Aluminium 1N99: Zusammensetzung, Eigenschaften, Zustandsübersicht & Anwendungen

Umfassender Überblick

1N99 ist eine hochreine, geschmiedete Aluminiumlegierung aus der 1xxx-Reihe, welche Legierungen mit sehr hohem Aluminiumgehalt und nur geringfügigen kontrollierten Legierungszusätzen umfasst. Die Zusammensetzung ist auf einen Aluminiumgehalt von mindestens ca. 99 Gew.-% ausgelegt, wobei Spurenlegierungselemente zur Kornstrukturkontrolle und Verbesserung der Umformbarkeit zugesetzt werden. Die Legierung wird überwiegend durch Verfestigung durch Kaltverformung (Kaltverfestigung) und nicht durch Ausscheidungshärtung (z. B. T6-Alterung) gestärkt.

Wesentliche Merkmale von 1N99 sind eine ausgezeichnete elektrische und thermische Leitfähigkeit im Vergleich zu stärker legierten Sorten, eine sehr gute Umformbarkeit im weichgeglühten Zustand sowie eine sehr gute atmosphärische Korrosionsbeständigkeit aufgrund des hohen Aluminiumanteils. Die Schweißbarkeit ist für übliche Schmelzschweißverfahren sehr gut, mit minimaler Neigung zu Heißrissen, während die erreichbare Festigkeit im Vergleich zu wärmebehandelbaren Legierungen moderat ist. Typische Einsatzbereiche von 1N99 sind elektrische Energieübertragung und Sammelschienen, chemische Anlagen, Architektur-/Fassadenelemente sowie leichte Allgemeinfertigungen, bei denen hohe Reinheit und Korrosionsbeständigkeit im Vordergrund stehen.

Ingenieure wählen 1N99, wenn die Anforderungen an Leitfähigkeit, Oberflächenqualität und Duktilität wichtiger sind als die maximale Festigkeit; die Legierung wird bevorzugt gegenüber den „kommerziell reinen“ Varianten der 1000er-Serie eingesetzt, wenn eine präzisere Kontrolle der Verunreinigungen und verbesserte mechanische Konsistenz gewünscht wird. Sie kommt auch stattdessen zum Einsatz, wenn umfangreiche Umformprozesse durchgeführt werden oder wenn nach dem Schweißen Leitfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit erhalten bleiben müssen.

Ausführungszustände (Temper)

Ausführung	Festigkeitsniveau	Dehnung	Umformbarkeit	Schweißbarkeit	Bemerkungen
O	Niedrig	Sehr hoch	Ausgezeichnet	Ausgezeichnet	Vollständig geglüht, maximale Duktilität und Leitfähigkeit
H12	Niedrig–Mittel	Hoch	Sehr gut	Ausgezeichnet	Leichte Kaltverfestigung, leichte Erhöhung der Festigkeit
H14	Mittel	Mittel	Gut	Ausgezeichnet	Üblicher kommerzieller Kaltverfestigungszustand für moderate Festigkeit
H16	Mittel–Hoch	Mittel	Ausreichend	Ausgezeichnet	Stärkere Kaltverfestigung für höheres Streckgrenzeniveau
H18	Hoch	Niedrig	Begrenzt	Ausgezeichnet	Maximale Kaltverfestigung für nicht wärmebehandelbare Festigkeit
T4	n. a.	n. a.	n. a.	n. a.	Nicht anwendbar – Legierung ist nicht wärmebehandelbar
T6	n. a.	n. a.	n. a.	n. a.	Nicht anwendbar – Legierung spricht nicht auf Alterung an

Der Ausführungszustand (Temper) beeinflusst 1N99 vor allem durch den Grad der nach dem Glühen durchgeführten Kaltverfestigung. Das weichgeglühte (O) Material bietet die höchste Duktilität und Umformbarkeit, was es für tiefgezogene und komplexe Stanzanwendungen geeignet macht, während die H-Zustände eine schrittweise Erhöhung von Streckgrenze und Zugfestigkeit auf Kosten von Dehnung und Biegebarkeit bewirken. Da die Legierung nicht wärmebehandelbar ist, erfolgt die Festigkeitssteigerung ausschließlich durch mechanische Verformung; Konstrukteure müssen den minimal erforderlichen Kaltverfestigungsgrad auswählen, um die Umformeigenschaften bestmöglich zu erhalten.

