenschaften durch Ausscheidungen gewinnt; allerdings treten lokale Festigkeitsänderungen durch Verlust der Kaltverfestigung in schweißnahen Zonen auf.

Bearbeitbarkeit

Die Bearbeitbarkeit von 1100 ist im Vergleich zu zerspanbaren Aluminiumlegierungen als schlecht bis mäßig einzustufen, da es weich und klebrig ist und zur Bildung langer, zusammenhängender Späne neigt. Hartmetallwerkzeuge, hohe Drehzahlen, geringe Schnitttiefen und großzügige Schmierung/Kühlung helfen, Aufbauschneiden zu minimieren und die Oberflächenqualität zu verbessern. Werkzeugverschleiß durch Abrieb ist gering, jedoch erfordern Spanbruch und Werkstückspannung Aufmerksamkeit, um Vibrationen und Anlauffarben zu vermeiden.

Umformbarkeit

Die Umformbarkeit im O-Zustand ist ausgezeichnet und erlaubt extreme Biege-, Tiefzieh- und Spinnverfahren. Minimale Biegeradien können bei vielen Blechoperationen im O-Zustand oft 1–2× Materialstärke erreichen; H-Zustände erfordern größere Radien und schrittweises Umformen. Kaltverformung erhöht durch Kaltverfestigung die Festigkeit und ist das empfohlene Verfahren für Bauteile, bei denen keine Wärmebehandlung möglich ist.

Wärmebehandlungsverhalten

Als nicht wärmebehandelbare Legierung reagiert 1100 nicht auf Lösungs- und Auslagerungsprozesse zur Ausscheidungshärtung. Versuche, T-typische Wärmebehandlungen anzuwenden, führen nicht zu den in 6xxx- oder 7xxx-Legierungen erzielbaren Festigkeitssteigerungen. Typische thermische Verarbeitung umfasst das Glühen zur Wiederherstellung der Duktilität nach Kaltverformung: Vollglühen (O) wird bei Temperaturen durchgeführt, die Rekristallisation und Spannungsabbau ermöglichen, ohne dass das Material schmilzt.

Kaltverfestigung ist der primäre Mechanismus zur Eigenschaftsverbesserung; kontrollierte Abfolgen von Kaltverformung und Spannungsabbau oder Stabilisierung (z. B. H24) werden verwendet, um Festigkeit und Maßhaltigkeit auszubalancieren. Thermische Stabilisierung sollte sorgfältig gewählt werden, um unerwünschtes Kornwachstum oder Verzug zu vermeiden, und Bauteile, die nach dem Schweißen konstante mechanische Eigenschaften benötigen, sollten das erwartete Nachlassen der Festigkeit im HAZ berücksichtigen.

Hochtemperatureigenschaften

1100 verliert mit steigender Temperatur schnell an Festigkeit, da die Versetzungsmechanismen und der geringe Legierungsanteil kaum Festigkeit oberhalb der Umgebungstemperaturen erhalten. Für dauerhafte mechanische Belastungen begrenzen Konstrukteure üblicherweise die Betriebstemperatur auf unter etwa 100–150 °C, um die mechanische Integrität zu wahren; kurze Expositionen bis 200 °C sind tolerierbar, führen jedoch zu messbarer Erweichung. Oxidation ist begrenzt, da sich die schützende Aluminiumoxidschicht schnell regeneriert, aber eine gewisse Versprödung der Oberflächenoxide kann Umformvorgänge bei erhöhten Temperaturen beeinträchtigen.

Verhalten im Schweißbereich und Relaxation von Eigenspannungen treten bei hohen Temperaturen auf; galvanischer Schutz kann sich verändern, wenn Temperaturänderungen mikrostrukturelle Umwandlungen bewirken. Für hochtemperaturbeanspruchte Anwendungen sollten wärmebehandelbare oder hochfeste Legierungen statt 1100 gewählt werden.

Anwendungen

Branche	Beispielkomponente	Warum 1100 verwendet wird
Automobil	Inneneinrichtungen, Hitzeschilde	Ausgezeichnete Umformbarkeit und Korrosionsbeständigkeit für nicht-strukturelle Bauteile
Marine	Architekturverkleidungen, Chemietanks	Hohe Korrosionsbeständigkeit und einfache Fertigung in korrosiven Umgebungen
Luft- und Raumfahrt	Armaturen, chemische Verrohrungen	Gute Kombination aus Umformbarkeit, Korrosionsbeständigkeit und geringem Gewicht für Sekundärstrukturen
Elektronik	Kühlkörper, EMI-Abschirmungen	Hohe thermische und elektrische Leitfähigkeit sowie gute Oberflächenqualität für Wärmemanagement
Lebensmittel und Getränke	Arbeitsplatten, Behälter, Utensilien	Ungiftige Oxidschicht, Reinigungsfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit in vielen Prozessflüssigkeiten

Die Kombination aus Umformbarkeit, Leitfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit bei niedrigen Materialkosten macht 1100 zur bevorzugten Wahl für viele sekundäre Struktur- und Funktionsbauteile. Wenn hohe statische Festigkeit nicht erforderlich, aber Umformung oder Leitfähigkeit gewünscht sind, stellt 1100 oft die wirtschaftlichste Materialwahl dar.

Auswahlhinweise

Wählen Sie 1100, wenn maximale Duktilität, Korrosionsbeständigkeit und thermische/elektrische Leitfähigkeit vorrangige Anforderungen darstellen und mechanische Belastungen gering sind. Für Tiefziehen, Spinnen oder komplex umgeformte Bauteile ist 1100-O in der Regel die wirtschaftlichste und technisch geeignete Wahl.

Im Vergleich zu anderen handelsüblichen reinen Legierungen (z. B. 1050) weist 1100 geringfügig unterschiedliche Verunreinigungsgrenzen auf und kann eine marginal unterschiedliche Leitfähigkeit oder Oberflächenbeschaffenheit bieten; die Auswahl wird häufig durch verfügbaren Lagerbestand und Lieferantenzertifizierungen bestimmt und nicht durch deutliche Leistungsunterschiede. Im Vergleich zu üblichen durch Kaltverfestigung härter werdenden Legierungen wie 3003 oder 5052 hat 1100 im Allgemeinen eine geringere Festigkeit, aber eine bessere elektrische/thermische Leitfähigkeit und oft eine überlegene Umformbarkeit; wählen Sie 3003/5052, wenn höhere Festigkeit oder eine ausgeprägte Kaltverfestigungsreaktion erforderlich sind. Im Vergleich zu wärmebehandelbaren Legierungen wie 6061 oder 6063 wird 1100 dann gewählt, wenn Leitfähigkeit, Umformbarkeit oder Korrosionsbeständigkeit wichtiger sind als die maximale Festigkeit; 6061 bleibt vorzuziehen, wenn höhere strukturelle Festigkeit oder Altershärtung gefordert sind.

Abschließende Zusammenfassung

1100 bleibt eine weit verbreitete, kostengünstige Aluminiumlegierung, da sie in einer praktisch reinen Matrix ausgezeichnete Umformbarkeit, Korrosionsbeständigkeit sowie hohe thermische und elektrische Leitfähigkeit einzigartig kombiniert. Für Bauteile, bei denen Verarbeitbarkeit und Gebrauchsdauer über höchste Festigkeit gestellt werden, ist 1100 weiterhin die pragmatische Ingenieurswahl.