Chemische Zusammensetzung

Element	Prozentbereich	Bemerkungen
Si	≤ 0,05	Niedrig gehalten, um Leitfähigkeit und Duktilität zu erhalten; hoher Si-Gehalt vermindert Umformbarkeit
Fe	≤ 0,40	Eisen ist die Hauptverunreinigung; geringe Mengen verfeinern das Korn, zu viel mindert die Duktilität
Mn	0,02–0,20	Geringe Mangananteile verbessern die Festigkeit durch Dispersoide ohne nennenswerten Leitfähigkeitsverlust
Mg	≤ 0,10	Begrenzter Magnesiumgehalt, um Beschleunigung der Kaltverfestigung zu vermeiden und Korrosionsbeständigkeit zu erhalten
Cu	≤ 0,05	Kupfer minimiert, da es Korrosionsbeständigkeit und Leitfähigkeit reduziert
Zn	≤ 0,05	Zink streng kontrolliert, um Versprödung und Spannungskorrosionsrissanfälligkeit zu vermeiden
Cr	≤ 0,05	Spurchrom zur Kornstrukturkontrolle während der Verarbeitung
Ti	≤ 0,02	Titan als Kornfeinungsmittel für Strangpressprofile und Blechqualität
Andere	≤ 0,10	Reststoffe (jeweils) kontrolliert; Gesamtsumme gering, um hohe Reinheit zu gewährleisten

Die gezielte Kontrolle der Leichtlegierungselemente bei 1N99 schafft einen Ausgleich zwischen den Anforderungen an hohe elektrische und thermische Leitfähigkeit und den mechanischen Erfordernissen für Umformbarkeit und Einsatz. Eisen und Silizium sind die vorherrschenden, unvermeidbaren Verunreinigungen und werden streng begrenzt, um Duktilität und Leitfähigkeit zu erhalten. Sehr geringe Mengen an Mangan und Titan werden selektiv eingesetzt, um die Korngröße zu steuern und die mechanische Gleichmäßigkeit zu verbessern, ohne die Legierung in eine wärmebehandelbare Klasse umzuwandeln.

Mechanische Eigenschaften

Das Zugverhalten von 1N99 ist typisch für hochreines Aluminium: Im weichgeglühten Zustand zeigt die Legierung eine geringe Streckgrenze und moderate Zugfestigkeit mit sehr hoher gleichmäßiger Dehnung. Durch Kaltverformung werden Streckgrenze und Zugfestigkeit deutlich erhöht, jedoch auf Kosten von Duktilität und Zähigkeit; die Spannungs-Dehnungs-Kurve wird mit zunehmendem Ausführungszustand linearer und weniger verfestigungsfähig. Die Härte korreliert mit dem Temper und ist ein praktischer Indikator für den Kaltverfestigungsgrad im Fertigungsprozess.

Die Ermüdungsfestigkeit von 1N99 ist für nicht rotierende Strukturbauteile ausreichend, jedoch schlechter als bei vielen stärker legierten Aluminiumserien unter zyklischer Belastung mit hohen Kerbwirkungen. Deicke-Effekte sind bemerkenswert: Dünnbleche erreichen beim Umformen in der Regel höhere Kaltverfestigungswerte und können eine höhere scheinbare Streckgrenze zeigen als dickere Platten im gleichen Temperzustand. Konstrukteure sollten bei dynamischen Beanspruchungen niedrigere Ermüdungsrisswachstumsschwellen im Vergleich zu härteren, legierten Aluminiumlegierungen berücksichtigen.

Eigenschaft	O/Weichgeglüht	Wichtiger Temper (z. B. H14)	Bemerkungen
Zugfestigkeit (UTS)	70–110 MPa	120–170 MPa	Bereich abhängig von Verarbeitung, Blechdicke, Prüfrichtung
Streckgrenze (0,2 % Dehngrenze)	20–40 MPa	90–140 MPa	Kaltverfestigung erhöht Streckgrenze deutlich
Dehnung (in %)	30–45 %	6–18 %	Deutliche Abnahme mit zunehmendem Temper
Härte (HB)	15–30 HB	35–70 HB	Härte korreliert mit Kaltverfestigung; geglüht sehr weich

Physikalische Eigenschaften

Eigenschaft	Wert	Bemerkungen
Dichte	2,70 g/cm³	Typisch für Aluminiumlegierungen; ermöglicht hohe spezifische Steifigkeit/Festigkeit
Schmelzbereich	658–660 °C	Schmaler Schmelzbereich für elementares Aluminium mit minimaler Legierung
Wärmeleitfähigkeit	200–235 W/m·K	Leicht unter reinem Aluminium, abhängig vom Verunreinigungsgrad
Elektrische Leitfähigkeit	60–65 % IACS	Hohe Leitfähigkeit im Vergleich zu Strukturlegierungen; variiert mit Kaltverfestigung
Spezifische Wärmekapazität	0,90 J/g·K	Nahe dem Wert von reinem Aluminium im typischen Einsatzbereich
Wärmeausdehnung	23 ×10⁻⁶ /K (20–100 °C)	Typische lineare Wärmeausdehnung für Aluminiumlegierungen

Physikalisch verhält sich 1N99 wie andere hochreine Aluminiumsorten: leicht, thermisch leitfähig und mit einer nützlichen Wärmekapazität für thermische Managementanwendungen. Die Leitfähigkeitswerte sind sensitiv gegenüber Chemie und Ausführung; umfangreiche Kaltverformung reduziert die elektrische Leitfähigkeit durch erhöhte Versetzungs- und Verunreinigungssstreuung. Die Kombination aus geringer Dichte und guter thermischer/elektrischer Leitfähigkeit macht 1N99 attraktiv für Sammelschienen, wärmeleitende Platten und elektrische Gehäuse.

Produktformen

Form	Typische Dicke/Größe	Festigkeitsverhalten	Übliche Zustände	Hinweise
Blech	0,3–6,0 mm	Niedrigere Zugfestigkeit bei dünnen Blechen im geglühten Zustand; neigt zum Kaltverfestigen	O, H12, H14	Weit verbreitet für Verkleidungen, dekorative und leitfähige Anwendungen
Platte	6,0–50 mm	Dicke Querschnitte zeigen geringere Kaltverfestigungszunahmen	O, H16, H18	Begrenzter Einsatz, wenn Schwerquerschnittsfestigkeit nicht kritisch ist
Strangpressprofil	Wandstärke 1–20 mm	Strangpressen erzeugt ein feinkörniges Gefüge; im Auslieferungszustand weich, sofern nicht kaltverfestigt	O, H12	Häufig für Profile, die Leitfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit erfordern
Rohr	Ø 6–120 mm	Verhält sich ähnlich wie Blech; Kaltziehen erhöht die Festigkeit	O, H14	Verwendet für leitfähige Rohre und architektonische Elemente
Stab/Rundstahl	Ø 3–50 mm	Massive Querschnitte reagieren auf Kaltziehen und Richten	O, H16	Verwendet für Verbinder, Befestigungen, wenn hohe Reinheit gewünscht ist

Die Herstellungsart (Walzen, Strangpressen, Ziehen) und die Produktform bestimmen das Gefüge und das resultierende mechanische Verhalten von 1N99. Dünnbleche erreichen nach gleichem Kaltumformungsgrad höhere effektive Festigkeiten als dicke Platten, bedingt durch die Spannungsverteilung und die prozessbedingte Korngrößenorientierung. Strangpressprofile und gezogene Produkte profitieren von feinkörnenden Titan-Zusätzen, die gleichmäßige mechanische Eigenschaften und eine verbesserte Oberflächenqualität gewährleisten.

Äquivalente Werkstoffbezeichnungen

Norm	Bezeichnung	Region	Hinweise
AA	1N99	USA	Bezeichnung für diese hochreine Schwermetall-Variante
EN AW	1050A (ca.)	Europa	Nächstliegender handelsüblicher Vergleich im EN-System; Zusammensetzung und Zustandsgrenzen können abweichen
JIS	A1050	Japan	Entsprechende kommerziell reine Aluminiumlegierung mit ähnlichem Leistungsprofil
GB/T	1060 (ca.)	China	Lokale Normen mit leichten Unterschieden in Zusammensetzung und mechanischen Eigenschaften; angenäherte Vergleichbarkeit

Die aufgeführten äquivalenten Werkstoffe dienen nur als ungefähre Orientierung zur Quervergleichbarkeit und stellen keine exakte Austauschbarkeit dar. Feine Unterschiede ergeben sich durch maximale Verunreinigungsgrenzen, zulässige Legierungselemente und unterschiedliche Prüfverfahren. Beim werkstofflichen Ersatz müssen Konstrukteure Leitfähigkeit, Verunreinigungsgehalt und zustandsspezifische mechanische Daten anhand der Spezifikation genau überprüfen, um Funktionalität sicherzustellen.

Korrosionsbeständigkeit

1N99 zeigt eine ausgezeichnete allgemeine Widerstandsfähigkeit gegenüber atmosphärischer Korrosion aufgrund des hohen Aluminiumgehalts und der Fähigkeit der Legierung, eine stabile, haftfeste Oxidschicht zu bilden. In ländlichen und industriellen Atmosphären verhält sie sich vergleichbar mit anderen 1xxx-Serie Legierungen mit überlegener Beständigkeit gegenüber Gleichmäßiger Korrosion und gutem Verhalten in milden urbanen Umgebungen. Lochfraß in chloridhaltiger Atmosphäre (maritime Umgebungen) ist bei 1N99 begrenzt, aber längere Eintauchzeiten oder Spritzwasserzonen bei hohen Salzgehalten können lokalen Angriff im Vergleich zu anodisierten oder legierten 5xxx/6xxx-Aluminiumlegierungen beschleunigen.

Die Empfindlichkeit gegenüber spannungsrisskorrosion ist bei hochreinem Aluminium im Vergleich zu hochfesten 7xxx-Legierungen gering, da 1N99 keine ausscheidungsgehärteten Mikrostrukturen aufweist, die die Initiierung und Ausbreitung von Spannungsrissen fördern. Galvanische Effekte sind zu berücksichtigen: 1N99 ist anodisch gegenüber Edelstahl und vielen Kupferlegierungen, und der Kontakt mit kathodischen Metallen in aggressiven Elektrolyten beschleunigt die lokale Korrosion der Legierung. Im Vergleich zu 5xxx (Mg-haltigen) Legierungen büßt 1N99 etwas mechanische Festigkeit ein, bietet dafür aber bessere Korrosionsstabilität in schwach sauren oder alkalischen Umgebungen.

Fertigungseigenschaften

Schweißbarkeit

1N99 lässt sich problemlos mittels TIG, MIG und Widerstandsschweißen mit minimalem Heißrissrisiko verarbeiten, sofern Fügekonstruktion und Passung passend sind. Aufgrund der hohen Reinheit verfügen Schweißbäder über gute Fließfähigkeit und die Wärmeeinflusszone verliert keine nennenswerte Festigkeit über das reduzierbare Maß der Kaltverfestigung hinaus. Empfohlene Zusatzwerkstoffe sind hochreine Aluminium-Schweißdrähte (z. B. Legierungen der ER1100- oder ER1050-Gruppe), um Leitfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit zu erhalten. Nach dem Schweißen ist eine Wärmebehandlung nur selten notwendig, außer bei maximaler Duktilitätserforderung.

Zerspanbarkeit

Als weiche, duktil legierte Aluminiumlegierung bearbeitet sich 1N99 mit mittlerem Zerspanbarkeitsindex; sie ist weicher als viele Konstruktionslegierungen, was bei ungeeigneter Werkzeugauslegung zu Spananhäufungen und Oberflächenproblemen führen kann. Hartmetallwerkzeuge mit großen Spanwinkeln und zuverlässigen Spanbrechern sind empfohlen sowie moderate Schnittgeschwindigkeiten und erhöhte Vorschübe zur Vermeidung von Verschmierungen und Förderung der Spanbildung. Bohren, Gewindeschneiden und Reiben sind gut machbar, jedoch muss der Bediener Vibrationen (Chatter) vermeiden, da die geringe Steifigkeit und Duktilität dünnwandige Sektionen verformen können.

Umformbarkeit

Die Umformbarkeit von 1N99 im Zustand O ist ausgezeichnet und vergleichbar mit den besten Ziehqualitäten von Aluminium; die Legierung unterstützt Tiefziehen, Walzprofilieren und komplexes Stanzumformen mit geringem Rückfederungsverhalten. Mindestbiegeradien sind typischerweise gering – 1–2× Materialdicke für leichte Biegungen im geglühten Blech – während H-Zustände größere Radien erfordern und Zwischenglühen notwendig machen können. Stufenweise Kaltverfestigung führt zu vorhersehbaren Erhöhungen der Streckgrenze, sodass sich Festigkeit durch kontrolliertes Umformen anpassen lässt, ohne die Legierung ändern zu müssen.

Wärmebehandlungsverhalten

1N99 spricht nicht auf metallurgische Ausscheidungshärtung an und ist als nicht wärmebehandelbar eingestuft. Festigkeitsanpassungen erfolgen mechanisch über Kaltverformung; zum Weichglühen wird typischerweise bei 350–415 °C für eine auf die Dicke abgestimmte Dauer geglüht, gefolgt von langsamem Abkühlen zur Vermeidung von Verzug. Einen zuverlässigen T6- oder Kunstalterungsprozess gibt es für diese Legierung nicht, da nicht genügend Legierungselemente für ausscheidungshärtende Phasen vorhanden sind.

Das Kaltverfestigen ist der Standard zur Festigkeitssteigerung: Zug- und Streckgrenze nehmen mit steigendem Kaltumformungsgrad zu, während Duktilität und Widerstand gegen Ermüdungsrissinitiierung abnehmen. Für Fertigungsprozesse mit ausgewogenem Eigenschaftsprofil verwenden Hersteller sequenzielle Glüh- und kontrollierte Kaltumformungsschritte, um Zielwerte zu erreichen und Eigenspannungen zu steuern.

Hochtemperatureinsatz

Bei erhöhten Temperaturen verliert 1N99 schnell an Festigkeit; deutliche Absenkungen von Streck- und Zugfestigkeit treten ab etwa 150 °C auf, und eine nutzbare Tragfähigkeit ist über 200–250 °C hinaus eingeschränkt. Die Oxidation an Luft beschränkt sich auf die übliche Bildung von Al2O3, welche einen schützenden Überzug bildet, jedoch die mechanische Leistung nicht dauerhaft erhält. In Schweiß- oder wärmebeeinflussten Zonen kann längere Hitzeeinwirkung zu Körnerwachstum und Erweichung führen; konstruktive Maßnahmen sollten dauerhafte thermische Belastungen bei sicherheitsrelevanter Steifigkeit vermeiden.

Die Kriechfestigkeit von 1N99 ist im Vergleich zu gehärteten oder legierten Aluminiumlegierungen gering, sodass die Legierung für Dauerbelastungen bei hohen Temperaturen nicht empfohlen wird. Bei thermischem Zyklusbetrieb erfordert der hohe Wärmeausdehnungskoeffizient eine sorgfältige Konstruktion der Verbindungen, um Ermüdung durch Materialspannungen zu reduzieren.

Anwendungsgebiete

Branche	Beispielkomponente	Grund für den Einsatz von 1N99
Elektrotechnik	Stromschienen und Leiter	Hohe elektrische Leitfähigkeit und gute Schweißbarkeit
Schiffbau / Marine	Außenverkleidung und Architekturelemente	Korrosionsbeständigkeit und Oberflächenqualität in nicht tragenden Bauteilen
Architektur	Fassadenpaneele und Lamellen	Gute Umformbarkeit, Eignung zum Anodisieren und ästhetische Qualität
Chemische Verfahrenstechnik	Leichte Behälter und Armaturen	Hohe Reinheit und Korrosionsbeständigkeit gegenüber vielen Chemikalien
Consumer Electronics	Wärmeverteiler / EMI-Abschirmungen	Gute Wärmeleitfähigkeit und niedrige Dichte

1N99 wird typischerweise dort eingesetzt, wo hohe Reinheit, Leitfähigkeit und exzellente Umformbarkeit wichtiger sind als höchste strukturelle Festigkeit. Die Kombination aus guter Schweißbarkeit und ansprechender Oberflächenqualität macht sie zur bevorzugten Wahl für leitfähige Stromschienen, architektonische Bauteile und chemisch kompatible Gehäuse. Hersteller profitieren von vorhersehbarer Kaltverfestigung, mit der sich das mechanische Verhalten ohne Änderung der Grundchemie anpassen lässt.

Auswahlhinweise

Wählen Sie 1N99, wenn elektrische Leitfähigkeit, Oberflächenqualität und Umformbarkeit wichtigsten Anforderungen entsprechen und eine moderate Festigkeit durch Kaltverfestigung ausreicht. Die Legierung eignet sich besonders für leitende Bauteile, dekorative Architekturelemente und chemiekontaktierende Teile, bei denen Korrosionsbeständigkeit und Reinheit wichtiger sind als wärmebehandelbare Höchstfestigkeit.

Im Vergleich zu handelsüblichem Reinaluminium (z. B. 1100) bietet 1N99 eine ähnliche oder leicht strengere Kontrolle von Verunreinigungen bei vergleichbarer Leitfähigkeit und Umformbarkeit, kann jedoch eine marginal bessere Konsistenz und eine kontrollierte Gefügestruktur aufweisen. Im Vergleich zu kaltverfestigten Legierungen wie 3003 oder 5052 tauscht 1N99 eine etwas geringere erreichbare Festigkeit gegen eine überlegene elektrische Leitfähigkeit und in vielen Fällen verbesserte Oberflächenqualität sowie ein besseres Anodisierverhalten ein. Im Vergleich zu gängigen wärmebehandelbaren Legierungen wie 6061 oder 6063 wird 1N99 bevorzugt, wenn Leitfähigkeit und Korrosionsbeständigkeit wichtiger sind als die höhere Höchstfestigkeit wärmebehandelter Legierungen oder wenn umfangreiche Umformungen eine nachträgliche Lösungsglüh- und Auslagerungsbehandlung ausschließen.

Abschließende Zusammenfassung

1N99 bleibt eine relevante Konstruktionslegierung, wenn eine ausgewogene Kombination aus hoher Aluminiumreinheit, ausgezeichneter Leitfähigkeit, überlegener Umformbarkeit und guter atmosphärischer Korrosionsbeständigkeit gefordert ist. Sein nicht wärmebehandelbares, kaltverfestigbares Verhalten erlaubt es den Entwicklern, die Festigkeit über den Verarbeitungsprozess anzupassen, ohne elektrische oder oberflächenbezogene Leistungsziele zu beeinträchtigen. Für Anwendungen, die elektrische/thermische Leistung und Fertigbarkeit gegenüber maximaler Festigkeit priorisieren, ist 1N99 eine effiziente und gut verstandene Wahl.